采油工程技术

采油工程技术采油工程是油田开采过程中根据开发目标通过生产井和注入井对油藏采取的各项工程技术措施的总称。它所研究的是可以经济有效地作用于油藏，以提高油井产量和原油采收率的各项工程技术措施的理论、工程设计方法及实施技术。采油工程的任务是通过一系列可作用于油藏的工程技术措施、使油、气畅流入井，并高效率地将其举升到地面进行分离和计量；其目标是经济有效地提高油井产量和原油采收率。采油工程技术2、人工举升技术3、酸化技术4、压裂技术5、调剖堵水决策技术6、防砂技术7、射孔技术8、改善开发效果的宏观决策和单井配置技术9、水平井开采技术10、稠油开采技术1、采油方式决策技术1.采油方式决策的意义和论证的内容采油方式的选择不仅关系到油田建设的基本投资和生产费用，而且直接影响到原油产量和采收率，特别是转入机械采油以后，这一问题将更为重要。决策意义：采油方式决策技术论证的基本内容：(1)以油藏或开发区块为对象，根据油藏工程设计预测的单井产能建立不同开发阶段的油井产能分布模型，进行油井分类。(2)根据地面生产和油藏地质条件及各种举升方式可能的适应范围，初步确定可供选用的各种采油方式，以便进一步进行计算和分析。(3)应用油井生产动态模拟器预测不同阶段、不同类型油井以不同举升方式生产时的油井动态，包括机械采油方式转换（接替）时机、各种方式在不同产液指数和不同含水下的可能产量、所用设备、工作参数及工况指标等。采油方式决策技术(4)从技术上评价不同举升方式对不同油藏工程方案的适应程度，以及提出对油藏工程方案的修正或选择建议。(5)计算不同举升方式的举升费用和投入产出比。(6)进行技术经济综合评价，并对不同含水阶段采用的举升方式做出选择和对油藏工程方案提出反馈建议。采油方式决策技术2.采油方式综合评价与决策模式单井生产系统的节点分析方法存在如下问题：(1)它只是以单井生产系统为对象，没有从油藏或开发区块的整体动态变化来考虑采油方式的选择。(2)单井生产系统分析方法只是依据技术指标，从技术角度选择采油方式。即使进行经济分析，也只是在静态条件下进行简单的设备投资核算和比较。采油方式决策技术90年代石油大学（华东）提出了较为完整的综合决策模式和方法:1)特点(1)油田开采是一个庞大而复杂的系统工程，油、水（注采）井生产系统则是注水开发油田大系统的中心环节，除了与其它各系统紧密联系之外，它自身又有独特的规律。油井生产系统是注采系统的重要组成部分。为此，必须在充分研究各种采油方式所组成的生产系统自身的生产规律的基础上，把它放在高一级系统的大环境中考察和研究它对整个开采系统的影响，才能对采用什么样的采油方式最后做出评价和选择。采油方式决策技术(2)油田开采是一个动态过程，原油生产又必须通过分布在油田上的单个油井来实现。所以，采油方式的选择也必须从时空观出发来考虑油田动态变化及单井产能分布规律。(3)采油方式的实施对象是成千上万口油井，机采设备和工程投资及其管理维护费用,是油田投入开发之后的主要投入，而不同采油方式的投入产出比不同，因此需要在技术经济综合评价的基础上选择采油方式。采油方式决策技术2)采油方式综合评价与决策的基本模式(1)采油方式综合评价与决策系统的概念框架系统目标系统目标：在进行各种采油方式对该油田（或区块）适应性和完成油田开发总体方案中油藏工程设计产量指标的可行性分析的基础上，选择技术上可行、经济上合理的采油方式，并确定举升设备、操作参数和预测工况指标。采油方式决策技术系统范围系统范围：从油藏或区块的整体范围出发，针对的是处于不同开发阶段的各类油井可能采取的举升系统。采油方式决策技术系统环境（约束条件）约束条件：油藏地质特征和油藏工程设计的油田开发指标，以及油井与地面条件和举升设备工作参数指标的许用值。系统组成基础参数：油气地质条件，油藏工程设计，开发指标，油田生产条件模拟模拟方案选定不同采油方式的油井生产系统动态模拟动态指标处理分析经济分析综合评价输出：选定的采油方式、设备操作参数及工况指标图4-1采油方式综合评价与决策基本模式采油方式决策技术(2)油井生产系统生产过程动态模拟内容主要包括：建立油井生产系统动态预测模型和确定计算方法；应用节点分析方法预测和分析不同举升方式的油井生产动态指标。采油方式决策技术3)综合评价与决策内容主要包括：建立包括经济、技术和管理等多因素、多层次的综合评价体系和应用模糊评判方法进行综合评价的决策模型。采油方式决策技术3.油井生产系统及其动态模拟1)油井生产系统油藏子系统地面子系统油井生产系统井筒子系统采油方式决策技术图4-2抽油井生产系统简图采油方式决策技术2)油井生产系统的动态模拟(1)油井生产系统动态模拟模型最大产量模型),,,(,,,,maxnmnwkLjrinkjiYXFJpfQ——参与评价计算的第i个油藏压力保持水平，一般；——根据模拟方案确定的参与计算的产液指数；——参与计算的含水，；含水随开发时间t而变，；——模拟方案初选的采油方式，，N为参与评价的采油方式数；——第m种采油方式举升设备的操作性能参数，,M为举升设备操作性能参数数量。2,1iLjJ6,2,1),(jFfJwkLjwkF6,,2,1kwkF)(tfFwknXNn,,2,1nmYMm,,2,1采油方式决策技术优化数学模型通过进行各种采油方式工作参数优选，才能获得每种采油方式可能的最大举升产量。一般数学形式为)(minXf，其中：iimixgXDX，，；210)(|CDXXX式中)(xf——目标函数；max)(Qxf——优化变量，TYYX21,；Y1，Y2——相应采油方式的工作参数（例如，抽油井选用的优化变量通常为泵径、冲程、冲数及泵的充满系数等）；N——变量的可行域，由每种采油方式举升设备的技术性能指标给定；)(Xgi——第i个约束函数；XC——连续变量；XD——离散变量；mi——约束函数的个数。采油方式决策技术图4-3典型的油井生产动态模拟流程图(2)油井生产动态模拟系统的基本流程采油方式决策技术4.采油方式综合评价因素及模型1)综合评价因素采油方式决策技术2)三级综合评判模型mnmnmmmmmnnnnRARARAARARARAARARARAAAAB22112222222121211121211111R采油方式决策技术三级综合评判模型将众多因素分为三个层次，首先将全部因素分为m大类，构成因素集U：muuuU,,21其中每一个因素子集niiiiUUUU,,21(mi,2,1)又分为n细类，即：iniiiUUUU,,21各大类中的细类数目可能不同，即对不同的i可以有不同的n，各类又可分为多个元素，并构成三个层次的因素集。模型中，A为各大类的权重集：),,(21maaaA在第i大类中，各细类的权重集为Ai：),,(21iniiiaaaA),2,1(mi采油方式决策技术备择集是以总评判的各种可能的结果为元素所组成的结合，表示为：pvvvV,,21模型中的ijR(mi,2,1；nj,2,1)为一级模糊综合评判矩阵，它是第i大类、第j细类中各因素在级上隶属度构成的评判矩阵，模型中R是二级模糊评判矩阵，B为三级模糊评判集：),,(21pbbbB在得到评判指标bj(nj,2,1)之后，使用加权平均法选择最优评判对象。评判结果为：jjjbvbE)(在采油方式优选中，评判对象包括有杆泵、水力活塞泵、电泵和气举。备择集为：V={2,1,0,-1,-2}。在各评判对象中评判结果E值最大者便为最佳采油方式。采油方式决策技术5.决策分析步骤1)需要的主要技术资料地面及地下流体性质。试油试采产能资料。油层及井身资料。与原油生产费用有关的数据。油藏工程方案确定的开发方式及预测的不同开发阶段的动态指标。采油方式决策技术2)决策分析工作步骤地质研究，油藏工程设计(数值模拟)，油田生产条件油井产能分析模型不同采油方式的油井生产系统动态模拟不同产液指数的油井用不同采油方式的最大产量图版经济指标计算与分析综合评价输出结果各种采油方式对井的适应性分析油井分类图4-4采油方式综合评价与决策模型采油方式决策技术采油工程技术3、酸化技术4、压裂技术5、调剖堵水决策技术6、防砂技术7、射孔技术8、改善开发效果的宏观决策和单井配置技术9、水平井开采技术10、稠油开采技术2、人工举升技术1、采油方式决策技术按照油层能量是否充足，可以将举升方式分为自喷和人工举升。油层能量充足时，利用油层本身的能量就能将油举升到地面的方式就是自喷。当油层能量较低时，可以采用人工举升给井筒流体增加能量的方法将油从井底举升到地面上来，即采用人工举升方式。目前广泛应用的人工举升方式主要有气举、有杆泵采油、无杆泵采油等方式。人工举升技术1.气举1）气举采油原理图4-5气举采油系统示意图人工举升技术2）气举设计气举方式和气举装置类型；气举点深度、气液比和产量；阀位置、类型、尺寸及装配要求。气举设计内容包括：人工举升技术2.有杆泵采油图4-6抽油装置示意图1）抽油装置系统工作原理人工举升技术2）抽油泵结构简单，强度高，质量好，连接部分密封可靠。制造材料耐磨和抗腐蚀性好，使用寿命长。规格类型能满足油井排量的需要，适应性强。便于起下。在结构上应考虑防砂、防气，并带有必要的辅助设备。抽油泵一般应满足下列要求：人工举升技术图4-7泵的工作原理(a)上冲程；(b)下冲程1-排出阀；2-拄塞；3-衬套；4-吸入阀人工举升技术3）有杆抽油井生产系统设计设计原则设计内容以油藏供液能力为依据，以油藏与抽油设备的协调为基础，最大限度地发挥设备和油藏潜力，使抽油系统高效而安全地工作。对刚转为有杆泵抽油的井和少量需要调整抽油机机型的有杆抽油的井，可初选抽油机机型。对大部分有杆抽油的油井，抽油机不变，为已知。对于某一抽油机型号，设计内容有：泵型、泵径、冲程、冲次、泵深及相应的杆柱组合材料，并预测相应抽汲参数下的工况指标，包括载荷、应力、扭矩、功率、产量及电耗等。人工举升技术需要的基础数据(1)井深，套管直径，油藏压力，油藏温度。(2)油、气、水密度，油饱和压力，地面脱气原油粘度。(3)含水率，套压，油压，生产气油比，设计前油井的产量、流压（或动液面和泵深，或产液指数）。设计方法有杆抽油系统设计方法可分为不限定产量和给定产量两种情况下的设计。人工举升技术a.不限定产量时的设计设计步骤如下：(1)计算IPR曲线及最大产量；(2)取稍小于的产量作为初设产量；(3)由IPR曲线计算初设产量对应的井底流压；(4)以井底流压为起始点应用多相管流计算井筒中的压力分布及相应的充满系数，直到压力低于保证最低沉没度的压力为止；(5)选定充满系数及泵吸入口压力，即可确定出下泵深度。(6)初设抽油杆直径从井口回压向下进行杆-管环多相流计算，确定液柱载荷；人工举升技术(7)给定泵径和初定泵效，确定冲程和充数；(8)进行杆柱设计，若下泵深度过大而超应力，则减小转入(3)；(9)根据设计出的杆柱重新计算泵效及相应的产量；(10)若计算结果误差不符合要求，则以作为新设计产量转入(3)；(11)进行扭矩、功率、电耗等计算，并检查工况指标是否超过设备的额定值，如超过额定值，则再减小转入(3)；(12)设计结束。人工举升技术这是根据油井的配产任务，寻求为完成规定产量使抽油泵系统在高效率下工作的抽油方案。其核心是确定合理的抽汲参数。设计步骤与不限定产量时的主要不同点是：(1)以规定的产量作为设计产量，不再先假定产量。(2)进行杆柱设计时，若杆柱超应力，则应选高强度杆或重新确定能满足规定的抽汲参数组合；若最后仍然无法确定，则停止设计，说明配产不合理，有杆抽油方式无法实现配产任务。b.给定产量时