[科普中國]-采油方式

簡介

采油方法主要有自噴采油和人工舉升兩種。在油井的開發(fā)過程中，當(dāng)對油井試油后，會根據(jù)油井的油層物性、壓力，選擇合適的開采方式。

在實際生產(chǎn)中，油層物性好、壓力高的油井，油氣可自噴到地表，即自噴采油。油層物性差、壓力低的油井，當(dāng)?shù)貙幽芰坎蛔阋詫⒂蜌馀e升到底表時，應(yīng)人工補充能量，進(jìn)行人工舉升。1

自噴采油自噴采油就是原油從井底舉升到井口，從井口流到集油站，全部都是依靠油層自身的能量來完成的。

自噴采油的能量來源主要包括兩個方面，第一是井底油流所具有的壓力，這個井底壓力來源于油層壓力；第二是隨同原油一起進(jìn)入井底的溶解氣所具有的彈性膨脹能量。就是這些能量把原油從井底連續(xù)不斷地舉升到地面。

自噴采油的能量來源是：第一、井底油流所具有的壓力；第二、隨同原油一起進(jìn)入井底的溶解氣所具有的彈性膨脹能量。油井自噴生產(chǎn)，一般要經(jīng)過四種流動過程：
（1）原油從油層流到井底；
（2）從井底沿著井筒上升到井口；
（3）原油到井口之后通過油嘴；
（4）沿著地面管線流到分離器、計量站。
不論哪種流動過程，都是一個損耗地層能量的過程，地層滲流、井筒多相管流、嘴流和地面水平或傾斜管流，如圖所示。四種流動過程壓力損耗的情況因油藏而異，大致如下：
1.地層滲流
當(dāng)油井井底壓力高于油藏飽和壓力時，流體為單相流動。當(dāng)井底壓力低于飽和壓力時，流體在油井井底附近形成多相流動。井底流動壓力可通過更換地面油嘴而改變，油嘴放大，井底壓力下降，生產(chǎn)壓差加大，油井產(chǎn)量增加。多數(shù)情況下，油層滲流壓力損耗約占油層至井口分離器總壓力損耗的10%～40%左右。
2.井筒多相管流
自噴井井筒油管中的流動，一般都是油、氣兩相或油、氣、水混合物，必須克服三相混合物在油管中流動的重力和摩擦力，才能把原油舉升到井口，并繼續(xù)沿地面管線流動。井筒的壓力損耗最大，約占總壓力損耗的40%～60%左右。
3.油嘴節(jié)流
油氣到達(dá)井口通過油嘴的壓力損耗，與油嘴直徑的大小有關(guān)，通常約占總壓力損耗的5%～20%左右。
4.地面管線流動
壓力損耗較小，約占總壓力損耗的5%～10%左右。

20世紀(jì)80年代以來，對自噴井的流動過程開展了節(jié)點分析研究。所謂節(jié)點分析，就是把油井的整個生產(chǎn)系統(tǒng)，分成若干個節(jié)點，由節(jié)點把系統(tǒng)分成若干部分，然后就其各個部分在生產(chǎn)過程中的壓力損耗進(jìn)行分析，從而比較科學(xué)地分析整個生產(chǎn)系統(tǒng)。
總起來說，自噴采油，井口設(shè)備簡單，操作方便，油井產(chǎn)量高，采油速度高，生產(chǎn)成本低，是一種最佳的采油方式。在管理上要施行有效的管理制度，盡可能地延長油井自噴期，以獲得更多的自噴產(chǎn)量。2

氣舉采油氣舉采油就是當(dāng)油井停噴以后，為了使油井能夠繼續(xù)出油，利用高壓壓縮機，從地面向井筒注入高壓氣體將原油舉升至地面的一種人工舉升方式。

氣舉采油是基于U形管的原理，從油管與套管的環(huán)形空間，通過裝在油管上的氣舉閥，將高壓氣體連續(xù)不斷地注入油管內(nèi)，使油管內(nèi)的液體與注入的高壓氣體混合，降低液柱的密度，減少液柱對井底的回壓，從而使油層與井底之間形成足夠的生產(chǎn)壓差，油層內(nèi)的原油不斷地流入井底，并被舉升到地面。

氣舉采油的優(yōu)點包括：

（1）井口和井下設(shè)備比較簡單；

（2）在不停產(chǎn)的情況下，通過不斷加深氣舉，使油井維持較高的產(chǎn)量；

（3）可進(jìn)行小直徑工具和儀器的油層補孔、生產(chǎn)測井和封堵底水并減少井下作業(yè)次數(shù)，降低生產(chǎn)成本。

缺點是需壓縮機和高壓管線，地面系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，投資大，氣利用率低。主要適用于海上采油、斜井、高產(chǎn)量的深井；氣油(液)比高的油井；定向井和水平井等。 氣舉采油必備條件是：

（1）必須有單獨的氣層作為氣源，或可靠的天然氣供氣管網(wǎng)供氣；

（2）油田開發(fā)初期，要建設(shè)高壓壓縮機站和高壓供氣管線，一次性投資大。目前國內(nèi)采用氣舉采油的油田有：海上珠江口的惠州21-1油田，以及陸上中原油田等，這些油田都有獨立的氣田或氣層作為氣源供氣。

按注氣方式，氣舉又分為連續(xù)氣舉和間歇氣舉。連續(xù)氣舉是將高壓氣體連續(xù)地注入井內(nèi)，使其和地層流入井底的流體一同連續(xù)從井口噴出的氣舉方式。它適用于采油指數(shù)高和因井深造成井底壓力較高的井。間歇氣舉是將高壓氣間歇地注入井中，將地層流入井底的流體周期性地舉升到地面的氣舉方式。間歇氣舉既可用于低產(chǎn)井，也可用于采油指數(shù)高、井底壓力低，或者采油指數(shù)與井底壓力都低的井。2

有桿泵采油有桿泵采油是當(dāng)前國內(nèi)外最廣泛應(yīng)用的采油方法，國內(nèi)有桿泵采油約占人工舉升采油總井?dāng)?shù)的90%左右，它設(shè)備簡單，投資少，管理方便，適應(yīng)性強，從200~300米的淺井到3000米的深井，產(chǎn)油量從日產(chǎn)幾噸到日產(chǎn)100~200噸都可以應(yīng)用。在設(shè)備制造方面，從地面抽油機、井下抽油桿到抽油泵，國內(nèi)產(chǎn)品早已系列化、成套化，能夠滿足油田生產(chǎn)需要。抽油泵的不足之處是排量不夠大，對于日產(chǎn)量達(dá)到200噸以上的油井，不能滿足要求。

有桿泵采油又分為常規(guī)有桿泵采油和地面驅(qū)動螺桿泵采油。常規(guī)有桿泵采油裝置由地面抽油機、井下抽油桿和抽油泵及其它附件組成，如圖所示。

它的工作過程是用油管把深井泵泵筒下入到井內(nèi)液面以下，在泵筒下部裝有吸入閥（固定閥），用抽油桿柱把柱塞下入泵筒，柱塞上裝有排出閥（游動閥）。通過抽油桿柱把抽油機驢頭懸點產(chǎn)生的上下往復(fù)直線運動傳遞給抽油泵向上抽油。

抽油機是常規(guī)有桿泵采油的主要地面設(shè)備，按其基本結(jié)構(gòu)可分為游梁式抽油機和無游梁式抽油機。1

游梁式抽油機游梁式抽油機主要由游梁-連桿-曲柄機構(gòu)、皮帶與減速箱、動力設(shè)備和輔助裝置等四大部分組成。其工作過程是：由地面抽油機上的電動機（或天然氣發(fā)動機），經(jīng)過傳動皮帶，將高速旋轉(zhuǎn)運動傳遞給減速箱減速后，再由曲柄連桿機構(gòu)，將旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)橛瘟旱纳舷逻\動，懸掛在驢頭上的旋繩器連接抽油桿，并通過抽油桿帶動井下抽油泵的柱塞作上下往復(fù)運動，從而把原油抽汲至地面?；窘Y(jié)構(gòu)如圖所示。

經(jīng)過多年的發(fā)展和改進(jìn)，我國先后研制了多種游梁式抽油機，包括前置型、異相型、旋轉(zhuǎn)驢頭式、大輪式以及六桿式雙游梁、雙驢頭抽油機等。2

無游梁式抽油機無游梁式抽油機的種類較多，主要為了減輕抽油機重量，擴大設(shè)備的使用范圍以及改善其技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，特點多為長沖程低沖次，適合于深井和稠油井采油。無游梁式抽油機又分為機械式無游梁抽油機和液壓式無游梁抽油機。

我國先后研制和應(yīng)用了鏈條式抽油機、皮帶傳動抽油機、滾筒型無游梁式抽油機和液壓抽油機等。其中主要以鏈條式抽油機和皮帶傳動抽油機為代表。鏈條式抽油機具有長沖程、低沖次、懸點勻速運動、負(fù)荷能力大、平衡效果好等特點,適合大多數(shù)油井的有桿抽油，尤其適合于抽稠油和深抽。它的發(fā)明人是顧心懌院士。

另一種有桿泵采油方式是地面驅(qū)動螺桿泵采油。其工作原理是動力設(shè)備帶動驅(qū)動頭、抽油桿柱旋轉(zhuǎn)，使螺桿泵轉(zhuǎn)子隨之一起轉(zhuǎn)動，地層產(chǎn)出流體經(jīng)螺桿泵下部吸入，由上端排出，實現(xiàn)增壓，并沿油管柱向上流動。這種采油方法簡便，實際使用時井下也不需要再裝泄油裝置。由于螺桿泵轉(zhuǎn)子隨抽油桿柱下入或起出，螺桿泵轉(zhuǎn)子一旦脫離定子（泵筒），油套管之間便連通，于是起到了泄油的作用。同時可在生產(chǎn)過程中測量動液面，使用費用也較低，是較理想的采油方法之一。2

無桿泵采油無桿泵采油主要包括潛油電動離心泵采油和水力活塞泵采油。

潛油電動離心泵潛油電動離心泵是由地面電源、通過變壓器、控制屏和電纜，將電能輸送給井下潛油電機，使?jié)撚碗姍C帶動多級離心泵旋轉(zhuǎn)，把原油舉升到地面上來。

主要由三部分組成：井下部分、地面部分和聯(lián)結(jié)井下與地面的中間部分。井下部分是潛油電動離心泵的主要機組，它由多級離心泵、油氣分離器、保護(hù)器和潛油電機四部分組成，是抽油主要設(shè)備；地面部分由控制屏、變壓器和輔助設(shè)備（電纜滾筒、導(dǎo)向輪和井口支座等）組成；輔助設(shè)備包括潛油電動離心泵的運輸、安裝及操作用的輔助工具和設(shè)備；中間部分由特殊結(jié)構(gòu)的電纜和油管組成，電流從地面輸送到井下，采用特殊結(jié)構(gòu)的電纜，電纜有圓電纜和扁電纜兩種。1

水力活塞泵水力活塞泵是利用地面高壓泵，將動力液（水或油）泵入井內(nèi)，井下泵是由一組成對的往復(fù)式柱塞組成，其中一個柱塞被動力液驅(qū)動，從而帶動另一個柱塞將井內(nèi)液體升舉到地面。

其優(yōu)點是：揚程范圍較大，起下泵操作簡單?？捎糜谛本?、定向井和稠油井采油。

缺點是：地面泵站設(shè)備多、規(guī)模大，動力液計量誤差未能完全解決。1