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采油基礎(chǔ)知識培訓 第一部分油井的基本結(jié)構(gòu) 第一節(jié) 油井的井身結(jié)構(gòu)一 油井的井身結(jié)構(gòu)二 生產(chǎn)井完鉆井身結(jié)構(gòu)三 注水井結(jié)構(gòu)第二節(jié) 自噴井井口流程與設(shè)備2 1自噴井井口流程2 2自噴井井口裝置2 3采油樹的類型 2 4自噴井井口裝置上的主要附件 第二部分油井生產(chǎn)的基本知識 第一節(jié) 油氣藏及其油 氣 水一 油氣藏概念及類型 二 油氣藏中油 氣 水的分布第二節(jié) 油 氣 水的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)一 石油的物理 化學性質(zhì)二 地層水 油田水 的物理 化學性質(zhì)第三節(jié) 自噴與氣舉采油一 油井誘噴二 氣舉的方法及原理第四節(jié) 油井自噴的基本原理一 自噴采油的過程二 油氣混合物在井筒中的流動形態(tài)三 油井自噴的基本原理第五節(jié) 嘴流的基本規(guī)律 第三部分油田開發(fā)基礎(chǔ)知識 第一節(jié) 開發(fā)方式及布井一 油田開發(fā)方式二 井網(wǎng)布署第二節(jié) 油田注水方式第三節(jié) 油田開發(fā)的主要指標一 原油產(chǎn)量二 油田注水三 地層壓力 第四部分采油工基礎(chǔ)知識 第一節(jié) 油水井結(jié)構(gòu)及原理一 注水井生產(chǎn)原理二 自噴井結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)原理三 抽油機井結(jié)構(gòu)及采油原理第二節(jié) 計量間及其輔助設(shè)備一 計量分離器二 閥組 第五部分油水井站管理 第一節(jié) 油水井開關(guān)一 油水井開關(guān)的概念二 抽油機的開關(guān)及抽油設(shè)備的啟停第二節(jié) 注水井的開關(guān)第三節(jié) 油水井資料錄取及整理分析一 油水井資料全準的內(nèi)容及標準二 油水井資料的錄取與整理分析 第六部分油井結(jié)蠟 結(jié)垢原因及處理 一 油井中的蠟二 油井結(jié)蠟的原因三 油井結(jié)蠟現(xiàn)象和結(jié)蠟規(guī)律四 防止結(jié)蠟的措施五 清蠟方法六 油井結(jié)垢的原因 表現(xiàn)形式及處理辦法 第一部分油井的基本結(jié)構(gòu) 第一節(jié) 油井的井身結(jié)構(gòu)一 油井的井身結(jié)構(gòu)井身結(jié)構(gòu)是指一口井內(nèi)下入的套管層數(shù) 套管直徑 下入深度以及相應(yīng)井段的鉆頭直徑和各層套管外水泥的返回高度 各層套管分為表層套管和技術(shù)套管和油層套管 常用的套管管徑為339 73 244 48 193 68 139 7等序列 在表層套外常下一層導管 導管 井身結(jié)構(gòu)中第一層的套管叫導管 主要作用是建立開鉆的泥漿循環(huán)系統(tǒng) 一般下的很淺 通常下入深度為2 40米 表層套管 井身結(jié)構(gòu)中第二層套管叫表層套管 用以封隔上部松軟地層和水層 供井口安裝封井器 下入深度一般為300 400米 管外水泥返至地面 技術(shù)套管 在表層和油層套管之間的一層套管叫技術(shù)套管 用來封隔表層套管以下的復雜的地層 下入深度視地層復雜情況而定 油層套管 井內(nèi)下入的最后一層套管叫油層套管 保護井壁 封隔油 氣 水層 下入深度視生產(chǎn)層位和完井方法來定 有的下到生產(chǎn)層頂部 有的則穿過生產(chǎn)層幾十米 管外水泥的上返高度一般為需要封隔的油 氣 水層以上50 100米 注水井要更高一些 在確保安全鉆進的條件下可以不下技術(shù)套管以簡化井身結(jié)構(gòu) 節(jié)約鋼材 過去我國打三千米左右的探井一般要下三層套管 現(xiàn)在 只要地層情況允許 鉆井工藝技術(shù)措施得當 只下表層套管和油層套管 大大節(jié)約了鉆井成本 二 生產(chǎn)井完鉆井身結(jié)構(gòu) 井身結(jié)構(gòu)通常是指完鉆井深和相應(yīng)井段的鉆頭直徑 下入的套管層數(shù) 直徑和深度 各套管外的水泥返高和人工井底等 要記住是 井和油層是靠套管聯(lián)系起來的 套管外從井底至井口的整個高度都是由水泥固的井 井筒和油層是憑射孔槍射的孔來實現(xiàn)連通的 要掌握的數(shù)據(jù)有以下6項 1 套補距 鉆井時的方補心與套管頭的距離 單位為米 m 2 套管深度 下入油層套管的深度 單位為米 m 3 套管直徑 下入油層套管的公稱直徑 單位為毫米 mm 人工井底深度 完井時套管內(nèi)最下部水泥頂界面至方補心的距離 單位為米 m 4 射開油層頂部深度 射孔井段最上部至方補心的距離 單位為米 m 5 射開油層底部深度 射孔井段最下部至方補心的距離 單位為米 m 以上幾項數(shù)據(jù)中 需要注意的是套補距 它在鉆井架一撤之后現(xiàn)場就不存在了 但在以后的生產(chǎn)過程中 如補孔 下泵 抬高井口 修井等措施時丈量管柱都要用到它 三 注水井結(jié)構(gòu) 注水井結(jié)構(gòu)通常是指在完鉆井基礎(chǔ)上 在井筒套管內(nèi)下入油管 配水管柱 再配以井口裝置 以上稱為注水井結(jié)構(gòu) 1 套管規(guī)范 即下入的套管直徑與壁厚 如 141 7 72mm 2 油管規(guī)范及下入深度 油管規(guī)范指下入油管的直徑與壁厚 如 62mm 5 5mm 3 下入深度指下入油管的底部到方補心的距離 單位為米 m 4 注水管柱深度及級數(shù) 即下入管柱有幾級幾段封隔器 5 油層中部深度 主力油層深度至方補心的距離 單位為米 m 6 井口裝置 所采用的采油樹型號 第二節(jié) 自噴井井口流程與設(shè)備 2 1自噴井井口流程為使自噴井保持正常的穩(wěn)定高產(chǎn) 必須有井口裝置能控制 調(diào)節(jié)油 氣量和把產(chǎn)出的油 氣集輸?shù)囊恍┰O(shè)備 并用管件把這些設(shè)備連接成一個系統(tǒng) 油氣在井口所通過的這套管路 設(shè)備 稱為自噴井的井口流程 一般自噴井井口流程有以下的作用 1 控制和調(diào)節(jié)油井的產(chǎn)量 2 錄取油井的動態(tài)資料 如記錄油壓 套壓 計量油 氣產(chǎn)量 井口取樣等 3 對油井產(chǎn)物和井口設(shè)備進行加熱保溫 油 氣匯集方法的不同 油 氣計量的地點不同 以及加熱保溫方式的不同 自噴井井口流程也有所不同 一般最簡單的井口流程是一套能控制 調(diào)節(jié)油 氣產(chǎn)量的采油樹 及油 氣混輸?shù)墓芫€和設(shè)備 2 2自噴井井口裝置 自噴井井口裝置 在石油礦場上統(tǒng)稱為采油樹 有的人又把采氣井上的井口裝置叫做采氣樹 實際上一般都由套管頭 油管頭和采油樹三大部分組成 1 套管頭 套管頭是組成井口裝置的最下面的部分 其作用是連接井內(nèi)的各層套管 密封各層套管的環(huán)形空間 表層套管法蘭與套管頭下法蘭連接 油層套管用絲扣與套管頭內(nèi)絲扣連接 近年來 有的油井已不用套管頭了 而是將表層套管和油層套管直接焊在一個套管法蘭盤上 不下表層套管的井 只需把油層套管焊在套管法蘭盤上即可 然后再用雙頭螺栓將套管法蘭和套管三通或四通的下法蘭連接起來 在這兩個法蘭之間用鋼圈密封 除上述方法外 還可在油層套管上端連接一個套管接箍和一根套管短節(jié) 再用絲扣將套管三通或四通和套管短節(jié)連接在一起 2 油管頭在整個井口裝置中 位于套管頭以上總閘門以下的組成部分統(tǒng)稱為油管頭 包括套管三通或四通 法蘭大小頭 又稱異型法蘭短節(jié) 油管懸掛器 俗稱蘿卜頭等 老式油管頭套管四通的下法蘭與套管頭的上法蘭通過雙頭螺栓連接在一起 該四通的上法蘭亦通過螺栓與異型法蘭短節(jié)連接在一起 法蘭與法蘭之間均用鋼圈密封 在異型法蘭短節(jié)的內(nèi)絲扣上接一根油管短節(jié) 再將油管短節(jié)和井內(nèi)油管柱相連接 這樣就將井內(nèi)的油管柱全部懸掛在油管頭上了 新式油管頭是在套管三通或四通上安裝一個頂絲法蘭盤 使油管懸掛器坐在頂絲法蘭盤的圓錐形開口座里 所以又把這種油管頭叫做座式油管頭 其中的油管懸掛器 簡稱油管掛 是一個中心帶孔的圓錐體 在中心孔里車有內(nèi)絲扣 以便上接采油樹 下接油管短節(jié) 油管短節(jié)再和井內(nèi)油管柱相連接 因此 可以利用油管柱的重力來擠壓油管懸掛器上的盤根 從而達到密封油 套管環(huán)形空間的目的 頂絲尖端為圓錐形 其圓錐面與油管懸掛器的上斜面緊密接觸 使其固定平穩(wěn)壓帽同時還可以防止在油管被堵時 因井內(nèi)壓力蹩得過高而將油管柱上頂?shù)默F(xiàn)象發(fā)生 隨著采油工藝技術(shù)的不斷發(fā)展 井口裝置也在不斷地簡化和改進 近幾年來 已經(jīng)制造出將單層套管的套管頭和油管頭合并成為一個整體的井口懸掛密封裝置 其油管懸掛器先和油管短節(jié)相連后 再和井內(nèi)的油管柱連接 然后坐在套管三通的圓錐體內(nèi) 仍然是依靠油管柱重力壓緊密封圈來密封油 套管環(huán)形空間 并擰緊四條防頂頂絲 將油管懸掛器固定在套管三通上部的圓錐體內(nèi) 同時 也可以防止因井內(nèi)壓力蹩得過高時而產(chǎn)生的油管柱上頂現(xiàn)象 從上述可知 無論什么樣的油管頭 其作用都是懸掛井內(nèi)的油管柱 密封油 套管之間的環(huán)形空間 采油樹在井口裝置中 油管頭以上的組成部分叫做采油樹 又稱為采油井口閘 采油樹的組成 一般均由油管 三通或四通 總閘門 生產(chǎn)閘門 清蠟閘門和油嘴三通等部件組成 采油樹的作用 采油樹實際上是井口裝置的控制調(diào)節(jié)部分 其作用是控制調(diào)節(jié)油井的油 氣產(chǎn)量 引導井中的產(chǎn)物流向出油管線 便于某些井下作業(yè)的施工等 3 1采油樹的類型按照出油翼數(shù)來分 可分為單翼式和雙翼式兩種 按照連接型式來分 可分為以下三種 以法蘭聯(lián)接的采油樹 這種采油樹除了壓力表 考克是以絲扣連接的以外 其余各個大閘門 三通或四通之間均用法蘭連接 這種采油樹屬于老式采油樹 其特點較多 如體積龐大 笨重 結(jié)構(gòu)復雜 操作不便等 因此 這種類型的采油樹將被逐漸淘汰 松 型等均屬于此種類型的采油樹 以絲扣連接的采油樹 這種采油樹的各大小閘門 三通或四通之間均以絲扣相連接 體積較小 重量較輕 但在拆裝和修井過程中絲扣容易損壞 工作壓力較低 不能滿足高壓油井的要求 所以目前用得較少 如勝251型采油樹 以卡箍連接的采油樹 這種采油樹的套管閘門 生產(chǎn)閘門 總閘門和清蠟閘門均用卡箍連接 體積小 重量輕 結(jié)構(gòu)簡單 拆裝方便 配用了錐形油管掛 密封性能好 能滿足多種井下作業(yè)的要求 3 2自噴井井口裝置上各個閘門的作用套管閘門 裝在套管四通的兩側(cè) 通過它可以進行正 反循環(huán)洗井 觀察壓力以及實施經(jīng)過油 套管環(huán)形空間的各項井下作來 總閘門 裝在油管頭與油管三通或四通之間 是控制油井油氣混合物噴出的總開關(guān) 油井正常生產(chǎn)時一直全開著 只有在油井長期停產(chǎn) 維修 更換生產(chǎn)閘門等特殊情況下才關(guān)閉它 生產(chǎn)閘門 裝在油管三通的一側(cè)或油管四通的兩側(cè) 是控制油氣混合物流向出油管線的開關(guān) 油井正常生產(chǎn)時 一直全開著 只有在檢查 更換油嘴 測油井靜壓或油井短時間停產(chǎn)時才關(guān)閉它 清蠟閘門 裝在油管三通或四通的上面 油井正常生產(chǎn)時 總是關(guān)閉著 在往井內(nèi)下清蠟工具或測壓儀表時 才打這個閘門 回壓閘門 當油井生產(chǎn)時 一直全開著 只在檢查 更換油嘴 維修 更換生產(chǎn)閘門和進行井下作業(yè)時才關(guān)閉它 目的是為了防止出油管線內(nèi)的流體倒流 為了達到這個目的 現(xiàn)場也采用單流凡爾代替回壓閘門的井口裝置 取樣 放空閘門 或考克 在油嘴三通外的出油管線上 焊了一根與出油管線垂直相通的短管 在這根短管上裝了一個小閘門 這便是取樣 放空閘門 其作用是便于進行井口取樣和檢查 更換油嘴時放空 2 4自噴井井口裝置上的主要附件2 4 1油嘴 常用的簡易油嘴 是一中心帶孔外面車有絲扣的鋼質(zhì)圓柱體 其作用是控制生產(chǎn)壓差 調(diào)節(jié)油井產(chǎn)量 根據(jù)油嘴的位置不同 可分為井下油嘴和地面油嘴兩大類 井下油嘴安裝在分層配產(chǎn)器上 地面油嘴一般安裝在生產(chǎn)閘門后面的油嘴三通里 也有少數(shù)裝在水套加熱爐原油出口管線上或計量站進油總機關(guān)上 地面油嘴的式樣較多 常用的有螺帽式簡易油嘴和卡扣式簡易油嘴 除此之外 還有濾網(wǎng)式油嘴 多孔油嘴 萬能油嘴等 濾網(wǎng)式油嘴是在螺帽式或卡扣式油嘴前邊 焊上了一個圓錐形銅絲布濾網(wǎng) 其目的是防止小蠟塊堵死油嘴 若有個別小蠟塊粘附在濾網(wǎng)上 只能將濾網(wǎng)的部分孔眼堵塞 其余的孔眼仍能通過油流 不會將油嘴堵死 同時 還有另一個作用 如有不結(jié)實的小蠟塊通過濾網(wǎng)時 在油氣壓力作用下可使小蠟塊破碎 然后通過油嘴孔眼 不致影響油井生產(chǎn) 萬能油嘴又叫做可調(diào)式油嘴 是在一個閘門的閘板上鉆了孔徑由小到大的一排孔眼 旋轉(zhuǎn)閘門手輪到一定位置 就可使閘板上不同孔徑的孔眼對準閘門孔道 從而達到調(diào)節(jié)生產(chǎn)壓差 控制油井產(chǎn)量的目的 地面油嘴的規(guī)格 按油嘴的孔徑大小 一般可以分為44種 孔徑最小的為1 5毫米 孔徑最大的為20毫米 在孔徑為1 5 9 5毫米之間 每個孔眼直徑相近的油嘴 其孔徑相差0 25毫米 在孔徑為9 5 10毫米之間 其孔徑相差0 5毫米 在孔徑為10 20毫米之間 由小到大排列 每兩個相鄰油嘴的孔徑依次相差1毫米 2 4 2壓力表 在石油生產(chǎn)中使用著各種壓力表 其作用是觀察油 氣 水和各種承壓設(shè)備的壓力變化 錄取各項壓力資料 1 壓力表的結(jié)構(gòu)和工作原理在各種井口裝置上常用單圈彈簧管式壓力表 亦稱包氏管壓力表 單圈彈簧管式壓力表主要由外殼 空心絲扣接頭 中心柱 中心齒輪 小齒輪 扇形齒輪 連桿 包氏管 單圈扁曲彈簧管 校正螺絲 游絲 指針和刻度盤等組成 其工作原理是 因為扁曲彈簧管的一端為固定端 和空心絲扣接頭焊接相通 承壓設(shè)備內(nèi)的壓力由此傳入 而另一端為活動端 通過連桿 齒輪機構(gòu)與指針銜接 當壓力傳入扁曲彈簧管時 扁曲彈簧管受壓而伸長 承受壓力越大 彈簧管伸長越多 在連桿 齒輪機構(gòu)的帶動下 固定在中心軸上的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) 從而在刻度盤上指示出壓力值的大小 2 壓力表的精度等級在實際工作中 除了應(yīng)該懂得壓力表的結(jié)構(gòu)原理以外 還應(yīng)知道壓力表的精度等級 這樣才能正確地選用壓力表 油礦上常用壓力表的精度等級見表1 2 精度為 0 5級的壓力表為標準壓力表 常用它來校對其它壓力表的準確程度 1 0級 1 5級 2 0級精度的壓力表誤差較小 用到對壓力資料要求較高的設(shè)備上 3 0級 4 0級精度的壓力表誤差較大 常用到對壓力資料不太嚴格的地方 壓力表的精度等級是指壓力表最大量程的誤差百分數(shù) 例如 某壓力表的最大量程為2 107 1 5 3 105帕 3 使用壓力表時應(yīng)注意的事項 注意量程選擇 應(yīng)根據(jù)實測壓力值的大小 選用量程合適的壓力表 使所測得的壓力數(shù)值在壓力表最大量程的30 70 的范圍內(nèi) 因為扁曲彈簧管彎曲的弧度是270 正常工作的壓力表 扁曲彈簧管可以轉(zhuǎn)動5 7 扁曲彈簧管轉(zhuǎn)動的這個角度范圍 正好使指針對應(yīng)指到壓力表最大量程的30 70 之間 如果超過了這個范圍 所取得壓力資料的誤差就要超過壓力表所允許的最大誤差 盡量避免讀數(shù)誤差 在實際工作中 常常有幾個人同時去看一個壓力表 而讀出的壓力數(shù)值各不相同 這都是由于讀壓力值的方法不對造成的 在讀壓力數(shù)值時 人站的位置應(yīng)面對壓力表表面 使眼睛 指針和刻度在一條垂直于表盤的直線上 才能讀得準確的數(shù)值 要防止臟物堵塞壓力表的引入管和接頭的孔眼 否則容易得出錯誤的判斷或造事故 表1 2 油礦常用壓力表的精度等級 要防止強烈震動 因為強烈震動壓力表容易造成游絲紊亂 固定螺絲松動或壓力表損壞等故障 測理蒸汽或腐蝕性液體的壓力時 應(yīng)在壓力表接頭上接一根灌滿機油的彎曲充液管 以防范汽或腐蝕性液體進入扁曲彈簧管 開關(guān)壓力表考克時 操作要平穩(wěn) 防止在壓力表量程選得不恰當?shù)那闆r下 突然超高壓而損壞壓力表 在井口進行修井作業(yè)時 應(yīng)將井口裝置上暫時不用的壓力表 卸下來保管好 施工完畢后再裝上 以防施工過程中碰撞損壞 4 校對壓力表的方法壓力表的準確度 直接影響到所取壓力資料的可靠程度 因此 在生產(chǎn)過程中必須經(jīng)常對壓力表進行檢查和校對 油水井井口裝置上的壓力表 每月至少要校對一次 在油礦上常用以下三種方法校對壓力表 落零法 就是在檢查時 切斷壓源 打開放空考克放空后 看壓力表指針是否落零 或者關(guān)掉壓力表下面的考克 慢慢卸下壓力表 看壓力表指針是否落零 若指針指到刻度盤的零位置上 說明壓力是準確的 若不指零 說明壓力表產(chǎn)生了誤差 需要進行修理 互換法 就是把測同樣介質(zhì)壓力的壓力表 卸下來互相交換測量 以便從中發(fā)現(xiàn)問題的方法 如果現(xiàn)有兩個壓力表 已知其中一個是準確的 便可用這個準確的表 去校對另一個可能有問題的表 校對時 用這兩個壓力表去測定同一壓力的介質(zhì) 若兩個表讀數(shù)相同 則說明被校對的那個表是準確的 若讀數(shù)不相同 則說明被校對的那個表已經(jīng)產(chǎn)生了誤差 需要修理 使用校表器校對 以上介紹的落零法和互換法校對壓力表 都是在生產(chǎn)崗位上臨時應(yīng)用的粗略的校對方法 要知道壓力表的精度 靈敏度等是否合符要求 就需要將壓力表送到儀表室去進行校對和修理 第二部分油井生產(chǎn)的基本知識 采油地質(zhì)基礎(chǔ)知識是采油工認識地下 油藏 油層 了解油田開發(fā)基礎(chǔ) 管理好油水井的必備基礎(chǔ)知識 本章重點介紹油氣藏的概念 油 氣 水的基本物性和特征等 第一節(jié) 油氣藏及其油 氣 水 每一個剛接觸采油的人都會問這樣一個問題 油田采出的原油來自地下什么地方 在地下是什么樣子呢 這就是通常石油人所說的油藏 形象地說 每個油藏都有是位于地下深淺不一 形狀和大小也不一樣的封閉空間 里面的原油也不是外行人所說的像個大水泡子 而是如同浸在豆腐里的水一樣浸在巖石 如砂巖 里的 一 油氣藏概念及類型 一 油氣藏概念油氣藏的地質(zhì)含義是 在同一圈閉內(nèi)具有同一壓力系統(tǒng)的油氣聚集 圈閉就是能夠使油氣聚集起來的場所 它具有聚集油氣的儲集層 阻止油氣逸散的蓋層 底層 以及阻止油氣向四周繼續(xù)運移和擴散的遮擋條件 同一壓力系統(tǒng)是指圈閉內(nèi)各點的壓力都可以向整個空間傳遞 圈閉容積 場所 的大小決定油氣藏的大小 1 構(gòu)造圈閉 由于構(gòu)造運動使巖層發(fā)生變形和位移造成的圈閉叫構(gòu)造成圈閉 包括背斜圈閉和斷層遮擋圈閉 2 地層遮擋圈閉 由于地層因素造成遮擋條件的圈閉 3 巖性遮擋圈閉 由于儲集層巖性改變或巖性連續(xù)中斷而形成的圈閉 二 油氣藏類型圈閉中只聚集和儲存石油和水的叫油藏 圈閉中只聚集和儲存天然氣的叫氣藏 當在采出的1t石油中能分離出1000m3的天然氣時 叫油氣藏 油氣藏分三大類 即構(gòu)造油氣藏 地層油氣藏 巖性油氣藏 1 構(gòu)造油氣藏 構(gòu)造油氣藏是指油氣在構(gòu)造圈閉中的聚集 主要類型有背斜油氣藏 斷層遮擋油氣藏 裂縫性油氣藏 鹽丘油氣藏和向斜油氣藏 2 地層油氣藏 地層油氣藏是指油氣在地層圈閉中的聚集 一般有地層不整合遮擋油氣藏 地層超覆遮擋油氣藏 剝蝕隆起油氣藏等 3 巖性油氣藏 巖性油氣藏是指油氣在由于儲集層巖性的改變或巖性的連續(xù)性中斷而造成的巖性遮擋圈閉中的聚集 主要有巖性尖滅油氣藏 透鏡狀巖性油氣藏等 由上述可知 1 圈閉是油氣藏形成的基本條件之一 圈閉的類型決定著油氣藏的類型 圈閉的大小直接影響其中的油氣儲量 2 油氣藏是地層中油氣聚集的基本單位 是油氣在單一圈閉內(nèi) 具有獨立壓力系統(tǒng)和統(tǒng)一的油水界面的基本聚集 二 油氣藏中油 氣 水的分布 油氣藏內(nèi)油 氣 水的分布具有一定規(guī)律 如在單一背斜圈閉內(nèi) 由于重力分異作用 油 氣 水的分布規(guī)律是氣在上 油居中 水在油氣下面 從而形成油氣界面及油水界面 油 氣 水在油氣藏內(nèi)的分布特征在油田開發(fā)中常用以下術(shù)語進行描述 一 油氣邊界1 外含油邊界 油水界面與油層頂界的交線稱為外含油邊界 也叫含油邊界 2 內(nèi)含油邊界 油水界面與油層底界的交線稱為內(nèi)含油邊界 也叫含水邊界 3 氣頂邊界 油氣界面與油層頂面的交線稱為氣頂邊界 二 含油面積1 含油氣面積 內(nèi) 外 含油邊界所圈閉的面積 稱內(nèi) 外 含油面積 外含油面積也常叫含油面積 對油氣藏來講即為含油氣面積 2 含氣面積 氣頂圈閉的面積稱為含氣面積 對于純氣藏 則為氣水邊界所圈閉的面積 三 油氣藏高度1 油藏高度 油水邊界到油藏最高點的高度 稱為油藏高度 當有氣頂時 油藏高度即為油水接觸面與油氣接觸面之間的高度值 2 氣藏高度 氣藏高度是指油氣界面與油氣藏最高點的高度差 對于油氣藏 則為氣水界面與氣藏最高點的差 3 油氣藏高度 油藏高度與氣頂高度之和為油氣藏高度 第二節(jié) 油 氣 水的物理性質(zhì)和化學性質(zhì) 油氣藏中的油 氣 水實際就是通稱的石油 天然氣 油田水 學習和掌握它們的物理和化學性質(zhì)對采油工來說是非常重要的 無論是生產(chǎn)分析還是生產(chǎn)安全都離不開對它們的認識 一 石油的物理 化學性質(zhì) 一 石油的物理性質(zhì)石油是由各種碳氫化合物混合而成的一種可燃有機油狀液體 分類 石油分天然石油和人造石油兩種 天然石油是從油氣田中開采出來的 人造石油是從煤或油頁巖中干餾出來的 石油在提煉以前稱為原油 從原油中可提煉出汽油 柴油 煤油及一系列石油產(chǎn)品 石油一般呈棕黑色 深褐色 黑綠色等 也有無色透明的 石油有特殊的氣味 含硫化氫時有臭味 含芳香烴而有香味 地層原油的物理性質(zhì) 直接影響原油在地下的儲存狀況和流動性能 研究油田驅(qū)動類型 確定油田開采方式 計算油田儲量 選擇油井工作制度等都必須有準確的地層原油物性分析資料 也叫高壓物性資料 作為依據(jù) 分析地層原油的物理性質(zhì) 一般要取得以下幾個參數(shù) 1 飽和壓力 地層原油在壓力降低到開始脫氣時的壓力稱飽和壓力 原始飽和壓力是指油田開采初期 地層保持在原始狀況下測得的飽和壓力 一般所說的飽和壓力均是指原始飽和壓力 它是確定開發(fā)決策的依據(jù)之一 單位為兆帕 mpa 2 溶解氣油比 在地層原始狀況下 單位重量 或體積 原油所溶解的天然氣量稱為原始氣油比 單位是立方米每噸 t m3 或立方米每立方米 m3 m3 油井生產(chǎn)時 每采出1t原油伴隨采出的天然氣量稱生產(chǎn)氣油比 單位是立方米每噸 m3 t 分析地層原油的物理性質(zhì) 一般要取得以下幾個參數(shù) 3 原油密度和相對密度 原油密度是指單位體積原油的質(zhì)量 單位是千克每立方米 kg m3 原油相對密度 是指原油在20 0 101mpa的標準狀態(tài)下脫氣原油的密度與溫度為4 時同樣體積純水密度之比值 為無因次量 分析地層原油的物理性質(zhì) 一般要取得以下幾個參數(shù) 4 原油粘度 石油在流動時 其內(nèi)部分子之間產(chǎn)生的摩擦阻力稱為原油粘度 單位是毫帕秒 mpa s 影響粘度的因素很多 在地層中的原油 由于溫度高 壓力高 且溶解有大量天然氣 所以粘度小 而地面原油溫度低 溶解氣少 所以粘度比地層條件下大得多 如果原油粘度大于50mpa s 20 時相對密度大于0 920時就叫稠油 分析地層原油的物理性質(zhì) 一般要取得以下幾個參數(shù) 5 原油凝固點 原油冷卻到失去流動性時的溫度 叫做原油凝固點 凝固點在40 以上的原油叫高凝油 6 原油體積系數(shù) 地層條件下單位體積原油與其在地面條件下脫氣后的體積之比值 稱為原油體積系數(shù) 為無因次量 原油體積系數(shù)是用來計算石油地質(zhì)儲量 注采比 地下虧空等主要開發(fā)指標的換算系數(shù) 它的數(shù)值一般都大于1 分析地層原油的物理性質(zhì) 一般要取得以下幾個參數(shù) 7 原油收縮率 地層原油采到地面后 天然氣逸出使體積縮小 收縮的體積占原體積的百分比稱為收縮率 8 原油原縮系數(shù) 單位體積的地層原油的壓力每增加或減小1pa時 體積的變化率稱為壓縮系數(shù) 又稱壓縮率 單位是每帕或每兆帕 pa 1或mpa 1 二 石油的化學性質(zhì) 石油主要由碳 C 氫 H 元素組成 碳占83 87 氫為10 14 二者的比值 C H 一般在6 0 7 5之間 還有氧 氮和硫 但含量都不超過1 個別油田含硫量可達3 4 要說明的是 上述的各元素在原油中不是呈游離狀態(tài) 而是結(jié)合成不同的化合物而存在 多以烴類化合物為主 另外還有少量的含氧 硫 氮的非烴類化合物 原油中烷烴的碳原子個數(shù)為15 42時 呈固態(tài)的碳氫化合物稱為蠟 原油中含蠟的百分數(shù)稱為含蠟量 膠質(zhì)是原油中相對分子質(zhì)量較大的烴類 并含有氧 氮 硫等雜質(zhì) 它溶解性較差 只能溶解于石油醚 苯 氯仿 乙醚和四氯化碳等有機溶劑中 能被硅膠吸附 石油蒸發(fā)或氧化后 膠質(zhì)成分增加 密度較小的石油一般含膠質(zhì)4 5 而較重的石油膠質(zhì)含量可達20 或更多 原油中所含膠質(zhì)的百分數(shù)稱為膠質(zhì)含量 原油中的瀝青質(zhì)為暗褐色至黑色的脆性物質(zhì) 含有碳 氫 氧 氮硫等元素的高分子多環(huán)有機化合物 其相對分子質(zhì)量比膠質(zhì)大許多倍 不溶于石油或酒精 可溶于苯 三氯甲烷及二硫化碳 也可被硅膠吸附 原油中所含瀝青質(zhì)的百分數(shù)稱為瀝青質(zhì)含量 三 天然氣的物理 化學性質(zhì) 一 天然氣的物理性質(zhì)天然氣是以氣態(tài)碳氫化合物為主的氣體組成的混合氣體 有的從獨立的氣藏中采出 有的是伴生在石油中被采出 天然氣一般無色 有汽油味或硫化氫味 易燃燒 天然氣的物理性質(zhì)主要由以下幾項參數(shù)描述 1 體積系數(shù) 氣體在油層條件下所占的體積與在標準狀況 20 和0 101mpa 下所占體積的比值 為無因次量 其值遠小于1 2 天然氣壓縮系數(shù) 是指壓力每變化1mpa時氣體體積的變化率 單位是每帕或每兆帕 pa 1或mpa 1 3 天然氣粘度 是天然氣流動時氣體內(nèi)部分子間的摩擦阻力 單位是毫帕秒 mpa s 4 天然氣密度和相對密度 單位體積氣體的質(zhì)量稱天然氣密度 單位是千克每立方米 kg m3 相對密度則是指在某一壓力和溫度下的天然氣密度與在標準狀況下同體積干燥空氣的密度之比值 為無因次量 二 天然氣的化學性質(zhì)天然氣與石油相似 主要由碳 氫 硫 氮 氧及微量元素組成 也是以碳 氫為主 碳約占65 80 氫約占12 20 天然氣的化合物主要有甲烷 CH4 乙烷 C2H6 丙烷 C3H8 丁烷 C4H10 等重烴 還有數(shù)量不等的二氧化碳 CO2 一氧化碳 CO 氫 CH2 硫 S 和氮 N2 等 甲烷在天然氣中含量最多 占42 98 當其含量超過95 時 則稱為干氣 而乙烷以上的重烴含量超過5 時 稱為濕氣 干氣多產(chǎn)自純氣藏 而濕氣則多與石油伴生 天然氣分析一般要進行常見的以下幾個組分含量的分析 即甲烷 乙烷 丙烷 正丁烷 異丁烷 正戊烷 異戊烷 二氧化碳 硫化氫 氮氣和一氧化碳等 二 地層水 油田水 的物理 化學性質(zhì) 由于地層水在油藏中與油氣有密切關(guān)系 所以它的存在狀態(tài)及物理 化學性質(zhì)都較復雜 對油田開發(fā)有很大的影響 對采油工來說 這里只是簡單介紹一下各油田有共性的 常見類型地層水的物理性質(zhì)和化學成分 一 地層水狀態(tài)地層水在巖石 油層 孔隙中呈油水 氣 混合狀態(tài) 油藏邊水和底水呈自由狀態(tài) 二 地層水化學成分地層水化學成分主要有 Na K Ca2 Mg2 陽離子和Cl SO42 CO32 HCO32 陰離子 各油田都是根據(jù)如表1 1 1所列的標準對地層水的水型進行分類 表1 1 1油田常見地層水類型 實際各油田地層水水型通常有 CaCl2型 氯化鈣型 又稱硬水 一般是封閉條件較好的油藏 NaHCO3型 碳酸氫鈉型 又稱堿性水 也是油田常見的水型 三 地層水的物理性質(zhì)1 外觀顏色 地層水一般都帶有顏色 并視其化學組成而定 通常是透明較差 呈混濁狀 2 相對密度 是指單位地層水的密度與同條件下純水的密度比值 為無因次量 由于地層水溶有數(shù)量不等的鹽類 礦化度一般較高 故相對密度大于1 在1 001 1 050間不等 3 粘度 地層水粘度一般比純水高 溫度對其影響較大 隨溫度升高粘度降低 第三節(jié) 自噴與氣舉采油 從鉆開油層到固井以及井底完成等的全部過程中 井筒內(nèi)一直是泥漿等污物浸泡著 這此污物也會或多或少的浸入和污染油層 只有先設(shè)法降低井中液柱對井底油層所造成的回壓 使井筒內(nèi)的靜液柱壓力小于油層壓力 并清除其污物和堵塞現(xiàn)象之后 才能使油層中的油 氣等流體連續(xù)不斷地滲流到井底 并被舉噴到地面上來 常用的誘導油流的方法有替噴法 氣舉法 混氣水排液法 抽汲法和提澇法 替噴法 替噴法的實質(zhì)是減小井內(nèi)液體的相對密度 使液柱回壓小于油層壓力從而達到誘噴的目的 具體作法是 先用輕泥漿替出井中重泥漿 若不噴再用清水替出輕泥漿 再不噴還可用原油替出清水 但對于探井應(yīng)盡量不用原油 以免影響取得資料的正確性 現(xiàn)介紹以下兩種替噴法 1 一般替噴法 將油管下至油層中 上部 裝井口接好循環(huán)管線 用泵將地面準備好的替噴液連續(xù)替入井內(nèi) 直到將井內(nèi)壓井液全部替出為止 此法簡便 但是 對于油管鞋至井底泥漿替不出來 2 二次替噴法 將油管下至距人工井底1米處 裝好井口 先用原壓井液循環(huán)洗井 達到要求后向井內(nèi)注入清水 其量等于井底至油層頂部的井筒容積 用壓井液將清水替到油層頂部 然后上提油管到油層中 上部 裝好井口再按一般替噴法替噴 此法可將井底泥漿替出 但工序復雜一些 可用于底坑 口袋 較長的井 替噴和洗井一樣可采用正循環(huán)或反循環(huán) 替噴時應(yīng)當觀察和記錄替噴液的性能 用量 替噴方法 管柱結(jié)構(gòu)及深度 替噴的時間 泵壓 排量 漏失情況等 替噴法的優(yōu)缺點 優(yōu)點 能緩慢均勻地建立井底壓差 不致引起井壁坍塌和油層大量出砂 缺點 建立井底壓差小 誘噴能力差 此法適用于高壓大產(chǎn)量 油層堵塞不嚴重井 二 氣舉的方法及原理 氣舉法 往井中壓入空氣 替出壓井液 使井中液柱高度很快降低 從而急劇降低井底回壓達到誘噴的目的 氣舉有正 反舉之分 正氣舉 從油管壓入空氣使液體從套管返出 當高壓氣體到達油管鞋時便和液體混合進入套管 此時油井被舉通 井底壓力開始下降 隨著液氣混合物從套管中迅速上升 井底壓力便很快降低使油氣流入井內(nèi)并噴至地面 反氣舉 從套管壓入空氣使液體從油管返出 當高壓氣體到油管鞋時 便和液體混合進入油管 此時油井被舉通 井底壓力開始下降直到把油井舉噴 當泵壓和壓入井中氣體深度相同時 反舉壓入的氣量多 舉出的液體多 能使井底壓力下降得多些 可根據(jù)這個特點和油層的特性來選擇氣舉方式 氣舉使用的高壓壓風機有S 10 150或SF 150型 工作壓力為14700千帕 能舉的最大深度約為1500米水柱 如油管下入深度超過1500米就不可能舉通 因此 當用150型壓風機 反舉法到1500米深度時仍達不到誘噴目的 可采用多級氣舉凡爾氣舉誘噴法 多級氣舉凡爾氣舉誘噴法 是裝有4個氣舉凡爾的誘噴法 從套管環(huán)形空間壓入空氣 混氣液從油管排出 現(xiàn)將多級氣舉的原理和過程簡要說明如下 當套管注入氣到達第一個凡爾時 氣體通過凡爾孔進入油管 使凡爾以上的油管內(nèi)充氣 形成混氣液柱 油管內(nèi)壓力下降 混氣液柱從油管排出 當套管中氣體到達第二個凡爾并從此進入油管時 由于兩個凡爾同時進氣 氣量增大使混氣柱的密度減小 油管內(nèi)壓力進一步下降 于是第一個凡爾關(guān)閉 此時只有第二凡爾進氣舉升液體 當套管中液面被壓到第三個凡爾時 此凡爾進氣工作 第二個凡爾自動關(guān)閉 這樣 各凡爾依次工作 直到把井中液面降到預(yù)定深度 此時井底壓力已大大降低 地層流體將流入井中并從油管噴到地面 氣舉凡爾有各種不同類型 現(xiàn)介紹一種小巧靈便的QJF 1型氣舉凡爾 現(xiàn)簡要說明它的結(jié)構(gòu)和工作原理 結(jié)構(gòu) 金屬圈筒內(nèi)裝有波紋管 管內(nèi)充氮氣 氣壓為pb 波紋管的橫截面積為Ab波紋管下連接一活塞凡爾 當?shù)貙哟髿鈼l件下由于pb的作用 凡爾坐在凡爾座上 金屬圓筒下部有進氣孔和油管相通 側(cè)面有井氣孔和套管相通 工作原理 當氣舉凡爾在油井中工作時 在下述條件下凡爾便打開進氣 Pc Ab Av PtAv pbAb 1 7 在下述條件下凡爾關(guān)閉 Pc Ab Av PtAv pbAb 1 8 式中Pc 套管內(nèi)氣體壓力 kpaPt 油管內(nèi)壓力 kpaPb 波紋管內(nèi)氣壓 kpaAb 波紋管容積的橫截面積 mm2Av 凡爾孔截面積 mm2 由式 1 7 1 8 可知 欲使井中預(yù)定位置的凡爾打開進氣 可事先設(shè)計和計算好Pb Pc Pt 使式 1 7 成立 進氣后 當油管壓力Pt下降到滿足式 1 8 時凡爾關(guān)閉 氣舉法誘噴能迅速排出井中液體 使井底回壓有比較大的下降 適用于巖層堅硬 不易出砂和坍塌的油井誘噴 混氣水排液法 用氣水混合物替出井中壓井液 由于混合物的密度小于壓井液的密度 可使井底回壓降低 由于混合物的密度可以調(diào)節(jié) 所以能夠控制井底回壓下降的程度 如果替噴法不能替噴 又不適宜用氣舉法時 可以使用此方法 設(shè)壓井液的密度為P0 首先注入的混氣水密度為P1 P0 井筒中充滿密度為P1的混氣水不能誘噴時 可把混氣水的密度降為P2 如仍不噴可再降低密度 直到注純氣 從混氣水排液的井場施工布置流程圖中可知道 調(diào)節(jié)水泥車或者壓裂車的注水和壓風機的壓風量比例 就可調(diào)節(jié)混氣水的密度 P2 P1測氣水排液法 在壓風機壓力不變的條件下 可以大大增加舉通深度 控制和調(diào)節(jié)混氣水的密度就可控制井底壓力下降的速度 因而彌補了純氣舉法的缺點 但是地面配套設(shè)備較多施工費用也較貴 抽汲法 用鋼絲繩把膠皮抽子下入油井中將壓井液抽出一部分 使液柱高度降低 直到井中液柱回壓小于油層壓力 從而達到誘噴的目的 抽子的結(jié)構(gòu) 主要由中心管 凡爾球的膠皮組成 抽汲過程 用絞車鋼絲繩將抽子下入油管一定深度 然后迅速上起鋼絲繩 此時 凡爾球緊坐在凡爾球座上 膠皮緊貼油管壁 因此 將抽子以上液體抽出油管 使井筒中液柱高度降低 依此重復進行抽汲直到誘噴為止 抽汲法的抽汲深度受到絞車功率 鋼絲繩承載能力的限制 同時 抽子膠皮容易磨損引起漏失 因此 抽汲誘噴的效率較低 抽汲深度愈深 效率愈低 所以用于淺井誘噴較適合 第四節(jié) 油井自噴的基本原理 在油田的自噴開采過程中 油藏內(nèi)的油氣混合物 要經(jīng)過互相銜接在一起的三段路程 即從供油邊界流到井底 再從井底噴到井口 接著沿集油管道流到集油站 這三段路程實際上是一個整體的油流通道 所以著重說明自噴井生產(chǎn)流程中的前面兩個生產(chǎn)過程 一 油氣混合物徑向滲流過程在這一過程里 油氣從供油邊界流到井底 油氣通過巖石的連通孔道流動 雖然流經(jīng)的孔道復雜曲折 但從總體上看 其流動特征還是以水平方向為主 當油井處于生產(chǎn)狀態(tài)時 油層中的油氣便從油井的四周成輻射狀態(tài)向井底集中 如果把一口油井的井底當作圓心 那么油氣就沿著半徑的方向向圓心滲流 即 徑向滲流 在這一過程中 油氣流動將受到很多阻力 例如 由于油層中的巖石顆粒大小不等 形狀各異 構(gòu)成了錯綜復雜的微小孔隙 當油氣流體在油藏能量作用下 通過這些微小孔隙時 流體與巖石孔隙表面之間將產(chǎn)生很大的摩擦阻力 這一阻力的大小主要通過油層滲透率的大小反映出來 油層滲透率越高 油流阻力越小 在油氣流入井內(nèi)的滲流過程中所消耗的能量也就越少 反之 油層滲透率越低 油流阻力越大 在油氣流入井內(nèi)的滲流過程中所消耗的能量也就越多 由于液體流動時 要受到液體本身內(nèi)部的摩擦阻力影響 這種阻力通過液體粘度大小反映出來 天然石油的粘度差別很大 一般在3 100厘泊 1cp 1 10 3pas 之間 有的甚至可以達到幾千厘泊以上 粘度大的石油 其流動阻力就大 在流動過程中所消耗的能量也就多 流動阻力的大小和流體所通過的橫斷面積大小及距離井底的遠近有關(guān) 流體距離生產(chǎn)井底越遠 在流動過程中所通過的橫斷面積越小 受到的阻力就越大 消耗的能量也就越多 以是所說的這些阻力 統(tǒng)稱為油層的滲濾阻力 所以油氣向井內(nèi)流動的過程 也就是油層壓力不斷克服滲濾阻力的過程 通常把克服滲濾阻力而損失的這一部分壓力叫做生產(chǎn)壓差或采油壓差 在實際生產(chǎn)中采用下式計算 p ps pf式中 p 生產(chǎn)壓差 帕 1at 工程大氣壓 9 80665 104pa 1兆帕 1000千帕 1000000帕ps 油層靜止壓力 或叫油層壓力 地層壓力 是在關(guān)井后 壓力回升 待壓力恢復到穩(wěn)定時測得的油層中部壓力 帕 pf 流動壓力 或叫井底壓力 是油井在正常生產(chǎn)時測得的油層中部壓力 帕 二 油氣混合物在垂直管道中的流動過程在這一過程里 油氣從井底通過油管或套管噴到井口 其流動特征以垂直方向為主 因此這一流動過程應(yīng)屬于 垂直管道流動 油氣混合液體能夠在垂直的油 套管里上升 主要有以下兩方面的能量在起作用 其能量來源及消耗過程如下 1 井底油流所具有的靜水壓頭能量及其在自噴過程中的消耗油層壓力在上面所講的徑向滲流過程里克服了滲濾阻力 使油氣流入井底以后 還有相當多的剩余能量 從流動壓力的高低上反映出來 所以說流動壓力就是推動原油沿井筒上升的動力 如果某井是單純依靠流動壓力所具有的靜水壓頭而自噴的 那么 該井必須具備下列兩個條件 1 井底的流動壓力必須大于井筒內(nèi)液柱的壓力 即pf Hd 10式中H 油層中部深度 米 d 井內(nèi)油氣混合物的相對密度 10 10米高水柱產(chǎn)生的壓強相當于一個工程大氣壓 2 井口壓力必須大于原油的飽和壓力 溶解在原油中的氣體才不會分離出來 也只有在上述兩個條件都同時具備的情況下 油井單純依靠流動壓力的能量進行自噴 才能實現(xiàn) 在上述情況下 如果油井能處于穩(wěn)定自噴狀態(tài) 那么 從油層中滲流到井底的液量應(yīng)等于從井底舉升到地面上來的液量 其井底的流動壓力 pf 就應(yīng)和井口回壓 pa 井筒內(nèi)的液柱壓力 pL 以及克服液體由井底上升到井口的過程中與油管內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦損失所消耗的能量 pfr 相平衡 即pf pa pc pfr 三 氣體膨脹能量及其在自噴過程中的消耗 根據(jù)氣體的來源不同 油氣混合物從井底上升到井口的過程中 氣體的膨脹能量有以下兩種 1 隨同油流進入井底的自由氣的膨脹能量 油流在井內(nèi)上升過程中 要克服各種阻力而消耗能量 因此壓力就要隨著油流上升高度的增加而逐漸降低 自由氣的體積也就要隨著壓力的下降而膨脹 同時釋放出舉油上升的能量 2 從原油中分離出來的溶解氣的膨脹能量 原油在井內(nèi)上升過程中 其井筒內(nèi)的壓力要隨著舉升高的增加而降低 當壓力降低到原油飽和壓力時 溶解在油中的溶解氣就要開始分離出來 分離出來的溶解氣體積 也在隨著壓力的降低而膨脹 并釋放出舉油上升的能量 氣體的體積膨脹之所以能夠舉油上升 主要有兩種作用 一種是氣體膨脹的能量直接作用于液體上 垂直地頂推液體上升 另一種是油氣混合物在上升過程中 氣體和液體之間產(chǎn)生了摩擦 因為氣體的密度比液體密度小 氣體上升的速度比液體上升的速度大 所以 氣體能夠依靠磨擦作用攜帶液體上升 但是 氣體舉升液體時 所消耗的能量比較大 因為除了消耗于實際舉液出井的能量外 還由于氣 液兩相流動時 氣體與液體產(chǎn)生相對運動 造成了額外的 滑脫損失 同時 還增加了氣體與液體之間的摩擦阻力和氣液混合物與油管壁之間的摩擦阻力 所以 氣 液兩相流動時所受到的阻力 要比單相流動時大得多 二 油氣混合物在井筒中的流動形態(tài) 由于混氣液在油管中的兩相流動情況比較復雜 在不同的井段 其流動形態(tài) 簡流態(tài) 不同 所受到的阻力大小不同 能量的消耗情況也不同 為了進一步說明以上的這些復雜情況 這里介紹一下油氣混合物在井筒中的流動形態(tài) 通過大量實驗證明 油氣混合物在井筒中的流動形態(tài) 從井底至井口大致可分為以下五種 1 純油流 這種流態(tài)位于靠近井底的井段 必須是在井底壓力高于飽和壓力 氣體全部溶解在石油之中 油流呈單相流動的情況之下才有可能出現(xiàn) 在此井段的油流速度較低 摩擦阻力較小 2 泡流 此段井筒壓力稍低于飽和壓力 只有少部分溶解氣從原油中分離出來 形成小氣泡存在于油流中 由于氣 液密度差異 氣體上升的速度大于液體上升的速度 于是氣 液兩相運動開始形成 油為連續(xù)相 氣為非連續(xù)相 此井段 氣泡很小 小氣泡容易從油中滑脫而自行上移 幾乎起不到舉升原油的作用 于是產(chǎn)生了較大滑脫損失 但由于流速不大所以摩擦阻力仍然很小 3 段塞流 隨著油流上升 壓力逐漸下降 使得井筒中的壓力比飽和壓力低更多 不但溶解氣從油中大量分離出來 而且氣泡不斷膨脹增大 許多小氣泡合并成了大氣泡 進而由大氣泡形成了氣柱 于是在井筒內(nèi)便出現(xiàn)了一段油 一段氣的柱塞狀態(tài) 這時氣柱就象一個不嚴密的活塞一樣 快速推舉原油上升 使氣體的膨脹能量在此井段得以充分發(fā)揮 雖然這個 氣體活塞 不嚴密 有少部分液體沿管壁下滑 但滑脫現(xiàn)象不嚴重 滑脫損失很小 4 環(huán)流 隨著井筒子壓力進一步降低 從油中分離出來的溶解氣也越來越多 而且氣體體積更加膨脹增大 使得氣柱不斷加長 直至從油管中心突破 形成中心為連續(xù)氣流 管壁為液流的狀態(tài) 在此井段 氣流上升的速度增大 油 氣之間的摩擦阻力增加 氣體攜帶石油上升的作用得以充分發(fā)揮 5 霧流 隨著井筒中的氣體大量增加 氣體全部占據(jù)了這段井筒容積 形成連續(xù)的氣相 而原油則變成了小油滴分散在氣體之中 形成分散相 因而 此段井筒內(nèi)的油氣混合物 全部變成了霧流狀態(tài) 氣體以很高的流速攜帶著小油滴上升 直到噴出井口 由于氣流速度很大 所以摩擦損失也很大 上述五種流態(tài) 并不是在所有的自噴井中都能夠出現(xiàn) 只有在油氣比很高 而井筒壓力不很高的自噴井中 才有可能出現(xiàn) 在油氣比較低 流壓較高的自噴井中 通常只能出現(xiàn)純油流和泡流兩種流態(tài) 在一般的自噴井中 出現(xiàn)得最多的是純油流 泡流和段塞流三種狀態(tài) 我們經(jīng)?？稍谧試娋诼牭?刺 刺 刺 出氣的聲音以后 接著就是 嘩嘩嘩 出油的聲音 以后又是這兩種聲音的不斷循環(huán) 這就證明了該井井口正處在段塞流的流動狀態(tài) 三 油井自噴的基本原理 前面講述了自噴采油的過程 油井自噴的能量來源和能量的消耗以及油氣混合物在自噴井井筒中的各種流態(tài)變化等知識 至此 我們對油井自噴的原因和混氣液流在自噴過程中所受到的各種阻力 已經(jīng)有所了解 而且知道了混氣液體在井筒中的流動情況很復雜 流動速度和流動狀態(tài)在不斷變化 混氣液體要克服各種阻力而流動和上升 所受到的影響因素也很多 因此 盡管國內(nèi)不少研究人員 在近幾十年內(nèi)圍繞著如何減少自噴能量的消耗 如何提高舉油效率 如何預(yù)測自噴井生產(chǎn)變化情況等問題 對混氣液體的垂直管流機理加強了研究 做了大量的實驗和分析計算工作 但是 直到目前為止 關(guān)于自噴采油的機理和許多實際問題都還未弄清楚 正處在研究之中 還沒有形成一套完整的理論 為了便于初學者學習 在此簡要地將油井自噴的基本原理歸納如下 油井自噴的主要動力是油層壓力 油層中的原油依靠消耗一部分油層壓力來克服滲濾阻力后流入井內(nèi) 流入井內(nèi)的原油又在流動壓力的推舉下沿井筒向上運動 在上升過程中壓力不斷降低 當壓力降低到原油的飽和壓力點時 溶解在原油中的天然氣開始分離出來 并隨著井筒壓力越來越低 分離出來的溶解氣也越來越多 這些氣體隨著油流向上運動 逐漸聚集膨脹 推頂和攜帶原油上升 所以 井底原油能夠在井向中向上運動 一是依靠流動壓力所具有的靜水壓頭能量推舉原油上升 二是依靠天然氣的膨脹能量頂推和攜帶原油上升 由于以上這些能量 克服了井筒中的液柱重力 摩擦損失的滑脫損失等 才使得原油從井底噴到了地面 第五節(jié) 嘴流的基本規(guī)律 當油 氣混合物從井底到達井口時 在油嘴前的油壓pt和油嘴后的壓力pB作用下通過油嘴 此時壓力的變化由井底的高壓到較小的油壓 使氣體大大膨脹 氣體體積流量很大 而油嘴直徑卻很小 因此 混合物流經(jīng)油嘴的流速極高 可能達到臨界流動狀態(tài) 即流體的流速呈現(xiàn)壓力波在流體介質(zhì)中的傳播速度達到聲速時的流動狀態(tài) 在臨界流動條件下 混合物流經(jīng)油嘴的重量流量與油嘴前 后的壓力比的變化關(guān)系如圖1 35所示 式中K 氣體的絕熱指數(shù) 空氣的臨界壓力比pcr pt 0 528 天然氣的臨界壓力比為0 546 油氣混合的流動近似于單相氣流動 當在油嘴內(nèi)發(fā)生聲速流動時 即在臨界流動條件下 流量的變化不受油嘴后壓力pB的影響 此時油嘴 油壓 產(chǎn)量和油氣比之間 近似存在以下基本規(guī)律 qm 0 01C1d2Pt 1 13 式 1 13 稱為油嘴產(chǎn)狀公式 式中C1 油嘴系數(shù) 它是與油氣比R有關(guān)的一個常數(shù) 根據(jù)國內(nèi)外幾百個井次統(tǒng)計結(jié)果 兩者間關(guān)系為 代入 1 13 式中得 或 式中qm 油產(chǎn)量 t d 或9 8kN d R 油氣比 m3 t d 油嘴直徑 mm pt 油壓kpa 以上嘴流的基本規(guī)律是國外油田統(tǒng)計的結(jié)果 雖然方次 常數(shù)因地而異 各不完全相同 但其基本定量關(guān)系是一致的 在油井生產(chǎn)管理中 一口正在生產(chǎn)的自噴井 如果改變油嘴尺寸 產(chǎn)量和油壓兩個參數(shù)都將發(fā)生變化 掌握這一變化規(guī)律可以有預(yù)見性的調(diào)整油井的產(chǎn)量 但以上提出的產(chǎn)液量 油嘴尺寸和油壓三者之間關(guān)系的油嘴產(chǎn)狀公式 或簡稱油嘴公式 即便是在c值不變的條件下 改變油嘴尺寸后油壓也要變化 因而并不能算出改變油嘴尺寸后的產(chǎn)油量 經(jīng)對一些油井進行分析研究后 發(fā)現(xiàn)當油氣比一定 油嘴直徑小于15mm時 油壓和油嘴直徑 產(chǎn)量與油嘴直徑之間存在以下統(tǒng)計關(guān)系 圖1 36pt與lgd d關(guān)系曲線 1 15 1 16 式 1 15 1 16 稱為油嘴變換公式 式中C2為油壓系數(shù) 不同油井或同一油井不同時間 其值是不同的 由式 1 15 作圖得圖1 36 C2為直線斜率 不同的開采時期 直線的斜率是變化的 C3為產(chǎn)量系數(shù) 也是隨不同的油井 不同的時間而變化的一個系數(shù) 是qm與dlgd關(guān)系曲線上的斜率值 式 1 15 1 16 可用于預(yù)測換油嘴前后的產(chǎn)量或油壓的變化 在換油嘴的短時間內(nèi) 油氣比C2 C3均可認為不變 以上二式則可變?yōu)?換油嘴前 C2 pt1d1 lgd1C3 q1 d1lgd1 換油嘴后 將C2 C3代入換嘴前的計算公式消掉C2 C3則得 1 17 1 18 例1 某井換油嘴前 油嘴直徑為6毫米 油壓為1960千帕 求換成直徑為7毫米的油嘴時 其對應(yīng)的油壓是多少 解 由式 1 17 得 例2 某井以8毫米油嘴生產(chǎn) 日產(chǎn)量100噸 問換成10毫米油嘴時 產(chǎn)量是多少 解 由 1 18 得 當其它條件不變 僅油嘴大于15毫米時 可應(yīng)用下列經(jīng)驗公式估算 式中pt1 pt2 分別為換油嘴前 后的產(chǎn)量 kpad2 d1 分別為換前 后的油嘴直徑 mm 式中q1 q2 分別為換油嘴前 后的產(chǎn)量 t d d2 d1 分別為換前 換后油嘴的直徑 mm 以上所介紹的油嘴公式只能應(yīng)用于不產(chǎn)水的自噴油井 當一口自噴井開始產(chǎn)水時 在公式中就要考慮含水率的影響 根據(jù)我國一些油井的生產(chǎn)記錄進行統(tǒng)計和試驗得到以下經(jīng)驗公式 總液量 產(chǎn)液量 式中q0 產(chǎn)油量 t d qw 產(chǎn)水量 t d 產(chǎn)出液體含水率 重量百分比 其余符號同前 當油嘴直徑d一定時 通過油嘴的產(chǎn)量q與油壓成線性關(guān)系 每一個油嘴產(chǎn)量對應(yīng)著一個油壓 將這些點連接起來即為直線G 稱為嘴流曲線 如圖1 37所示 pfptccPEqABGc1d1圖1 37自噴井地層 油管 油嘴三個流動過程關(guān)系 pf pt c c P E q A B G c1 d1 圖1 37自噴井地層 油管 油嘴三個流動過程關(guān)系 q1 圖中直線G與油管工作曲線B相交于點C 從C點作垂線交橫座標軸于q1 交指示曲線E 產(chǎn)量q1即為在此油管直徑d1條件下的油井產(chǎn)量 對應(yīng)于E點的井底流壓pt即為舉升此產(chǎn)量到井口所需的管柱壓力 對應(yīng)于點C的油壓pt即為舉升到油嘴前的剩余壓力 油壓 油井在此條件下生產(chǎn)是穩(wěn)定的 地層 油管 油嘴三個流動過程是互相協(xié)調(diào)的 圖中地層壓力ps與井底流壓之差為從油層流入井底過程的壓力損失 pf與pt的差值表示在油管中垂直流動過程壓力的消耗 另外 利用油嘴公式得出計算值 然后與生產(chǎn)中取得的計量值進行對比 可分析油井資料是否準確 油井工作是否正常 因此 有助于生產(chǎn)井的分析管理工作