第九章石油生产基础知识Word文件下载.docx
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褶皱构造是岩层受力变形产生的连续弯曲，其岩层的连续完整性没有遭到破坏，它是岩层塑性变形的表现。
褶皱构造是油气聚集的主要场所，世界上大多数油气田都形成于褶皱构造中（特别是背斜构造），因此了解褶皱构造尤其是背斜构造很有意义。
①褶曲的要素
褶曲的组成部分叫褶曲的要素，褶曲要素主要有核、翼、转折端、枢纽、轴面等
核部：
褶曲的中心部分，是背斜中的最老地层或向斜中的最新地层。
翼部：
褶曲两侧的部分。
当背斜、向斜相连时，翼是公用的。
转折端：
由一翼向另一翼过渡的弯曲部分，它的形态以圆滑的弧形最多，也有成直线的或在剖面上集中成一点的。
枢纽：
褶曲的同一层面上的最大弯曲点的连线叫枢纽。
轴面：
也叫枢纽面，是连续同一褶皱的各岩层枢纽所构成的面，故它通过转折端，将褶曲大致平分为两半。
轴面可以是平面，也可以是曲面。
轴面直立，则褶皱两翼岩层倾角大致相等；
轴面倾斜，则褶皱两翼岩层倾角不等。
②褶曲的基本类型
褶曲是岩层的一个弯曲，这是组成褶皱的基本单位，两个或两个以上的褶曲组合叫褶皱。
褶皱的基本类型有两种，即背斜和向斜。
褶皱构造是油气聚集的主要场所，世界上大多数油田都形成于褶皱构造中（特别是背斜构造），因此，了解褶皱构造，尤其是背斜构造很有意义。
褶皱中背斜和向斜总是并存的，相邻背斜之间为向斜，相邻向斜之间为背斜，相邻的向斜与背斜共用一个翼
③断裂构造
断裂构造广泛分布于地壳中，它可以成为油气运移的通道，也可以作为油气的储集空间。
断裂构造有两类，即节理（裂缝）和断层。
④断层
断层：
则是指岩石受力发生断裂后，断裂面两侧的岩石沿断裂面发生了显著相对位移的断裂构造
断层的基本组成部分称断层的要素，断层要素包括断层面、断盘、断距
断层面：
岩层或岩体被断开沿着它发生错动（位移）的破裂面，称为断层面
断层面与地面的交线称断层线，它反映断层的延伸方向和断层的延伸规模。
断层线可以是直线，也可以是曲线。
断盘：
指位于断层面两侧沿断层面发生位移的岩体。
当断层面倾斜时，断层面上方的岩体称为上盘，下方的岩体称为下盘。
按其运动方向，相对上升的一盘称为上升盘，相对下降的一盘称为下降盘
断距：
指被错断岩层在两盘上的对应层之间的相对距离。
总断距ab：
断层面上同一点被错开的真正距离。
走向断距ac：
总断距在断层面走向方向上的投影。
倾向断距bc：
总断距在断层面倾向方向上的投影。
铅垂断距hg：
总断距在铅垂方向上的投影。
水平断距hf：
总断距在水平方向上的投影。
地层断距ho：
同一岩层错开后的垂直距离。
⑤断层的类型
断层的类型：
根据断层两盘相对移动的性质可划分为正断层、逆断层和平移断层
正断层：
上盘相对下降，下盘相对上升的断层。
是由张引力和重力作用形成。
逆断层：
上盘相对上升，下盘相对下降的断层。
主要由水平挤压作用形成。
平移断层：
两盘沿断层面走向方向相对移动的断层。
主要由水平剪切作用形成
根据断层走向与岩层产状关系又将断层划分为：
走向断层、倾向断层及斜向断层。
走向断层：
断层走向与岩层走向一致。
倾向断层：
断层走向与岩层倾向一致。
斜向断层：
断层走向与岩层走向斜交。
根据断层发育时期不同划分为后生断层、同生断层。
后生断层：
指发生在沉积过程完成以后的断层，其断层两盘同时代岩层厚度基本一致。
同生断层：
断层发育时期与沉积作用同时进行（一边发生断裂运动，一边发生沉积作用），同一时期岩层的厚度在其两盘有明显的差别，下降盘一方的厚度大于上升盘一方的厚度。
以大、中型为主，主要发生在中、新生代。
断层落差随深度增加而增大，下降盘相应的地层厚度明显增大。
同生断层的基本特征
①同生断层一般为走向正断层，剖面上常上陡下缓，凹面朝上。
这是同生断层最明显的特征，常称这种型式的断裂为铲形或犁式断层。
②下降盘地层明显增厚。
这是识别同生断层的基本标志。
同生断层的生长指数是指下降盘地层厚度与上升盘地层厚度之比。
分析同生断层的发育特点时，常应用同生断层的生长指数，来衡量断裂活动的强烈，同生断层的生长指数越大，表示断裂活动越强。
当生长指数≤1时，表示同生停止活动，或无断裂活动。
③断层落差随深度增加而增加。
④平面延伸远并具有线性特征。
同生断层有围绕沉积中心发育的趋势。
⑤同生断层具有多旋回性。
同生断层的发育大多数是不均衡的。
初期活动较缓，中期活动强烈，落差也大，末期断层活动又变缓，直到静止。
其发育史可分三个阶段，即：
初期发动阶段、中期活跃阶段、末期收敛阶段。
三个阶段自始至终构成一个完整的断裂运动旋回。
旋回与旋回之间出现一个平静时期，称为休眠期或歇息期。
经过休眠期断层可以再一次复活，进入第二个旋回，其中活动最强的一次为主旋回。
⑥下降盘砂岩层数增多，单层厚度增大。
即所谓的“断窝”砂岩就是指这种性质的沉积。
这是同生断层控制沉积相当重要和普遍的特征。
⑦常在上盘发生逆牵引构造，一般构成背斜，长轴方向与断层走向一致，背斜顶点由上至下不断偏移，偏移轨迹与断面大致平行。
⑧常伴生沉积滑动构造。
同生断层活动期间，由于岩层尚未固结成岩，受到扰动或其他应力作用而发生塑性变形，产生沉积滑动构造，其主要形态为塑性和半塑性的滑塌构造、流动褶皱、砂岩脉、微型沉积间断的搅混构造等，其规模从几米至上百米。
由于这种构造和地史期间的同生断裂活动有着极为密切的成因关系，因此常作为同生断层附近岩层结构的一种标志性特征，而且也常常据此分析重力断层和褶皱的形成机制。
同生断层和油气聚集的关系
同生断层的主要生长期往往是生油凹陷的主要发育期，随着同生断裂的向前推进，沉积凹陷也随之转移，直接控制着生油凹陷的分布。
沉积凹陷内次级同生断裂常呈弧形，向生油凹陷阶梯状下调，断面朝向油气运移聚集的最有利部位。
同生断层的伴生构造是最有利的圈闭类型，储层发育，构造形成时间早，具有优先捕集油气的条件。
同生断层与油气的生成、运移及聚集均有成因关系。
由于同生断层发生早，延续时间长，促使油气长期处于运移、聚集状态，因而可能造成深、浅部含油叠合连片，形成多套含油层系、多种圈闭类型叠置的复式油气聚集带。
我国合理开发油田的总原则可归纳为：
在总的投资最少、同时原油损失尽可能最少条件下，能保证国家或企业原油的需求量，获取最大利润的开发方式。
一般应遵循以下几点：
（1）油田开发原则
①最充分地利用天然资源，保证油田获得最高的采收率。
②在油田客观条件允许的前提下（指地质储量、油层物性、流体物性），科学地开发油田，完成原油生产计划任务。
③提高油田稳定时间，并且在尽可能高的产量上稳产。
④取得最好的经济效益，也就是用最少的人力、物力、财力，尽可能地采出更多的原油。
（2）具体规定
①规定开采方式和注水方式:
在开发方案中,必须明确规定油田以什么方式进行采油,什么驱动类型,如何转化开采方式,转化的时间及其相应的措施。
如果油田必须注水,就需确定注水时间和注水方式。
②规定采油速度和稳产年限：
采油速度和稳产期必须根据油田地质开发条件和工艺技术水平以及经济效益来确定。
不同的油田，合理的采油速度及稳产期限当然不同，要有不同的规定。
③确定开发层系：
一个开发层系是由一些油层性质相近，油层构造形态、油水分布、压力系统基本相近，具有一定储量和一定生产能力的油层组成，而且上下有良好隔层，作为一套独立的井网进行开发。
当开发一个多油层油田时，正确地划分和组合开发层系，是开发方案中一个重大决策。
一个油田用一套层系或是用几套层系开发，涉及到油田基本建设规模的大小，也是决定油田开发效果的重要因素，因此必须慎重地加以解决。
④确定开发步骤：
开发步骤是指从布置基础井网开始，一直到完成注采系统，全面注水和采油的整个过程中，必经的阶段和每一步的具体作法。
合理的开发步骤是根据科学开发油田的需要而制定的。
⑤确定合理的布井原则：
在保证一定采油速度的条件下，采用井数最少的井网，并最大限度地控制住地下储量以减少储量损失。
因为井网是涉及油田基本建设的中心问题，也是涉及油田今后生产效果的根本问题，因此除了进行地质研究以外，还要应用渗流力学的方法进行动态指标的计算和经济指标的预测，最后作出方案的综合评价，并选出最佳方案。
⑥确定合理的采油工艺技术和增产增注措施，针对油田的具体地质开发特点，提出应采用的采油工艺手段，使地面建设符合地下实际情况，使增产增注措施能够充分发挥作用。
（3）划分开发层系
划分开发层系，就是根据油藏地质特点和开发条件，将性质相近的油层组合在一起，采用与之相适应的注水方式、井网和工作制度分别进行开发，从而解决多油层非均质油藏开发中的层间矛盾，达到提高油田开发效果的目的。
划分开发层系的必要性包括：
①分层开发才能充分开发各油层的生产能力。
地层压力是驱油的动力，由于各油层的沉积环境等复杂因素的影响，各油层渗透率的差异较大，高渗透层吸水多、压力水平高；
低渗透层吸水少、能量补充少，压力水平低。
因此，高渗透层往往很快水淹，而低渗透层“喝不饱”，生产能力将受到限制，出现油、水层互相干扰，影响采收率。
只有分层开采才能控制高渗透层的吸水，并强化对低渗透层的注水，使中、低渗透层均保持较高地层压力，这样才能使各类油层都具有足够的驱油能量，发挥多油层的生产能力。
②分层开采有利于减缓层间矛盾。
我国多数油藏为陆相油层，层间非均质比较严重。
只有分层开采，才能缓解层间干扰，改善油藏开发效果。
③分层开采有利于降低含水上升速度。
实行分层开采，将沉积类型、渗透率、原油粘度相近的油层组合在一起，使层间压力差异减小，油水井运动接近，水线推进相对均匀，可避免单层突进，并可提高中、低渗透层的生产能力。
④分层开采可扩大注入水波及体积，增加储量动用程度。
要提高油藏注水开发整体经济效益，必须动用各类油层的储量，使多油层都能得到动用。
只有注进水，才能采出油，达到扩大注入水波及体积、增加储量动用程度的目的。
⑤分层开发是部署井网和生产设施的基础。
确定了开发层系，就相应确定了各层系井网的井数，这样才能进一步确定井网的套数和地面设施规划。
对于每一套开发层系，都要独立地进行开发设计和调整，对其井网、注采系统、工艺手段都要独立做出规定。
对于多油层油田，如果在设计当初由于各种原因未划分开发层系，那么在开发过程中也不得不进行调整，其效果明显差于最初就划分开。
⑥采油工艺技术的发展水平要求进行分层系开发。
一个多油层的油田，油层数目很多，可能有几个，甚至几十个，开采井段有时可达数十米甚至数百米，尽管目前的分采分注工艺能发挥很大的作用，但也不可能把所有的井层分开，实现单层开采的目的。
因而必须划分开发层系，使一个生产层系内部的油层不至于过多，井段不至过长。
这样就更好地发挥了工艺手段的作用，使油田开发好。
⑦分层开发是油田开发的要求。
开发油田过程中用一套井网开发不能充分发挥各油层的作用，尤其是当主要油层较多时，为了发挥各油层作用，就必须划分开发层系，这样才能最大限度地发挥各油层的出油潜力，获得较好的开发效果。
（4）合理的开发参数
开发参数合理与否是保证油田开发效果的评价指标。
包括以下主要参数：
①地质储量
地质储量是指在地层原始条件下具有产油（气）能力的储层中原油（天然气）的总量，以地面条件的重量单位表示。
②可采储量
可采储量是指在目前工艺和经济条件下，从储油层中所能采出的那部分油（气）储量。
可采储量是反映油田开发水平的一个综合性指标。
③采油速度
采油速度是表示每年采出的油量与总地质储量的比值，在数值上等于采出油量除以油田地质储量，通常用百分数表示。
④采出程度
采出程度是指油田开采到某一时刻，总共从地下采出的油量（即这段时间的累积采油量）与地质储量的比值，用百分数表示。
采出程度反映油田储量的采出情况，可以理解为不同开发阶段所达到的采收率。
⑤采油强度
单位油层有效厚度的日产油量，单位t/（d．m）。
它是衡量油层生产能力的一个指标，可用于分析各类油层动用状况。
⑥产油（液）指数
单位采油压差下油井的日产油（液）量，它反映油井生产能力的大小，可用来判断油井工作状况及评价增产措施的效果。
⑦采收率
采收率是指在一定经济极限内，利用现代工程技术，从油藏原始地质储量中可以采出的石油地质储量的百分数。
最终采收率是指油田开发到油藏枯竭时累积从地下采出的油量与油藏原始地质储量之比。
修井是指：
一切为使石油井处于良好状态与保持正常工作的维护修理作业和一系列增产增注技术改造措施，以及为了达到某种特殊工程技术目的所采取的特殊手段等，均可称为井下作业修井工作
一切处理井下故障保证油井正常生产，以及维护油井所采取的一切手段措施，统称为修井（或井下作业）
凡属于处理套管、超越套管（处理套管外水泥环，封串及侧钻）的修理与工艺措施、复杂的井下事故打捞、严重的解卡事故处理，以及为了某种特殊目的所进行的特殊作业等统称为大修作业，习惯称为大修
其他为使石油井处于良好状况及正常生产的一切修理工作和简单故障处理等，统称为石油井修井，习惯称为小修
修井作业的方法
①起下作业修井：
包括更换井下管柱及调整开发方案。
②液体循环冲洗作业：
包括压井、地层排液、热洗热注、水力冲砂、循环泥浆（或压井液）挤注水泥等。
③旋转钻凿作业：
包括对扣打捞、倒扣处理、钻砂堵或清除积盐、扩孔、重钻或侧钻、套铣、研磨等。
④套管修理作业：
包括取换套管、整形套管、套管漏损的处理、套管补贴与修井取套等
⑤补孔及改选油层：
包括油层补孔、回采上部生产层或回采下部生产层。
⑥井下爆炸：
包括套管爆炸成型、恢复套管、套管爆炸切割等。
⑦油层强制改造作业及增产措施：
如大型压裂、酸化等。
修井的作用主要有：
一是能使油井正常生产，通过增产增注措施可以从地下采出更多的石油和天然气；
二是及时解除油井故障和事故，恢复生产，提高油井利用率，减少生产费用。
目前油井维护的措施主要是防砂和清砂技术，防蜡与清蜡技术。
一般地凝固点在40℃以上的原油含有相当量的地蜡
凝固点在40℃以下则很少含地蜡，多半含石蜡
我国大多数油田的原油凝固点在23℃～40℃之间，所含的大都是石蜡
凡是碳氢化合物分子量在碳16、氢34（C16H34）到碳64、氢l30（C64H130）之间的烷烃都称石蜡
石蜡的密度为880～905kg／m3，熔点为49～60℃，在油藏中一般以溶解状态溶解在原油中，不溶于水，稍溶于酒精，易溶于有机溶剂如醚、苯、二硫化碳及各种矿物油中
油井结的蜡是石蜡和少量的胶质、沥青质及泥砂等杂质构成的混合物，多呈灰色和深褐色。
油井结蜡分两个过程，一是蜡从原油中析出形成蜡晶体；
二是聚集、粘附、沉积在管道或设备的表面
自喷井主要是油管结蜡和地面油嘴结蜡，自喷井在油管中的结蜡规律
一般来说油管下部不结蜡，因为下部油流温度高，压力高，溶解气多，石油对蜡的溶解能力强
接近井口时，结蜡减少，这是由于原油流动速度大，一部分蜡被流体带走所致。
抽油井容易结蜡的位置是：
泵的吸入口处、固定阀座、阀球及油管某深度处（抽油井油管结蜡其原理与自喷井相似）。
油井结蜡有如下现象
一是稠油井（此处所指的是相对稀油而言粘度较大的原油，并非热力开采的稠油）比稀油井结蜡严重；
二是产量低、井口温度低的井结蜡严重；
三是油井含水低于2％时结蜡严重，含水超过60％结蜡不严重；
四是油管内壁粗糙，容易结蜡，油井出砂也易结蜡；
五是油井结蜡最严重的位置，不是井底，也不是井口，而是在某个深度范围；
六是当工作制度改变，结蜡深度也改变；
缩小油嘴，结蜡点上移；
放大油嘴，结蜡点下移；
七是如果油嘴保温不好时，油、气通过油嘴也容易结蜡。
影响油井结蜡的因素
一是含蜡：
含蜡量高的原油容易结蜡。
二是温度：
蜡对温度最为敏感，温度高蜡就溶化，温度低蜡就从原油中析出。
蜡刚从原油中析出的温度称为初始结晶温度或析蜡点。
温度下降越快，结蜡越严重。
三是压力和溶解气：
溶解气的含量决定于压力的高低，当压力低于饱和压力时，气体析出，体积膨胀，吸收热量，原油温度下降蜡就容易结晶。
因此，压力越低，结蜡就越严重。
四是产量：
产量高低与井温有密切关系，产量高流速大，温度就下降慢。
流速大对管壁有冲刷作用，悬浮在油流中蜡的结晶颗粒还来不及粘附在管壁上就被高速油流带走，减少结蜡的机会。
因此，高产井不容易结蜡，而低产井容易结蜡。
五是杂质：
油井结蜡与油管壁的物理化学性质有关。
蜡和其他结晶体一样，有结晶核心。
如果原油中含砂粒、泥浆、机械杂质、以及油管壁粗糙、清蜡不彻底留有余蜡，都会成为结晶的核心，加快结蜡速度。
六是油井含水：
含水量低的油井，如果油和水形成油包水的乳化液，则粘度增加，摩擦阻力加大，油井结蜡严重，当含水量超过一定程度时变成水包油（即一个个油珠被水包起来），蜡分子不易析出；
同时，油管壁上附着一层水，减少了摩擦阻力，加上水的比热大，含热量高，温度下降慢，因此不易结蜡。
以上因素中，起关键作用的是温度，如果温度高于析蜡点温度，不仅不会结蜡，而且结的蜡也会被溶化。
油井结蜡给自喷井带来的危害是，出油管线内径缩小甚至全部堵死，油井产量递减或停产。
在抽油井上，除了出油管线内径缩小外，还会使深井泵失灵，严重时会使泵卡死，损坏抽油设备。
油层射孔段附近结蜡会降低油层出油面积，从而减少油井产量
防止油井结蜡一是要防止蜡从油中析出，二是要防止析出的蜡晶体聚集和粘附在管壁上。
一般有以下方法
①涂料油管和玻璃衬里油管防蜡
涂料油管防蜡：
在油管内壁涂一层固化后表面光滑不易脱落的涂料，涂料油管可以减缓结蜡速度，延长清蜡周期。
玻璃衬里油管防蜡：
在油管内壁上衬套一层0.5～1.0毫米的工业玻璃，下在油井结蜡井段。
两根玻璃衬里管之间放入玻璃接头以防止接箍处结蜡。
玻璃衬里绝热性能好，表面光滑，蜡不容易粘附在上面，可以延缓结蜡速度，延长清蜡周期。
②防蜡剂防蜡
防蜡剂可防止石蜡晶体聚结长大和沉积在钢铁表面，常用的防蜡剂有表面活性剂和高分子聚合物。
表面活性剂：
这种防蜡剂可吸附在蜡结晶微粒表面形成表面薄膜，防止晶体微粒聚集长大，使微粒分散在油中，被上升的油流带走；
表面活性剂吸附在油管壁上形成表面薄膜，防止石蜡在管壁上沉积。
高分子聚合物：
防蜡剂都是油溶性的具有石蜡结构链节的支链型高分子，在浓度很小的情况下能够形成遍及整个原油的网状结构，而石蜡就可以在这网状结构上析出，因而彼此分散，不能聚集长大，也不易在管道表面上沉积，易于被油流带走。
③强磁防蜡器防蜡
强磁防蜡器防蜡技术是将强磁防蜡器连接在深井泵入口和筛管之间，抽油时原油通过强磁防蜡器然后进入深井泵内。
强磁防蜡作用：
一是原油通过强磁防蜡器时，使本来没有磁矩的反磁性物质的石蜡分子在强磁场的作用下产生了附加磁矩，并且按一定的方向排列，克服了石蜡分子间的作用力，不能按结晶格局形成石蜡晶体；
二是对于已形成蜡晶体的微粒在通过强磁场时，由于石蜡分子的磁化使结晶格局遭到破坏，减缓结蜡速度。
二者作用延长了清蜡周期，起到防蜡作用。
清蜡方法
常用的方法有机械清蜡和热力清蜡。
①机械清蜡
机械清蜡是指用专门的工具刮除油管壁上的蜡，并靠油流带至地面的清蜡方法。
常用的清蜡工具有刮蜡片和清蜡钻头。
结蜡不太严重时用刮蜡片；
结蜡很严重，但尚未堵死的则用麻花钻头；
如已堵死或蜡质坚硬的则用矛刺钻头。
自喷井的机械清蜡：
是利用地面绞车滚筒上的钢丝穿过防喷管上的滑轮后，将清蜡工具经防喷管下到油管中，并在油管结蜡部位上下活动，将沉积的蜡刮掉，由液流携带出井。
自喷井的机械清蜡过程
刮蜡片清蜡，应根据油井的结蜡规律，定出清蜡制度。
清蜡制度的内容应包括：
清蜡周期、清蜡深度、操作规程及使用的刮蜡片的规格等。
抽油井的机械清蜡：
利用安装在抽油杆上的活动刮蜡器清除油管和抽油杆上的蜡。
常用的是尼龙刮蜡器
抽油井使用机械清蜡方法的并不多，因为抽油泵上的蜡无法清除。
抽油井最常用的清蜡方法是热力清蜡。
②热力清蜡
热力清蜡是利用热能提高液流和管子的温度，熔化沉积于井筒中的蜡。
根据提高温度的方式不同，将热力清蜡分为：
热流体循环清蜡、电热清蜡和热化学清蜡三种。
热流体循环清蜡又分为热洗和热油循环。
热洗：
将高温热洗介质（常用热水、热油、热蒸汽及活性水等）注入油井内循环，循环到井内温度达到蜡的熔点，蜡就逐渐熔化，并随同热洗介质返出地面。
热油循环法：
就是利用本井的原油，经水套炉加热后，热油由油套管环形空间进入油管随同井液一同被抽到地面。
循环至井内的原油，一方面可以加热油管壁、提高油管中的油流温度，降低原油的粘度和析蜡量，减小油流阻力，防止蜡粘附，另一方面可加大油流速度以增加油流对管壁的冲刷作用，从而达到防蜡和清蜡的目的。
电热清蜡：
一般以油井热电缆，井下电热器或对抽油杆、油管通电作为发热体来供给油流热量，以达到防蜡和清蜡的目的。
电热清蜡电能消耗很大，成本高，一般不使用。
热化学清蜡：
是利用化学反应产生的热量来清蜡。
例如：
氢氧化钠、铝、镁与盐酸反应放出大最的热。
NaOH＋HCl→NaCl＋H2O＋99.2kJ
Mg＋2HCl→MgCI2＋H2↑＋460.5kJ
2A1＋6HCl→2A1CI3＋3H2↑＋527.5kJ
一般用化学热力方法产生热量来清蜡不经济，且效率不高。
因此，很少用来单独清蜡，它常与热酸处理联合使用，以作为油井的一种增产措施。
油井出水后使非胶结性储油砂层的结构被破坏，造成油井出砂；
油井出水增加了液体的密度，造成井底回压增大，使原来能自喷的井停止自喷，转入机械采油；
油井出水后腐蚀井下和井口设备，造成严重的油井事故；
油井出水后很多情况下会形成油水乳化物，为了
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