第二章 海上油气开采方式.docx
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第二章海上油气开采方式
第二章海上油气开采方式
2.1海上油气开采方式选择
2.1.1油气开采主要方式及海上油气开采特点
一、油气开采方式
采油方法通常是指把流到井底的原油采到地面所用的方法，基本上可以分为两大类：
一类是依靠油藏本身的能量，使原油喷到地面，叫做自喷采油；另一类是借助外界能量将原油采到地面，叫做人工举升采油或者叫做机械采油。
如果地层压力足够的话，就可将原油举升到井口以上，形成自喷采油；如果地层压力不能将原油举升到井口，那么就需要借助某些人工举升的办法采油，或者向油层中注入某种流体提高地层压力，使油井生产能量有所改善。
由于不同油气藏的构造和驱动类型、深度及流体性质等之间差异，其开采方式也亦有所不同。
通常气藏以自喷的形式开采，开发后期部分气藏采用排液采气，此处仅叙述油藏采油方式的选择。
人工举升方式一般包括：
有杆抽油泵、螺杆泵、电潜泵、水力活塞泵、射流泵、气举、柱塞泵、腔式气举、电潜螺杆泵、海底增压泵。
二、海上油气开采特点
在内海、大陆架和深海海域开采石油和天然气。
包括地质研究、可行性分析、工程设计、钻井、采集、储输等作业。
地质研究基本理论和方法、工艺流程设计原理与陆上油田开发大致相同，但钻井、采集、储输等工程设施与陆上有根本区别。
海上油气田开采受其环境条件的限制，技术范围比陆上广，难度大。
海底石油的开采过程包括钻生产井、采油气、集中、处理、贮存及输送等环节。
海上石油生产与陆地上石油生产不同的是要求海上油气生产设备体积小、重量轻、自动化程度高、布置集中紧凑。
一个全海式的生产处理系统包括：
油气计量、油气分离稳定、原油和天然气净化处理、轻质油回收、污水处理、注水和注气系统、机械采油、天然气压缩、火炬系统、贮油及外输系统等。
供海上钻生产井和开采油气的工程措施主要以下几种。
1.人工岛，多用于近岸浅水中，较经济。
2.固定式采油气平台，其形式有桩式平台（如导管架平台）、拉索塔式平台、重力式平台（钢筋混凝土重力式平台、钢筋混凝土结构混合的重力式平台）。
3.浮式采油气平台，其形式又可分为可迁移式平台（又称活动式平台），如自升式平台、半潜式平台和船式平台（即钻井船）；不迁移的浮式平台，如张力式平台、铰接式平台。
4.海底采油装置，采用钻水下井口的办法，将井口安装在海底，开采出的油气用管线直接送往陆上或输入海底集油气设施。
2.1.2采油方式选择原则
我国油田采油方式的选择主要是通过人工采油方式选择图与人工采油方式评价表进行,前者反映的是采油方式在技术上能否满足需要;后者受人为因素的影响过大,不能很好地体现所选采油方式对于油田的具体要求的满足情况。
一、海上采油方式选择原则
1.满足油田开发方案的要求。
在技术上要可行,同时要从可靠性、使用寿命、投资大小、维护的难易程度及同类油田使用情况对比等多方面做综合评价。
2.适应海上油田开采特点。
要求平台上设备体积小,质量轻,免修期长,适用范围宽。
即所需的设备,特别是地面设备的体积应尽可能小,质量要轻,这样可以有效地减少平台尺寸和所需面积。
特别应注意对电、气、仪表等辅助设备的技术要求,易于控制,减少人为失误造成的损失。
3.综合经济效益好。
从初期投资、机械效率、维修周期、生产期操作费等多个方面进行评价和对比,选择一种技术上适用、经济效益好的采油方式。
二、几种人工举升方式的优缺点
1.电动潜油泵
优点:
排量大、易操作、地面设备简单,适用于斜井,可同时安装井下测试仪表,海上应用较广泛。
缺点:
不适用于低产液井,高电压,维护费高,不适用于高温井（一般工作温度低于130℃）,一般泵挂深度不超过3000m,选泵受套管尺寸限制。
2.水力活塞泵
优点:
不受井深限制（目前已知最大下泵深度已达5486m）,适用于斜井,灵活性好,易调整参数,易维护和更换。
可在动力液中加入所需的防腐剂、降粘剂、清蜡剂等。
缺点:
高压动力液系统易产生不安全因素,动力液要求高,操作费较高,对气体较敏感,不易操作和管理,难以获得测试资料。
3.气举
优点:
适应产液量范围大,适用于定向井,灵活性好;可远程提供动力,适用于高气油比井况,易获得井下资料。
缺点:
受气源及压缩机的限制,受大井斜影响（一般来说用于60∀以内斜井）,不适用于稠油和乳化油,工况分析复杂,对油井抗压件有一定的要求。
4.喷射泵
优点:
易操作和管理,无活动部件,适用于定向井,对动力液要求低,根据井内流体所需,可加入添加剂,能远程提供动力液。
缺点:
泵效低,系统设计复杂,不适用于含较高自由气井,地面系统工作压力较高。
5.螺杆泵
（1）地面驱动螺杆泵
优点:
对油井液体适应范围广;不发生气锁,泵效高;运动部件少;没有阀件和复杂流道,油流扰动小,水力损失较低,泵效可达70%以上;输出流量均匀、易于调节,通过改变地面驱动装置的转速,很容易调节流量;适应排量范围大,日产液量为1.59~380m3/d,通过加大转速可以达到更高产量。
（2）电动潜油螺杆泵
优点:
它结合了潜油电泵和地面驱动螺杆泵的优点,输送介质范围广;节电效果显著;不存在管、杆磨损;可用于斜井、水平井;可使用小直径油管;运行可靠、维修量小;启动扭矩大,适用于斜井、稠油井以及高含砂、高含气井的开采。
缺点:
螺杆泵工作寿命较低（与ESP相比）,一次性投资较高。
刘雅馨,张用德,吕古贤,高云波,杨光浅海油田采油方式的选择2010年第39卷第11期第19页
三、海上油田自喷转人工举升时机的选择
海上油田由自喷期转入人工举升期的时机选择应该考虑以下几个方面的因素：
1.井底流压变化
通常情况下，产层的孔隙压力及含水都会随着开采期而发生变化，从而引起井底流压的相应变化，当井底流压低于某一数值时，地层压力即不足以将液柱举出地面，则油井失去了自喷及自溢的能力。
要维持油井的正常生产，需及时采用适当的人工举升方法。
2.产量要求
为保证并实现开发方案产量的要求，达到油田更好的开发效益，仅靠天然能量是很难达到长期高产要求的。
因此，为了达到一定的采油速度，在油井还具有一定自喷能力但已不能达到产量要求时，要及时由自喷期转入人工举升期，利用外部能量提供较高油井产量从而实现长期、合理的高产。
四、海上油田人工举升方式的选择
1.油井生产参数选择
油井生产参数是选择人工举升方式的基础,因此,应特别注意油井参数的正确性及合理变化范围。
需确定的主要参数为产液量、流体性质、地层特性及
生产压差等。
根据油井参数,通常会存在几种人工举升方式都能满足要求。
将满足油井要求的几种人工举升方式进行技术性、经济性、可靠性及可操作性的对比,从而确定出可行、适用、经济的人工举升方法。
2.适时转换采油方式
图1~2分别是渤海某区块潜油电泵泵效与含水的关系曲线和泵效与原油粘度的关系曲线,可以看出,含水越高,泵效越高;原油粘度越高,泵效越低,说明原油粘度对电泵的影响是很大的。
因此应适时做好采油方式的转换工作,当含水上升,原有粘度降低,产液量增大时,可考虑用潜油电泵更换螺杆泵。
图1泵效与含水的关系曲线
图2泵效与原油粘度的关系曲线
我国浅海油田主要的采油方式有电潜泵、螺杆泵采油,其他采油方式基本还处于试验阶段。
海上油田选择的人工举升方式应力求其操作简单、结构紧凑、易于管理,以降低地面建设费用和操作费用。
目前各油田正大力运用分支井、大位移井采油技术,在运用这些采油技术的同时,要充分考虑采油工具的通过能力、原油物性及后期采油方式的调整等多种因素。
刘雅馨,张用德,吕古贤,高云波,杨光浅海油田采油方式的选择2010年第39卷第11期第19页
五、采油方式选择实例介绍
这里以胜利海上埕岛油田为例作一介绍：
1.埕岛油田的基本生产条件包括油藏、油井和地面（平台）条件三个方面：
（1）油藏条件埕岛油田位于晚第三系埕北低凸起的东南端，西南有大断层与埕北凹陷相连接，南东接桩东凹陷，北东与渤中凹陷呈现超覆接触，具有长期发育、多层结构的构造背景，发育着多种类型的圈闭和广泛分布的储集层，已经发现了明化镇、馆陶、东营、沙河街和中生界、古生界等六套含油气层系。
其主力含油层系馆上段是一个具有河流相正韵律沉积、高饱和、高渗透、多油水系统的岩性构造特征的稠油疏松砂岩油藏，埋藏深度1250~1670m，平均孔隙度34.5%，渗透率2711×
，泥质含量6.5%，砂体粒度中值0.13mm，原油具有低凝固点、稠油高饱和的特点，地面平均原油密度0．9423
。
，平均粘度312
，原始气油比30．7
，地饱压差2．68MPa，压力系数0．974，地温梯度3．85℃／lOOm，平均每米采油指数3．45t／（d·MPa）。
研究认为，馆陶上段油藏具有单井产量相对较高，投产初期具有一定自喷能力，产量递减快，见水早，含水上升快的试采特征。
（2）油井条件埕岛油田采取建设中心动力平台，配套辅助简易卫星采油平台的布署方案，每个简易卫星采油平台采用大密度丛式井组，各井均采用直一增一稳的三段井身剖面。
垂直深度一般为1500~1700m，造斜点500～700m，最大井斜为57°，最大狗腿度达6．67°／30m，油层套管Φ177．8mm，表层套管Φ339．7mm。
为保护油层和发挥油层的潜在生产能力，采用高密度油管传输平衡方式射孔，并采用机械防砂方式进行先期防砂，以防止地层砂的迁移。
（3）地面条件埕岛油田具有背靠大陆之优势，采用海底电缆和海底管线的方式进行地面动力供给和原油输送，减少了平台面积，增加了单井生产时间。
每个卫星采油平台根据钻井平台的不同，各井组地面（平台）井口距离为2m×2m或2m×3m，井口平台面积和生产控制平台的面积均受到严格限制，以降低海上建设成本。
各井组平台均有配套的生产控制平台对各种生产参数进行集中管理。
采油方式的选择：
2.从埕岛油田的地层特征可看出，在油田开发初期，油井都具有一定的自喷能力，油层物性较好的东营组和中生界油藏具有较长的自喷期。
经地层动态分析，埕岛油田的自喷期预计为：
东营组、中生界2～3年，馆陶组1年左右（古生界目前仍在进一步勘探中）。
因此，对于高产能的油井，要优化自喷设计参数，充分发挥地层的产能，延长自喷周期。
在开采过程中，随着采出程度、综合含水的上升和地层能量的下降，必须不失时机地转换采油方式，用人工举升方式接替。
选择技术上安全可靠、适应性强、成熟配套的人工举升方式，实施一次性管柱投产，以减少作业工作量，提高整体开发效益。
人工举升方式选择：
（1）目前国内外海上油田采用的人工举升方式主要有电潜泵、气举、水力喷射泵、螺杆泵等举升方法，各种方法具有不同的适应性，见表1。
表1各种人工举升方法对油井工况的适应性
项目
有杆泵
水力喷射泵
气举
电潜泵
螺杆泵
出砂
一般
好
很好
差
好
结蜡
差
好
差
好
很好
高气油比
一般
一般
很好
一般
很好
大排量
一般
好
好
很好
一般
腐蚀
好
好
一般
一般
好
产能变化
好
好
一般
差
好
结垢
好
一般
一般
差
好
井深
一般
很好
好
一般
一般
适应性
一般
很好
好
差
好
油稠
一般
好
一般
一般
很好
维护工作量
大
小
小
大
一般
资金投入
一般
小
大
大
最小
安全程度
差
好
差
好
一般
（2）埕岛油田人工举升方式的选择分析
1）有杆泵。
有杆泵是陆上油田使用最广泛的一种采油方式，但在海上油田大斜度井中使用存在抽油杆与井壁摩擦造成抽油杆严重磨损的问题。
同时，由于地面设备大而笨重，受平台井口条件和平台高度的限制，不能满足埕岛油田的导管架平台生产条件。
在美国东威明顿油田和委内瑞拉马拉开渡油田虽有部分使用，但也仅用于大面积人工岛和水泥固定式单井平台上。
2）水力喷射泵。
水力喷射泵井下结构简单，无运动件，工作参数易调，适应性强，日常维护方便。
但泵效较低，地面设备庞大，平台水处理工作量大。
地面（平台）高压管汇工作时会引起平台震动，对平台及人身都存在不安全因素，不易自动控制。
这对地处黄河人海口处的埕岛海上采油平台来说，大量应用是不现实的。
另外，水力喷射泵目前的无故障检泵周期仅2～6个月．埕岛油田地层胶结疏松，随着油井含水的上升，泵工作环境将不断恶化。
因此，从操作成本和效益上看，使用水力喷射泵也不可取。
3）气举。
气举采油井口设备简单，井下无运动件，适应性强，作为一种经济、方便、易于管理的采油方式，在国外海上采油中被广泛使用。
但气举采油首先必须具有充足的气源。
而埕岛油田气油比小于30m³/t，单井伴生气日产量小于1200m³。
同时，随着油井后期含水的上升，气源供应能力将进一步降低。
若用氮气补充，则投资巨大。
气举地面设备较多，包括高压压缩机系统、配气系统、回收气处理系统等，占地面积大，安全要求高，维护工作量大，管理难度大。
在油井高含水期和斜井中气举，天然气分离效率低，滑脱损失严重，还有可能形成油气乳化的水化物。
因此，气举采油也不适合埕岛油田的生产条件。
4）电潜泵。
电潜泵的主要特点是排量大，地面设备简单．占地面积小（地面设备占地不足1．5㎡），重量轻（不足l.5t），便于集中控制和自动化管理。
高含水期,电潜泵的提液效果更为显著。
因此，电潜泵比较适合海上平台丛式井组采油，是目前国内外海上油田使用最广泛的一种人工举升方式。
当电潜泵的举升扬程小于2O00m，其井下泵机组的总长度不超过25m，在φ177.8mm套管井中，泵机组对套管井身的要求是狗腿度小于3．6°／3Om（泵外径114mm），埕岛油田的井身轨迹能满足此项要求。
电潜泵对油井含砂量比较敏感，埕岛油田馆陶组为胶结疏松的砂岩油藏．但油井防砂后，产出液含砂量可控制在0．1‰以下，油井免修期可达1．5～2年。
埕岛油田馆陶组油藏渗透性好、供液能力强、井浅、井温低、气油比小、井液无腐蚀介质，是电潜泵采油比较理想的工作环境。
将电潜泵用于较高产能井的提液，可稳定生产，获得较高的产油量。
5）螺杆泵。
地面驱动螺杆泵同深井泵一样，属于有杆抽油系统，只是驱动方式和运动方式不同。
在大斜度定向井中，同样存在抽油杆与井壁之间的摩擦问题，泵挂深度受到限制。
但由于螺杆泵机组具有体积小、结构简单、重量轻、安装方便、占地面积小、易于管理、节能高效等特点，特别适宜稠油井、出砂井的原油举升，在陆上油田应用较多。
对埕岛油田这类边际稠油油田，同样具有较好的适应性。
为改善其工况，延长检泵周期，除了其它配套措施外，要把泵挂深度控制在井斜小于25°的范围内。
3．举升成本分析，自喷采油是最简单、经济的举升方式。
对于人工举升，提供了三种抽油系统的投资及举升成本曲线。
见图1。
通过对比分析电潜泵、水力活塞泵和螺杆泵三种采油方式的投资及举升成本。
结合埕岛油田地质特征和地面（平台）条件，得出如下认识：
①当泵挂深度大于或等于1200m．排量为35m³／d时，三种泵的投资比较接近；②当排量为56m³／d时，电潜泵投资最少；③当排量大于70m³／d时，电潜泵抽油的单位成本最低，它是采出体积的函数。
由图2可看出．螺杆泵采油的吨液举升成本低于有杆泵（深井泵）和电潜泵，在排量不大于70m³／d时，具有比较好的经济效益，检泵周期达到1年以上。
电潜泵抽油方式吨液成本较高，宜用于超过螺杆泵排量范围的油井。
随着排量的增大，吨液成本逐渐下降。
因此，电潜泵采油工艺在高产井和油井高含水期大排量提液是有效和经济的。
4．采油方式的确定。
综上分析，埕岛油田的采油方式确定采用自喷采油和人工举升采油相结合的方式。
对于地层能量充足的井，采用自喷方式投产；对于有一定自喷能力的油井，下电潜泵或螺杆泵一次管柱投产；对于低产能的油井，下螺杆泵采油。
申强冯永王民轩埕岛油田采油方式选择及应用石油钻采工艺1997年（弟19卷）第5期
2.2自喷开采方式
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