海上怎麼開採油氣資源
『壹』 如何在海上開采石油
海上開採油氣的工程措施主要有以下幾種。
1、人工島,多用於近岸淺水中,較經濟。
2、固定式採油氣平台,其形式有樁式平台(如導管架平台)、拉索塔式平台、重力式平台(鋼筋混凝土重力式平台、鋼筋混凝土結構混合的重力式平台)。
3、浮式採油氣平台,其形式又可分為可遷移式平台(又稱活動式平台),如自升式平台、半潛式平台和船式平台(即鑽井船);不遷移的浮式平台,如張力式平台、鉸接式平台。
4、海底採油裝置:採用鑽水下井口的辦法,將井口安裝在海底,開采出的油氣用管線直接送往陸上或輸入海底集油氣設施。
(1)海上怎麼開採油氣資源擴展閱讀:
海底石油的開采過程包括鑽生產井、採油氣、集中、處理、貯存及輸送等環節。海上石油生產與陸地上石油生產所不同的是要求海上油氣生產設備體積小、重量輕、高效可靠、自動化程度高、布置集中緊湊。
一個全海式的生產處理系統包括:油氣計量、油氣分離穩定、原油和天然氣凈化處理、輕質油回收、污水處理、注水和注氣系統、機械採油、天然氣壓縮、火炬系統、貯油及外輸系統等。
供開采生產的油氣集中、處理、轉輸、貯存和外運的工程設施:
1.裝有集油氣、處理、計量以及動力和壓縮設備的平台。
2.貯油設施,包括海上儲油池、儲油罐和儲油船。
3.海底輸油氣管線。
4.油氣外運碼頭,包括單點系泊裝置和常規的海上碼頭(有固定式和浮式兩種)。
參考資料來源:網路--海底石油
『貳』 怎樣在海底採石油
知道海底有石油,這是第一步。下一步是如何開采。在海上採油,可比在內陸上困難得多容啊。即使在大陸架淺水區,水深也有20米,深水則有二三百米。所以,要用一套特殊的設備,才可能在海上採油。
海上採油一般是用鑽探船。這種船最早出現是在40年代。船表面上像是一個浮在海面的平台,實際上平台是由支柱固定在海底。在平台上安裝有鑽井。鑽井的形狀和陸地上的一樣。鑽完之後,平台可以卸下,移到新的地方安裝。現在,出現了一種自航式鑽探船,它可以像船一樣航行,在深於200米的海域作業。
『叄』 石油是怎麼從海里撈上來的啊
明確告訴你我是復制的:
海洋石油污染事件發生後,石油漂浮在海面上,迅速擴散形成油膜,可通過擴散、蒸發、溶解、乳化、光降解以及生物降解和吸收等進行遷移、轉化。油類可沾附在魚鰓上,使魚窒息,抑制水鳥產卵和孵化,破壞其羽毛的不透水性,降低水產品質量。油膜形成可阻礙水體的復氧作用,影響海洋浮游生物生長,破壞海洋生態平衡,此外還可破壞海濱風景,影響海濱美學價值。石油污染防治,除控制污染源,防止意外事故發生外,可通過圍油欄、吸收材料、消油劑等進行處理。
清理石油泄漏的第一步是切斷污染源,阻止浮油區繼續擴大。在此次大連「7·16」油管爆炸事故處理中,消防員奮戰20小時將油罐險情撲滅。隨後遼寧海事局總共布置了約9000米的圍油欄,最大限度地防止污染區域擴大。圍油欄是一種漂浮型隔離裝置,能夠將泄漏的石油控制在一定區域內。不同的風、波浪和水流等情況可能會影響圍油欄的攔截效果。
第二步是通過一些物理方法清除海面石油污染,比如用抽吸機吸油,用水柵和撇沫器刮油,用吸油氈吸附原油並回收處理等。這一步只能粗放地回收部分油污,減少石油泄漏的損失;但並不能徹底清潔水面。
這就需要第三步,噴灑化學消油劑,通過化學反應,促進石油的分解或沉降,形成能消散於水中的微小球狀物。但利用化學試劑的弊端在於可能引起二次污染,只能用於清理少量油污。
國際上通用的清理石油泄漏的方法還有燃燒和放任。但是,燃燒的方法只適用於浮油厚度大於2毫米的事故,原理是,燃燒後海上會留下一種焦油球,油船再直接把這些球狀物質打撈起來,這種做法可清除水面50%到90%左右的石油。這種做法的弊端是顯而易見的,會引起大范圍的空氣污染,對於海洋生物的破壞性也非常大。放任適用於遠離海岸和人類活動區的大洋中的原油泄漏,這種方法利用微生物使原油自然消解,但會擴大污染范圍,尤其是對污染地區生物的破壞不容小覷。
美國路易斯安那州有關部門還討論在海上修建一座「障壁島」,以阻止墨西哥灣浮油靠岸。根據修建計劃,「障壁島」高約1.8米,長約60米,建島泥沙將從海底挖掘,工程預計耗資3.5億美元。
清理海洋石油污染始終困擾著人們,各國科學家都在積極研究各種技術,力爭早日攻克這一世界難題,但很多方法還只停留在試驗階段。如有的科學家研究利用生物除污,即利用某些微生物及生物制劑「吃掉」或降解浮油。也有的科學家嘗試用農作物廢料清污,還有的科學家研究用液滴包裹石油的方法。這些技術還未成熟,離大規模投入實際清理泄漏原油還有相當的距離。目前,大規模清除海洋石油污染,仍以傳統方法如圍油欄、燃燒、噴灑化學試劑為主。
『肆』 如何開發利用海洋資源
海洋漁業生產、海洋油、氣開發、海洋空間利用、海洋運輸和港口建設、圍海造陸。
『伍』 如何開采海底石油
海上採油可比陸地上苦難的多,海上採油一般是用鑽探船。這種船最早出現是內在40年代。船表面上像是容一個浮在海面的平台,實際上平台是由支柱固定在海底。在平台上安裝有鑽井。鑽井的形狀和陸地上的一樣。鑽完之後,平台可以卸下,移到新的地方安裝。現在,出現了一種自航式鑽探船,它可以像船一樣航行,在深於200米的海域作業。
『陸』 油氣開採的方法
油氣的開采方法有兩種(陸地)開采和(海上)開采.兩者的方法大同小異!石油開采
石油開采技術的發展 石油和天然氣的大規模開采和應用,是近百年的事。美國和俄國在19世紀50年代開始了他們各自的近代油、氣開采工業。其他國家稍晚一些。石油開采技術的發展與數學、力學、地質學、物理學、機械工程、電子學等學科發展有密切聯系。大致可分三個階段:
初期階段 從19世紀末到20世紀30年代。隨著內燃機的出現,對油料提出了迫切的要求。這個階段技術上的主要標志是以利用天然能量開采為主。石油的採收率平均只有15~20%,鑽井深度不大,觀察油藏的手段只有簡單的溫度計、壓力計等。
第二階段 從30年代末到50年代末,以建立油田開發的理論體系為標志。主要內容是:①形成了作為鑽井工程理論基礎的岩石力學;②基本確立了油藏物理和滲流力學體系,普遍採用人工增補油藏能量的注水開采技術。在蘇聯廣泛採用了早期注水保持地層壓力的技術,使石油的最終採收率從30年代的15~20%,提高到30%以上,發展了以電測方法為中心的測井技術和鑽4500米以上的超深井的鑽井技術。在礦場集輸工藝中廣泛地應用了以油氣相平衡理論為基礎的石油穩定技術。基本建立了與油氣田開發和開采有關的應用科學和工程技術體系。
第三階段 從60年代開始,以電子計算機和現代科學技術廣泛用於油、氣田開發為標志,開發技術迅速發展。主要方面有:①建立的各種油層的沉積相模型,提高了預測儲油砂體的非均質性及其連續性的能力,從而能更經濟有效地布置井位和開發工作;②把現代物理中的核技術應用到測井中,形成放射性測井技術,與原有的電測技術, 加上新的生產測井系列,可以用來直接測定油藏中油、氣、水的分布情況,在不同開發階段能採取更為有效的措施;③對油氣藏內部在採油氣過程中起作用的表面現象及在多孔介質中的多相滲流的規律等,有了更深刻的理解,並根據物理模型和數學模型對這些現象由定性進入定量解釋(見油藏數值模擬),試驗和開發了除注水以外提高石油採收率的新技術;④以噴射鑽井和平衡鑽井為基礎的優化鑽井技術迅速發展。鑽井速度有很大的提高。可以打各種特殊類型的井,包括叢式井,定向井,甚至水平井,加上優質泥漿,使鑽井過程中油層的污染降到最低限度;⑤大型酸化壓裂技術的應用使很多過去沒有經濟價值的油、氣藏,特別是緻密氣藏,可以投入開發,大大增加了天然資源的利用程度。對油井的出砂、結蠟和高含水所造成的困難,在很大程度上得到了解決(見稠油開采,油井防蠟和清蠟,油井防砂和清砂,水油比控制);⑥向油層注蒸汽,熱采技術的應用已經使很多稠油油藏投入開發;⑦油、氣分離技術和氣體處理技術的自動化和電子監控,使礦場油、氣集輸中的損耗降到很低,並能提供質量更高的產品。
靠油藏本身或用人工補給的能量把石油從井底舉升到地面的方法。19世紀50年代末出現了專門開採石油的油井。早期油井很淺,用吊桶汲取。後來井深增加,採油方法逐漸復雜,分為自噴採油法和人工舉升採油法兩類,後者有氣舉採油法和泵抽採油法(又稱深井泵採油法)兩種。
自噴採油法: 當油藏壓力高於井內流體柱的壓力,油藏中的石油通過油管和採油樹自行舉升至井外的採油方法。石油中大量的伴生天然氣能降低井內流體的比重,降低流體柱壓力,使油井更易自噴。油層壓力和氣油比(中國石油礦場習稱油氣比)是油井自噴能力的兩個主要指標。
油、氣同時在井內沿油管向上流動,其能量主要消耗於重力和摩擦力。在一定的油層壓力和油氣比的條件下,每口井中的油管尺寸和深度不變時,有一個充分利用能量的最優流速范圍,即最優日產量范圍。必須選用合理的油管尺寸,調節井口節流器(常稱油嘴)的大小,使自噴井的產量與油層的供油能力相匹配,以保證自噴井在最優產量范圍內生產。
為使井口密封並便於修井和更換損壞的部件,自噴井井口裝有專門的採油裝置,稱採油樹(見彩圖)。自噴井的井身結構見圖。自噴井管理方便,生產能力高,耗費小,是一種比較理想的採油方法。很多油田都採取早期注水、注氣(見注水開采)保持油藏壓力的措施,延長油井的自噴期。
人工舉升採油法: 人為地向油井井底增補能量,將油藏中的石油舉升至井口的方法。隨著采出石油總量的不斷增加,油層壓力日益降低;注水開發的油田,油井產水百分比逐漸增大,使流體的比重增加,這兩種情況都使油井自噴能力逐步減弱。為提高產量,需採取人工舉升法採油(又稱機械採油),是油田開採的主要方式,特別在油田開發後期,有泵抽採油法和氣舉採油法兩種。
氣舉採油法: 將天然氣從套管環隙或油管中注入井內,降低井中流體的比重,使井內流體柱的壓力低於已降低了的油層壓力,從而把流體從油管或套管環隙中導出井外。有連續氣舉和間歇氣舉兩類。多數情況下,採用從套管環隙注氣、油管出油的方式。氣舉採油要求有比較充足的天然氣源;不能用空氣,以免爆炸。氣舉的啟動壓力和工作壓力差別較大。在井下常需安裝特製的氣舉閥以降低啟動壓力,使壓縮機在較低壓力下工作,提高其效率,結構和工作原理見圖。在油管外的液面被壓到氣舉閥以下時,氣從A孔進入油管,使管內液體與氣混合,噴出至地面。管內壓力下降到一定程度時,油管內外壓差使該閥關閉。管外液面可繼續下降。油井較深時,可裝幾個氣舉閥,把液面降至油管鞋,使啟動壓力大為降低。
氣舉採油法:
氣舉井中產出的油、氣經分離後,氣體集中到礦場壓縮機站,經過壓縮送回井口。對於某些低產油井,可使用間歇氣舉法以節約氣量,有時還循環使用活塞氣舉法。
氣舉法有較高的生產能力。井下裝置簡單,沒有運動部件,井下設備使用壽命長,管理方便。雖然壓縮機建站和敷設地面管線的一次投資高,但總的投資和管理費用與抽油機、電動潛油泵或水力活塞泵比較是最低的。氣舉法應用時間較短,一般為15~30%左右;單位產量能耗較高,又需要大量天然氣;只適用於有天然氣氣源和具備以上條件的地區內有一定油層壓力的高產油井和定向井,當油層壓力降到某一最低值時,便不宜採用;效率較低。
泵抽採油法: 人工舉升採油法的一種(見人工舉升採油法)。在油井中下入抽油泵,把油藏中產出的液體泵送到地面的方法,簡稱抽油法。此法所用的抽油泵按動力傳動方式分為有桿和無桿兩類。
有桿泵 是最常用的單缸單作用抽油泵(圖1),其排油量取決於泵徑和泵的沖程、沖數。有桿泵分桿式泵、管式泵兩類。一套完整的有桿泵機組包括抽油機、抽油桿柱和抽油泵(圖2)。
泵抽採油法 泵抽採油法
抽油機主要是把動力機(一般是電動機)的圓周運動轉變為往復直線運動,帶動抽油桿和泵,抽油機有游梁式和無游梁式兩種。前者使用最普遍,中國一些礦場使用的鏈條抽油機屬後一種(見彩圖)。抽油桿柱是連接抽油機和抽油泵的長桿柱,長逾千米,因交變載荷所引起的振動和彈性變形,使抽油桿懸點的沖程和泵的柱塞沖程有較大差別。抽油泵的直徑和沖程、沖數要根據每口油井的生產特徵,進行設計計算來優選。在泵的入口處安裝氣體分離裝置——氣錨,或者增加泵的下入深度,以降低流體中的含氣量對抽油泵充滿程度(即體積效率)的影響。
泵抽採油法
有桿泵是一個自重系統,抽油桿的截面增加時,其載荷也隨著增大。各種材質製成的抽油桿的下入深度,都是有極限的,要增加泵的下入深度,主要須改變抽油桿的材質、熱處理工藝和級次。根據抽油桿的彈性和地層流體的特徵,在選擇工作制度時,要選用沖程、沖數的有利組合。有桿泵的工作深度在國外已超過 3000m,抽油機的載荷已超過25t,泵的排量與井深有關,有些淺井日排量可以高達400m3,一般中深井可達200m3,但抽油井的產量主要根據油層的生產能力。有桿抽油機泵組的主要優點是結構簡單,維修管理方便,在中深井中泵的效率為50%左右,適用於中、低產量的井。目前世界上有85%以上的油井用機械採油法生產,其中絕大部分用有桿泵。
無桿泵 適用於大產量的中深井或深井和斜井。在工業上應用的是電動潛油泵、水力活塞泵和水力噴射泵。
『柒』 怎麼開採石油
我國古代人民採集石油有十分悠久的歷史,特別是通過鑽鑿油井和氣並來開採石油和天然氣的技術,在世界上也是最早的。晉代張華所著的《博物志》記載了四川地區,從兩千多年以前的秦代就開始鑿井取氣煮鹽的情況。「臨邛火井一所,縱廣五尺,深二三丈」,「先以家火投之」,再「取井火還煮井水」。據載此法效果大,省事簡辦,「一斛水得四、五斗鹽」,比家火煮法,得鹽「不過二、三斗」,顯然火井煮鹽,成本低,產量高,被認為是手工業的一項重大發展。當時鑿井是靠人工挖掘,公元1041年以後,鑽井用的工具有了很大改進,方法也有所更新。據《蜀中廣記》記載,東漢時期,「蜀始開筒井,用環刃鑿如碗大,深者數十丈」。據古籍記載,古代在陝西、甘肅、新疆、四川、台灣等省發現了石油礦。據《台灣府志》記載,清朝咸豐十年,台灣新竹縣發現了石油,一個名叫邱苟的人,挖坑3米,每天收集6公斤左右石油,並用其點燃手提馬燈。
我國明代以後,石油開采技術逐漸流傳到國外。明朝科學家宋應星(生於1587年,江西奉新縣人)所著的科學巨著《天工開物》,把長期流傳下來的石油化學知識作了全面的總結,對石油的開采工藝作了系統的敘述。全書18卷,圖文並茂,出版於明末崇禎十年,即1637年,是當時世界上僅有的一部化學工藝網路全書。它的問世,使後者難以繼了。書中記載,不但反映出豐富的化學知識,亦反映出當時的化學工藝生產水平。我國古代石油開採的許多技術環節和技術項目,皆有賴於此書而得以流傳。該書十六世紀傳到日本,1771年的日本翻刻本受到日科技界的注意。十八世紀傳到歐洲,十九世紀上半葉起,陸續出現了歐洲文節譯本,1869年出現了比較詳細的法文節譯本。二十世紀後半葉以來,全部被譯為日、英、俄文,成為世界科技史的名著之一。難怪有的國家石油技術資料也公認,我國早在公元1100年就鑽成了1000米的深井。說明在那時,我國的石油鑽井技術就達到了比較高的水平。
海底石油的開采海底石油的生產過程一般分為勘探和開采兩個階段。海上勘探原理和方法與陸地上勘探基本相同,也分普醒和說查兩具步驟。其方法是以地球物理勘探法和鑽井勘探法為主,其任務是探明油氣藏的構造、含油麵積和儲量。普查是從地質調查研究入手,主要通過地震、策略和磁力調查法尋找油氣構造。在的基礎上,運用地球物理分析了解海底地下岩層的分布、地質構造的類型、油氣分離穩定、原油和天然氣凈化處理、輕質油回收、污水處理、注水和注氣系統、機械採油、天然氣壓縮、火世系統、貯油及外輸系統等。
『捌』 海上怎樣採油
海底石抄油的開采海底石油襲的生產過程一般分為勘探和開采兩個階段。海上勘探原理和方法與陸地上勘探基本相同,也分普醒和說查兩具步驟。其方法是以地球物理勘探法和鑽井勘探法為主,其任務是探明油氣藏的構造、含油麵積和儲量。普查是從地質調查研究入手,主要通過地震、策略和磁力調查法尋找油氣構造。在的基礎上,運用地球物理分析了解海底地下岩層的分布、地質構造的類型、油氣分離穩定、原油和天然氣凈化處理、輕質油回收、污水處理、注水和注氣系統、機械採油、天然氣壓縮、火世系統、貯油及外輸系統等。
『玖』 海上石油是如何開採的
海上油氣開發 海上油氣開發與陸地上的沒有很大的不同,只是建造採油平台的工程耗資要大得多,因而對油氣田范圍的評價工作要更加慎重。要進行風險分析,准確選定平台位置和建設規模。避免由於對地下油藏認識不清或推斷錯誤,造成損失。60年代開始,海上石油開發有了極大的發展。海上油田的採油量已達到世界總採油量的20%左右。形成了整套的海上開采和集輸的專用設備和技術。平台的建設已經可以抗風、浪、冰流及地震等各種災害,油、氣田開採的水深已經超過200米。
當今世界上還有不少地區尚未勘探或充分勘探,深部地層及海洋深水部分的油氣勘探剛剛開始不久,還會發現更多的油氣藏,已開發的油氣藏中應用提高石油採收率技術可以開采出的原油數量也是相當大的;這些都預示著油、氣開採的科學技術將會有更大的發展。
石油是深埋在地下的流體礦物。最初人們把自然界產生的油狀液體礦物稱石油,把可燃氣體稱天然氣,把固態可燃油質礦物稱瀝青。隨著對這些礦物研究的深入,認識到它們在組成上均屬烴類化合物,在成因上互有聯系,因此把它們統稱為石油。1983年9月第11次世界石油大會提出,石油是包括自然界中存在的氣態、液態和固態烴類化合物以及少量雜質組成的復雜混合物。所以石油開采也包括了天然氣開采。
石油在國民經濟中的作用 石油是重要能源,同煤相比,具有能量密度大(等重的石油燃燒熱比標准煤高50%)、運輸儲存方便、燃燒後對大氣的污染程度較小等優點。從石油中提煉的燃料油是運輸工具、電站鍋爐、冶金工業和建築材料工業各種窯爐的主要燃料。以石油為原料的液化氣和管道煤氣是城市居民生活應用的優質燃料。飛機、坦克、艦艇、火箭以及其他航天器,也消耗大量石油燃料。因此,許多國家都把石油列為戰略物資。
20世紀70年代以來,在世界能源消費的構成中,石油已超過煤而躍居首位。1979年佔45%,預計到21世紀初,這種情況不會有大的改變。石油製品還廣泛地用作各種機械的潤滑劑。瀝青是公路和建築的重要材料。石油化工產品廣泛地用於農業、輕工業、紡織工業以及醫葯衛生等部門,如合成纖維、塑料、合成橡膠製品,已成為人們的生活必需品。
1982年世界石油產量為26.44億噸,天然氣為15829億立方米。1973年以來,三次石油漲價和1982年的石油落價,都引起世界經濟較大的波動(見世界石油工業)。
油氣聚集和驅動方式 油氣在地殼中生成後,呈分散狀態存在於生油氣層中,經過運移進入儲集層,在具有良好保存條件的地質圈閉內聚集,形成油氣藏。在一個地質構造內可以有若干個油氣藏,組合成油氣田。
儲層 貯存油氣並能允許油氣流在其中通過的有儲集空間的岩層。儲層中的空間,有岩石碎屑間的孔隙,岩石裂縫中的裂隙,溶蝕作用形成的洞隙。孔隙一般與沉積作用有關,裂隙多半與構造形變有關,洞隙往往與古岩溶有關。空隙的大小、分布和連通情況,影響油氣的流動,決定著油氣開採的特徵(見石油開發地質)。
油氣驅動方式 在開採石油的過程中,油氣從儲層流入井底,又從井底上升到井口的驅動方式。主要有:①水驅油藏,周圍水體有地表水流補給而形成的靜水壓頭;②彈性水驅,周圍封閉性水體和儲層岩石的彈性膨脹作用;③溶解氣驅,壓力降低使溶解在油中的氣體逸出時所起的膨脹作用;④氣頂驅,存在氣頂時,氣頂氣隨壓力降低而發生的膨脹作用;⑤重力驅,重力排油作用。當以上天然能量充足時,油氣可以噴出井口;能量不足時,則需採取人工舉升措施,把油流驅出地面(見自噴採油法,人工舉升採油法)。
石油開採的特點 與一般的固體礦藏相比,有三個顯著特點:①開採的對象在整個開採的過程中不斷地流動,油藏情況不斷地變化,一切措施必須針對這種情況來進行,因此,油氣田開採的整個過程是一個不斷了解、不斷改進的過程;②開采者在一般情況下不與礦體直接接觸。油氣的開采,對油氣藏中情況的了解以及對油氣藏施加影響進行各種措施,都要通過專門的測井來進行;③油氣藏的某些特點必須在生產過程中,甚至必須在井數較多後才能認識到,因此,在一段時間內勘探和開采階段常常互相交織在一起(見油氣田開發規劃和設計)。
要開發好油氣藏,必須對它進行全面了解,要鑽一定數量的探邊井,配合地球物理勘探資料來確定油氣藏的各種邊界(油水邊界、油氣邊界、分割斷層、尖滅線等);要鑽一定數量的評價井來了解油氣層的性質(一般都要取岩心),包括油氣層厚度變化,儲層物理性質,油藏流體及其性質,油藏的溫度、壓力的分布等特點,進行綜合研究,以得出對於油氣藏的比較全面的認識。在油氣藏研究中不能只研究油氣藏本身,而要同時研究與之相鄰的含水層及二者的連通關系(見油藏物理)。
在開采過程中還需要通過生產井、注入井和觀察井對油氣藏進行開采、觀察和控制。油、氣的流動有三個互相聯接的過程:①油、氣從油層中流入井底;②從井底上升到井口;③從井口流入集油站,經過分離脫水處理後,流入輸油氣總站,轉輸出礦區(見油藏工程)。
石油開采技術
測井工程 在井筒中應用地球物理方法,把鑽過的岩層和油氣藏中的原始狀況和發生變化的信息,特別是油、氣、水在油藏中分布情況及其變化的信息,通過電纜傳到地面,據以綜合判斷,確定應採取的技術措施(見工程測井,生產測井,飽和度測井)。
鑽井工程 在油氣田開發中,有著十分重要的地位,在建設一個油氣田中,鑽井工程往往要佔總投資的50%以上。一個油氣田的開發,往往要打幾百口甚至幾千口或更多的井。對用於開采、觀察和控制等不同目的的井(如生產井、注入井、觀察井以及專為檢查水洗油效果的檢查井等)有不同的技術要求。應保證鑽出的井對油氣層的污染最少,固井質量高,能經受開采幾十年中的各種井下作業的影響。改進鑽井技術和管理,提高鑽井速度,是降低鑽井成本的關鍵(見鑽井方法,鑽井工藝,完井)。
採油工程 是把油、氣在油井中從井底舉升到井口的整個過程的工藝技術。油氣的上升可以依靠地層的能量自噴,也可以依靠抽油泵、氣舉等人工增補的能量舉出。各種有效的修井措施,能排除油井經常出現的結蠟、出水、出砂等故障,保證油井正常生產。水力壓裂或酸化等增產措施,能提高因油層滲透率太低,或因鑽井技術措施不當污染、損害油氣層而降低的產能。對注入井來說,則是提高注入能力(見採油方法,采氣工藝,分層開采技術,油氣井增產工藝)。
油氣集輸工程 是在油田上建設完整的油氣收集、分離、處理、計量和儲存、輸送的工藝技術。使井中采出的油、氣、水等混合流體,在礦場進行分離和初步處理,獲得盡可能多的油、氣產品。水可回注或加以利用,以防止污染環境。減少無效損耗(見油田油氣集輸)。
石油開采中各學科和工程技術之間的關系見圖。
石油開采
石油開采技術的發展 石油和天然氣的大規模開采和應用,是近百年的事。美國和俄國在19世紀50年代開始了他們各自的近代油、氣開采工業。其他國家稍晚一些。石油開采技術的發展與數學、力學、地質學、物理學、機械工程、電子學等學科發展有密切聯系。大致可分三個階段:
初期階段 從19世紀末到20世紀30年代。隨著內燃機的出現,對油料提出了迫切的要求。這個階段技術上的主要標志是以利用天然能量開采為主。石油的採收率平均只有15~20%,鑽井深度不大,觀察油藏的手段只有簡單的溫度計、壓力計等。
第二階段 從30年代末到50年代末,以建立油田開發的理論體系為標志。主要內容是:①形成了作為鑽井工程理論基礎的岩石力學;②基本確立了油藏物理和滲流力學體系,普遍採用人工增補油藏能量的注水開采技術。在蘇聯廣泛採用了早期注水保持地層壓力的技術,使石油的最終採收率從30年代的15~20%,提高到30%以上,發展了以電測方法為中心的測井技術和鑽4500米以上的超深井的鑽井技術。在礦場集輸工藝中廣泛地應用了以油氣相平衡理論為基礎的石油穩定技術。基本建立了與油氣田開發和開采有關的應用科學和工程技術體系。
第三階段 從60年代開始,以電子計算機和現代科學技術廣泛用於油、氣田開發為標志,開發技術迅速發展。主要方面有:①建立的各種油層的沉積相模型,提高了預測儲油砂體的非均質性及其連續性的能力,從而能更經濟有效地布置井位和開發工作;②把現代物理中的核技術應用到測井中,形成放射性測井技術,與原有的電測技術, 加上新的生產測井系列,可以用來直接測定油藏中油、氣、水的分布情況,在不同開發階段能採取更為有效的措施;③對油氣藏內部在採油氣過程中起作用的表面現象及在多孔介質中的多相滲流的規律等,有了更深刻的理解,並根據物理模型和數學模型對這些現象由定性進入定量解釋(見油藏數值模擬),試驗和開發了除注水以外提高石油採收率的新技術;④以噴射鑽井和平衡鑽井為基礎的優化鑽井技術迅速發展。鑽井速度有很大的提高。可以打各種特殊類型的井,包括叢式井,定向井,甚至水平井,加上優質泥漿,使鑽井過程中油層的污染降到最低限度;⑤大型酸化壓裂技術的應用使很多過去沒有經濟價值的油、氣藏,特別是緻密氣藏,可以投入開發,大大增加了天然資源的利用程度。對油井的出砂、結蠟和高含水所造成的困難,在很大程度上得到了解決(見稠油開采,油井防蠟和清蠟,油井防砂和清砂,水油比控制);⑥向油層注蒸汽,熱采技術的應用已經使很多稠油油藏投入開發;⑦油、氣分離技術和氣體處理技術的自動化和電子監控,使礦場油、氣集輸中的損耗降到很低,並能提供質量更高的產品。
靠油藏本身或用人工補給的能量把石油從井底舉升到地面的方法。19世紀50年代末出現了專門開採石油的油井。早期油井很淺,用吊桶汲取。後來井深增加,採油方法逐漸復雜,分為自噴採油法和人工舉升採油法兩類,後者有氣舉採油法和泵抽採油法(又稱深井泵採油法)兩種。
自噴採油法: 當油藏壓力高於井內流體柱的壓力,油藏中的石油通過油管和採油樹自行舉升至井外的採油方法。石油中大量的伴生天然氣能降低井內流體的比重,降低流體柱壓力,使油井更易自噴。油層壓力和氣油比(中國石油礦場習稱油氣比)是油井自噴能力的兩個主要指標。
油、氣同時在井內沿油管向上流動,其能量主要消耗於重力和摩擦力。在一定的油層壓力和油氣比的條件下,每口井中的油管尺寸和深度不變時,有一個充分利用能量的最優流速范圍,即最優日產量范圍。必須選用合理的油管尺寸,調節井口節流器(常稱油嘴)的大小,使自噴井的產量與油層的供油能力相匹配,以保證自噴井在最優產量范圍內生產。
為使井口密封並便於修井和更換損壞的部件,自噴井井口裝有專門的採油裝置,稱採油樹(見彩圖)。自噴井的井身結構見圖。自噴井管理方便,生產能力高,耗費小,是一種比較理想的採油方法。很多油田都採取早期注水、注氣(見注水開采)保持油藏壓力的措施,延長油井的自噴期。
人工舉升採油法: 人為地向油井井底增補能量,將油藏中的石油舉升至井口的方法。隨著采出石油總量的不斷增加,油層壓力日益降低;注水開發的油田,油井產水百分比逐漸增大,使流體的比重增加,這兩種情況都使油井自噴能力逐步減弱。為提高產量,需採取人工舉升法採油(又稱機械採油),是油田開採的主要方式,特別在油田開發後期,有泵抽採油法和氣舉採油法兩種。
氣舉採油法: 將天然氣從套管環隙或油管中注入井內,降低井中流體的比重,使井內流體柱的壓力低於已降低了的油層壓力,從而把流體從油管或套管環隙中導出井外。有連續氣舉和間歇氣舉兩類。多數情況下,採用從套管環隙注氣、油管出油的方式。氣舉採油要求有比較充足的天然氣源;不能用空氣,以免爆炸。氣舉的啟動壓力和工作壓力差別較大。在井下常需安裝特製的氣舉閥以降低啟動壓力,使壓縮機在較低壓力下工作,提高其效率,結構和工作原理見圖。在油管外的液面被壓到氣舉閥以下時,氣從A孔進入油管,使管內液體與氣混合,噴出至地面。管內壓力下降到一定程度時,油管內外壓差使該閥關閉。管外液面可繼續下降。油井較深時,可裝幾個氣舉閥,把液面降至油管鞋,使啟動壓力大為降低。
氣舉採油法:
氣舉井中產出的油、氣經分離後,氣體集中到礦場壓縮機站,經過壓縮送回井口。對於某些低產油井,可使用間歇氣舉法以節約氣量,有時還循環使用活塞氣舉法。
氣舉法有較高的生產能力。井下裝置簡單,沒有運動部件,井下設備使用壽命長,管理方便。雖然壓縮機建站和敷設地面管線的一次投資高,但總的投資和管理費用與抽油機、電動潛油泵或水力活塞泵比較是最低的。氣舉法應用時間較短,一般為15~30%左右;單位產量能耗較高,又需要大量天然氣;只適用於有天然氣氣源和具備以上條件的地區內有一定油層壓力的高產油井和定向井,當油層壓力降到某一最低值時,便不宜採用;效率較低。
泵抽採油法: 人工舉升採油法的一種(見人工舉升採油法)。在油井中下入抽油泵,把油藏中產出的液體泵送到地面的方法,簡稱抽油法。此法所用的抽油泵按動力傳動方式分為有桿和無桿兩類。
有桿泵 是最常用的單缸單作用抽油泵(圖1),其排油量取決於泵徑和泵的沖程、沖數。有桿泵分桿式泵、管式泵兩類。一套完整的有桿泵機組包括抽油機、抽油桿柱和抽油泵(圖2)。
泵抽採油法 泵抽採油法
抽油機主要是把動力機(一般是電動機)的圓周運動轉變為往復直線運動,帶動抽油桿和泵,抽油機有游梁式和無游梁式兩種。前者使用最普遍,中國一些礦場使用的鏈條抽油機屬後一種(見彩圖)。抽油桿柱是連接抽油機和抽油泵的長桿柱,長逾千米,因交變載荷所引起的振動和彈性變形,使抽油桿懸點的沖程和泵的柱塞沖程有較大差別。抽油泵的直徑和沖程、沖數要根據每口油井的生產特徵,進行設計計算來優選。在泵的入口處安裝氣體分離裝置——氣錨,或者增加泵的下入深度,以降低流體中的含氣量對抽油泵充滿程度(即體積效率)的影響。
泵抽採油法
有桿泵是一個自重系統,抽油桿的截面增加時,其載荷也隨著增大。各種材質製成的抽油桿的下入深度,都是有極限的,要增加泵的下入深度,主要須改變抽油桿的材質、熱處理工藝和級次。根據抽油桿的彈性和地層流體的特徵,在選擇工作制度時,要選用沖程、沖數的有利組合。有桿泵的工作深度在國外已超過 3000m,抽油機的載荷已超過25t,泵的排量與井深有關,有些淺井日排量可以高達400m3,一般中深井可達200m3,但抽油井的產量主要根據油層的生產能力。有桿抽油機泵組的主要優點是結構簡單,維修管理方便,在中深井中泵的效率為50%左右,適用於中、低產量的井。目前世界上有85%以上的油井用機械採油法生產,其中絕大部分用有桿泵。
無桿泵 適用於大產量的中深井或深井和斜井。在工業上應用的是電動潛油泵、水力活塞泵和水力噴射泵。
電動潛油泵 是一套多級離心泵和電動機直接連接的機泵組。由動力電纜把電送給井下的電機以驅動離心泵,把井中的流體泵送到地面,由於機泵組是在套管內使用,機泵的直徑受到限制,所以採取細長的形狀(圖3)。為防止井下流體(特別是水)進入電樞使電機失效,需採取特殊的密封裝置,並在泵和電動機的連接部位加裝保護器。泵的排量受井眼尺寸的限制,揚程決定於泵的級數,二者都取決於電動機的功率。電動潛油泵適用於中、高產液量,含氣和砂較少的稀油或含水原油的油井。一般日排量為100~1000m3、揚程在2000m以內時,效率較高,可用於斜井。建井較簡單,管理方便,免修期較長,泵效率在60%左右;但不適用於高含氣的井和帶腐蝕性流體的井,下井後泵的排量不能調節,機泵組成本較高,起下作業和檢修都比較復雜。
泵抽採油法
水力活塞泵 利用地面泵注入液體驅動井下液壓馬達帶動井下泵,把井下的液體泵出地面。水力活塞泵的工作原理與有桿泵相似,只是往復運動用液壓馬達和換向閥來實現(圖 4)。水力活塞泵的井下泵有單作用和雙作用兩種,地面泵都用高壓柱塞泵。流程有兩種:①開式流程。單管結構,以低粘度原油為動力液,既能減少管道摩擦阻力,又可降低抽出油的粘度,並與采出液混在一起采出地面。②閉式流程。用輕油或水為動力液,用水時要增添潤滑劑和防腐劑,自行循環不與產出的液體相混,工作過程中只需作少量的補充。水力活塞泵可以單井運轉,也可以建泵組集中管理,排量適應范圍寬,從每日幾十到上千立方米等,適用於深井、高揚程井、稠油井、斜井。優點是可任意調節排量,起下泵可不起油管,操作和管理方便。泵效率可達85%以上。缺點是地面要多建一條高壓管線,動力液要處理,增加了建井和管理成本。
泵抽採油法
水力射流泵 帶有噴嘴和擴散器的抽油泵(圖5)。水力射流泵沒有運動零件,結構簡單,成本低,管理方便,但效率低,不高於30~35%,造成的生產壓差太小,只適用於高壓高產井。一般僅在水力活塞泵的前期即油井的壓力較高、排量較大時使用;當壓力降低、排量減少時,改用水力活塞泵。