油管鞋作用(什么是氣舉采油？)

油管鞋作用！？

浮鞋是將引鞋、套管鞋和閥體制成一體的裝置

他們的作用是在下套管過程中保持環空鉆井液流動，使套管順利下井；在下套管過程中可掏空一定量的鉆井液，在浮力的作用下，可使套管柱懸浮，減輕井架負荷

什么是自噴井喇叭口（油管鞋）？其作用是什么？

自噴井：當地下油水層壓力非常大的情況下，打出來的井會自動噴的，當壓力變小時，就需要借助泵來往上抽了，比如油田上的磕頭機，就是因為油層出油到后期沒壓力了，必須借助磕頭機來往上抽

喇叭口：喇叭口主要出現在給排水專業中，比如吸水喇叭口，入口處的直徑要大于管道直徑，形象點喇叭口形狀類似于大小頭，直徑較小的一端和管道直徑相同。

什么是自噴采油？

油田開發過程中，油井一般都會經歷自噴采油階段。是利用地層自身的能量將原油舉升到井口，再經地面管線流到計量站。自噴采油設備簡單、管理方便、產量高、不需要人工補充能量，可以節省大量的動力設備和維修管理費用，是最簡單、經濟、高效的采油方法。

為了使油井以合理的產量穩定生產，延長油井的自噴期，油井生產系統的各個流動過程要互相銜接、協調工作。油井的生產一般包含三個流動過程：原油從油層到井底的滲流；沿井筒從井底到井口的垂直或傾斜管流；從井口到分離器的地面水平或傾斜管流。大多數自噴井，原油還要通過井口油嘴的節流。所以，自噴井一般包括這四個流動過程。本節討論油井流入動態、氣液混合物在垂直井筒及油嘴中的流動規律;介紹自噴井的井場設備;簡述自噴井系統的協調原理和節點分析方法。

一、油井流入動態原油通過多孔介質從油層到井底的滲流是油井生產系統的第一個流動過程。油井產量與井底流動壓力的關系稱為油井流入動態，相應曲線即為流入動態曲線(Inflow Performance Relationship Curve)，簡稱IPR曲線。就單井而言，IPR曲線反映了油藏的供油能力和工作特性，是確定油井工作方式的依據，也是分析油井動態的基礎。典型的流入動態曲線如圖6-1所示。由圖6-1可以看出：IPR曲線的形狀與油藏的驅動類型有關。

圖 6-1典型的油井IPR曲線

1.采油指數井底流動壓力高于原油泡點壓力時，油藏中流體的流動為單相滲流，油層流體的物性基本上不隨壓力變化，利用第四章的定壓邊界平面徑向流產量公式稍加改變可得：

式中PI——采油指數,m3/(Pa·s);Q——油井產量(地面),m3/s;

——地層平均壓力，Pa;pwf——井底流動壓力，Pa;Ko——油層的有效滲透率，m2;h——油層的有效厚度,m;μo——地層油的粘度,Pa·s;re——油井供油半徑，m;rw——井底半徑，m;S——表皮因子，與油井的完善程度有關。

r。有了采油指數，就可以應用(6-1)式預測不同流壓下的產量，研究油層參數。采油工程的一項重要任務就是在經濟可行的條件下，盡力提高采油指數。酸化可以解除井底附近的表皮傷害；水力壓裂能夠獲得負表皮系數。對于稠油油藏，注蒸汽降低原油粘度也能提高采油指數。當油井含水時，單位生產壓差下的產液量即為采液指數。比采油指數是指單位油層厚度上的采油指數，即每米采油指數，它能更科學地描述油層的生產能力。

2.油氣兩相滲流的流入動態單相滲流時，IPR曲線為直線。當地層壓力低于飽和壓力時，氣、液兩相共存于油藏中，油藏的驅動方式為溶解氣驅，需根據油氣兩相滲流的基本規律來研究油井的流入動態。

由于原油粘度μo、體積系數Bo及有效滲透率Ko與壓力、生產氣油比等很多因素有關，定量關系十分復雜。在油井動態分析和預測中，一般采用簡便實用的近似方法來繪制溶解氣驅油藏的IPR曲線。

1)無因次IPR曲線

r,橫坐標為相應流壓下的產量與最大產量之比qo/qomax時，得到了一簇曲率不同、形狀類似的無因次IPR曲線。圖6-2所示為所得曲線簇的“平均”曲線，代表接近完善井的情況。用公式描述該曲線就得到Vogel方程：

圖6-2溶解氣驅油藏無因次IPR曲線

式中qo——油井產量，m3/s;qomax——井底油壓降至大氣壓時油井最大產量，m3/s。

此方程不涉及油藏及流體的物性參數。已知目前平均地層壓力和一個穩定的測試點，或由兩個穩定的測試點，便可繪出油井的IPR曲線，預測不同流壓下的油井產量,十分簡便。

2)非完善井的Vogel方程為防止底水錐進,未鉆穿整個油層的井屬于打開程度不完善。射孔完井為打開性質不完善。在鉆井或修井過程中,油層受到污染或進行過酸化、壓裂等措施的油井，井壁附近的滲透率會發生變化,改變油井的完善性，從而增加或降低井底附近消耗的壓降，影響油井的流入動態。

油井完善程度可用流動效率FE(Flowing Efficiency)來表示。流動效率定義為同一產量下理想完善井的生產壓差與實際生產壓差之比，即：

——理想完善井的井底流壓；pwf——實際非完善井的井底流壓。

對于擬穩態流動，流動效率與表皮系數的關系可近似表示為：

代替pwf，就可以對0.5≤FE≤1.5范圍內的非完善井進行預測。

二、垂直管流氣、液兩相管流是指游離氣體和液體在管中同時流動。地層流體通過井中的油管、地面油嘴和出油管線的流動是油井生產系統中基本的流動過程。在整個油井生產系統中，大部分能量消耗在克服重力和摩阻上。大多數油井為油、氣、水多相流動，研究其流動規律對于正確分析油井生產動態、合理設計舉升工藝具有重要意義。研究的核心問題是壓力損失及其影響因素。一般把油、水兩種流體視為液相，著重考慮氣、液兩相間的作用。

1.氣、液兩相管流特性參數氣、液兩相流持液率HL(Holp Liquid)是描述兩相流特性的重要參數，表示單位管段容積中液相所占的份額，即過流段面上液相面積AL與總過流面積A之比。持氣率HG(Holp Gas)則是氣相所占面積AG與總過流面積A之比。由于管段內完全充滿氣體和液體，所以：HG+HL=1HL=0表示單相氣流；HL=1表示單相液流；而0<HL<1則為氣液兩相流動。

氣、液混合物密度是兩相流計算的重要參數，它與持液率密切相關：

式中,ρ為流體密度，下標G、L、m分別表示氣相、液相和混合物。

在氣、液兩相上升管流中，由于氣相比液相輕，氣相的運動速度會高于液相。由于兩相間物性差異所引起的氣相超越液相流動的現象稱為滑脫現象(Slipage Effect)。滑脫速度vS是描述兩相流特性的主要參數，等于氣相真實速度vG與液相真實速度vL之差。由于真實速度很難測定，因此引入氣相表觀速度vSG和液相表觀速度vSL。氣相表觀速度等于氣體體積流量與管子截面積之比；液相表觀速度等于液體體積流量與管子截面積之比。即假想管內截面A只被兩相混合物中的某一相單獨占據。

單相流中只有一種流體，其表觀速度即為真實速度；兩相流的氣相或液相表觀速度必然小于其真實速度。混合物速度vm表示混合物總體積流量與流通截面積之比。根據表觀速度的定義可知混合物速度等于氣相表觀速度與液相表觀速度之和。混合物速度和表觀速度是實際上并不存在的理想速度，使用它們是為了簡化計算。根據真實速度、表觀速度和持液率的關系，可求得滑脫速度：

2.流動狀態原油從井底流至井口，是油井生產的第二個流動過程。氣、液在垂直油管中的分布形態稱為兩相流的流動型態(Flow Patterns)，簡稱流態或流型。在各種流態下，氣液混合物的流動規律不同。按流動結構流態可分為以下幾種，如圖6-3所示。

圖6-3氣液兩相垂直管流典型流態

(1)泡流(Bubble Flow)：壓力降到原油飽和壓力時，溶解氣開始分離出來。小氣泡分散于連續的液相中，含氣量較低，混合物的平均流速較低。氣泡的上升速度大于液體流速，滑脫現象比較嚴重。氣體對混合物密度影響大，對摩阻的影響小。

(2)段塞流(Slug Flow)：隨著混合物沿井筒向上流動，壓力逐漸降低，氣體不斷增加和膨脹。小氣泡相互碰撞、聚合而形成的大氣泡幾乎占據了管子截面，形成一段液、一段氣的流動結構。夾雜著小氣泡的液體段塞仍為連續相。氣體段塞是分散相，其內攜帶著液滴。形似炮彈的大氣泡就像一個個破漏的活塞舉升著液體。氣相、液相間的相對運動小于泡流，滑脫損失小。段塞流是兩相流中舉升效率最高的流型。

(3)過渡流(Transition Flow)：過渡流是液相從連續相到分散相、氣相從分散相到連續相的過渡狀態。氣體在向上流動的過程中連續舉升液體，部分下落、聚集的液體重新被氣體舉升。這種混雜的、振蕩的、界限不清的流體運動便是過渡流的特征，故過渡流也稱為攪動流。

(4)環霧流(Annular-mist Flow)：當氣量更大時，氣泡匯聚成氣柱在油管中心流動，液相被擠到周圍，成為沿管壁流動的液環。伴隨著氣體的流出，夾帶其中的小液滴也流出井口。

三、嘴流動態大部分自噴井和氣舉井都需要在井口安裝節流裝置，以便控制井口油壓和注氣壓力，從而限制和穩定油井的產量或注氣量，防止底水錐進和地層出砂。

節流部件種類很多，包括井口固定式油嘴、針型閥,井下油嘴、安全閥及氣舉閥等。當流體通過這些流通截面突縮的部件時，其流動規律可概括為嘴流。節流壓力損失部分轉化為速度，部分消耗于不可逆的渦流損失。

1.單相氣體嘴流氣體通過圓形孔眼的流動如圖6-4所示。若上游壓力p1一定，氣體流量將隨下游壓力p2的降低而增大。當p2達到某定值時，流量達到最大，稱為臨界流量。進一步降低p2，流量將不再增加,此時氣體的速度達到壓力波在流體介質中的傳播速度(即聲速),這時氣體的流動稱為臨界流動(Choke Critical Flow)。在臨界流動狀態下，油嘴下游的壓力變化不影響氣體的流量。氣體的流量與油嘴上、下游壓力比的關系如圖6-5所示。

圖 6-4嘴流示意圖

圖6-5不同嘴徑的嘴流特性天然氣的臨界壓力比(p2/p1)c為0.546。當油嘴下游與上游的壓力比小于該臨界壓力比時，就達到了臨界流動狀態，否則為亞臨界流動狀態。也就是說，當油壓p1達到地面回壓p2的兩倍時，氣體通過油嘴的流動就可達到臨界流動狀態。

2.氣、液兩相嘴流由于氣、液兩相嘴流比單相嘴流復雜得多，一般用經驗公式描述。在臨界流動條件下，氣液比、油嘴直徑一定時，油嘴流量取決于油壓。流量與油壓的關系可描述成過原點的直線。收集與分析油嘴的相關資料，可得出適合本油區實際情況的計算公式。

當油氣以臨界流量通過油嘴生產時，嘴流動態曲線只受油嘴尺寸控制，下游壓力的變化不會造成油井產量的波動,排除了自噴井的第四個流動過程(井口到分離器的地面流動)對油井的干擾。因此，油嘴的作用有兩個：一是控制油井產量；二是將地面管流分隔開來，防止其壓力波動影響油井的穩定生產。

四、自噴井設備及管理1.自噴井設備為使自噴井保持正常、穩定的生產，必須在井口安裝控制油氣產量的部件及油氣集輸設備。最簡單的井口流程是采油樹(Christmas Tree)和油氣輸送管線及設備。

1)自噴井的井口裝置自噴井的井口裝置一般由套管頭、油管頭和采油樹組成，如圖6-6所示。套管頭在整個井口裝置的下部，用于連接井內各層套管，密封套管間的環形空間。油管頭裝在套管頭的上面，它包括油管懸掛器和套管四通。油管懸掛器用于懸掛井內油管柱，密封油管與套管的環形空間。套管四通用于正、反循環壓井，觀察套管壓力以及通過油、套環形空間進行各項作業。

圖6-6井口裝置

油管是下入套管中的無縫鋼管，是地下原油上升到地面的通道。它比套管采油利用地層能量更合理，利于延長油井的自噴期。

采油樹引導從井中噴出的油氣進入出油管線，控制和調節油井的生產。因其樹狀的外形得名。采油樹通常由總閘門、生產閘門、清蠟閘門、壓力表、油嘴等部件組成。

總閘門裝在油管頭的上面，是控制油氣流入采油樹的主要通道。正常生產時處于常開狀態，只有在長期停產或其他特殊情況下才關閉。

生產閘門安裝在油管四通或三通的側面，用于控制油氣流向出油管線。正常生產時處于常開狀態，在檢查、更換油嘴或油井停產時才關閉。

清蠟閘門裝在采油樹的上端，其上可連接清蠟防噴管。正常生產時關閉，清蠟時打開。

油嘴是控制和調整自噴井合理工作制度的主要裝置。一般安裝在采油樹一側的油嘴套內，也可裝在井下或計量站內的分離器之前。油嘴是中心帶孔、外面有螺紋的鋼材或陶瓷圓柱體。油嘴孔眼直徑根據油井產量選用，一般為1.5～20mm。

采油樹型號很多，需根據油井的產量和壓力選用。

2)計量分離器計量分離器是分離和計量油氣的裝置,能控制井口出油管線的回壓，也可憋壓后利用天然氣清掃管線。

當高壓油氣混合物沿切線方向進入分離器上部時，因容積突然增大，壓力降低，油中的溶解氣會陸續分離出來，并借助于密度差形成重力分異。油受離心力的作用沿分離器內壁作回旋運動時，低密度的氣體在中心向上旋轉流動，經兩層分離傘除去夾帶的油滴后，從頂部出氣口排出。高密度的油被甩向筒壁，沿內壁旋流向下。散油帽使液流分散開來并降低其流速，以利于天然氣的進一步分離。分離出的油和氣經計量后，重新混合送入集輸干線或轉油站。油中所含的水、砂等污物，因密度大于油而沉降到底部，可定期清除。

礦場上常用的分離器有φ800mm、φ600mm、φ400mm(φ表示分離器直徑)。

3)水套加熱爐水套加熱爐是井口保溫及原油加熱設備,有水管式和火管式，油田上常用火管式。主要配件包括水套、火管、火嘴、加熱油盤管、加水包、安全閥及氣壓表等。正常工作時，水套內的水占其容積的1/2～2/3。天然氣從火嘴噴入、在火管內燃燒。燒熱的水及蒸汽加熱盤管里的原油使其降粘。所供熱量還可沿管線循環加熱井口設備和值班室。

4)封隔器封隔器是實施采油工藝技術的重要井下工具，作用是將油層分隔開。配合其他井下工具可以實現分層采油、分層注水、分層測試、分層改造及分層管理等。封隔器的種類很多，按工作原理目前劃分為8種類型。

5)安全閥安全閥用于預防分離器、水套加熱爐等壓力過高而發生跑油或爆炸事故。其種類很多，礦場常用單彈簧微啟式安全閥。當設備內的壓力大于安全值時，氣體壓縮彈簧，推動閥球離開閥座，排出氣體，從而降低壓力,同時發出尖叫聲，便于值班員及時發現和處理。

2.自噴井的管理自噴井管理包括管好采油壓差、取全取準資料、保證油井正常生產。管好采油壓差才能控制地層中油、水的流動和注采平衡，挖掘生產潛力。合理工作制度是指在目前的靜壓下，油井以多大的產量進行生產。這要根據開發條件確定。

正常情況下，采油壓差是通過改換油嘴的大小來控制的。生產過程中，油井結蠟、砂堵、設備故障等，會導致油井不能以設定的壓差進行生產，應該及時解除。

油井生產資料是油井分析、管理和判斷靜態資料可靠性的依據，要取全取準。

自噴井的日常管理包括：錄取油井的油壓、套壓等動態資料；計量油氣產量；井口取樣；保證清蠟、測試等日常生產管理及井下作業的順利進行。

1)量油量油是定時計量每口井產出的原油，是油井管理中的重要環節。通過油井的日產油量了解生產情況，取得第一手動態資料，為油井、油田的動態分析提供可靠的依據。

量油的方法很多，常用玻璃管量油和翻斗量油。玻璃管量油裝置是在分離器側面安裝一支與分離器連通的高壓玻璃管。根據連通器原理，由玻璃管中水柱的上升高度，可算出分離器中油面的上升高度。記錄水柱上升一定高度所需的時間，結合分離器容積，便可算出原油的日產量。玻璃管自動量油是由電極控制、由儀表完成記錄的。

自動翻斗量油裝置中，油氣分離緩沖裝置使原油均勻平穩地流入翻斗，以保證計量準確。翻斗由兩個并聯的三角形斗構成。利用杠桿平衡原理，一斗裝到預定質量便會翻轉排油，同時另—斗開始進油。周而復始，連續計量。計量訊號裝置記錄翻斗翻轉次數，根據翻斗翻轉時的盛油量便可計算出日產油量。裝置內設有液面控制器使液面保持穩定。

2)測氣測氣可掌握油井產氣量和氣油比。放空測氣是在測氣管線上安裝擋板。氣體通過擋板上的小孔時，由于節流作用擋板前后產生壓差。測出此壓差及擋板前的絕對靜壓，就可用公式算出產氣量。該法適用于氣量不大、管線壓力低的井。密閉測氣的基本原理與放空測氣相同，但測試過的氣體返回集輸管線。該法適用于氣量大、管線壓力高的井。波紋管自動測氣中，擋板前后的壓差使波紋管發生形變，帶動了差動線圈內的鐵芯運動，使差動線圈內產生感應電流。由電流與壓差的關系，可推算出產氣量。

3)清蠟和防蠟石蠟溶解在地下原油中。當原油沿井筒上升到一定位置，溫度、壓力降低，蠟會析出，并集結在油管壁上，使流動截面變小甚至堵塞。清蠟就是清除這種堵塞，疏通管道。

機械清蠟是用清蠟絞車帶動刮蠟片反復刮削油管壁，并靠油流把刮下來的蠟帶到地面。清蠟絞車用于纏繞鋼絲，使刮蠟片上、下運動,有手搖式和電動式，常用電動式。

熱油循環清蠟是讓部分脫氣原油經水套爐加熱后從套管重新注入井內。熱油因密度大于井中的混氣油而不斷下沉，并通過循環閥或油管鞋進入油管，與井內的原油混合，加熱使管壁上的蠟熔化，從而達到清蠟的目的。

玻璃油管防蠟是在油井結蠟井段下入玻璃油管。玻璃表面光滑,具有親水憎油性，能防止蠟的結晶顆粒沉積在上面，起到防蠟的作用。

用化學劑對油井進行清蠟和防蠟也是目前應用較廣泛的方法。涂料油管防蠟是在普通油管的內壁附上一層化學涂料，改變油管的內表面性質，使蠟不易沉積在內壁，因此可防止油井結蠟。

3.自噴井的分層開采井筒內沒有任何封隔器和配產器，只有油管的采油稱為籠統采油。對于多油層油井，只用井口油嘴控制全井，難以做到合理生產，而且無法計量各層的產量。

為了緩和層間矛盾，防止層間干擾，調整高、中、低滲透層的采油速度，充分發揮中、低滲透層的生產能力，就需進行分層采油。在井內下封隔器、配產器進行分層配產，使各小層能在合理壓差下生產，可提高采油速度和采收率，從而實現油田的長期高產、穩產。

分層開采包括單管分采與多管分采兩種井下管柱結構。單管分采只在井內下一套油管柱，用單管多級封隔器將各個油層分隔開來。同時在油管上各油層的對應位置安裝配產器，用配產器內的油嘴控制各油層的產量。多管分采是在一口井里下入兩套以上的油管柱，用封隔器將各個油層分隔開來，通過各自的管柱和井口油嘴實現對每層的控制。

五、自噴井的協調生產油井穩定生產時，整個流動系統必然滿足質量守恒和能量守恒，也就是說，自噴井的四個流動過程必須相互銜接、相互協調。

1.油井生產系統油井生產系統是指從油層供給邊界到地面油氣分離器這個統一的水動力學系統。除油層外，各部分都是人工建造的舉升系統，如圖6-7所示。油嘴到分離器之間為地面集油管線。井下油嘴和安全閥都裝在油管柱上。

圖 6-7自噴井生產系統

1—分離器；2—油嘴；3—井口；4—安全閥；5—井下油嘴；6—井底；7—完井段；8—油層非自噴井的舉升管柱還包括深井泵、氣舉閥等人工舉升裝置。油井生產系統的總壓降為油層、完井段、舉升管柱、油嘴以及地面管線的壓降之和。不同油田的地層特性、完井方式、舉升方法及地面集輸工藝差異較大，油井生產系統互不相同。預測系統各組成部分的壓力損失是油井分析的核心內容。

2.節點系統分析節點系統分析(Nodal Systems Analysis)的對象是油井生產系統,基本思想是用節點把油井生產系統隔離成相對獨立的子系統。以壓力和流量的變化關系為線索，把各流動過程有序地聯系起來。確定各因素對系統的影響，尋求優化油井生產系統的途徑。

節點(Node)即位置。對自噴井系統，至少可以確定如圖6-7中所示的8個節點。其他舉升系統還會有不同的節點。普通節點不產生與流量有關的壓降，一般指兩個不同流動過程的銜接點。油嘴及井下安全閥則屬于函數節點(Functional Node)，因為通過它們會產生一定壓降，且壓降的大小為流量的函數，故而得名。

應用時，通常要選擇一個節點將整個系統劃分為流入和流出兩個部分。這個使問題獲得解決的節點稱為求解節點(Solution Node)。分析結果與求解點的位置無關。通常選靠近分析對象的節點作為解節點。靈活的節點位置有利于分析不同因素對產量的影響。

3.井的協調生產常以井底為求解點將油井生產系統隔離成兩部分。流入部分即為油層滲流，用流入動態IPR曲線來描述,反映油層到解節點的供液能力;解節點下游壓力與產量的關系則構成流出曲線,反映從解節點到分離器的排液能力。流入、流出曲線的交點對應給定條件下油井生產系統的產量及其井底流壓。解節點的上、下游能夠協調工作，因此該交點稱為油井生產協調點。對應的產量就是油井的自噴產量，如圖6-8(a)所示。

圖 6-8井底為求解點選取井底為求解點，可預測地層壓力降低后，井底壓力及其產量的變化。當油層壓力降到一定程度時流入、流出兩條曲線無交點，如圖6-8(b)所示。表明在給定條件下，油層的供液能力小于油井的排液能力，不能協調生產，油井停噴。因此，可預測地層的停噴壓力。欲使油井以產量q生產，需要進行機械采油。兩曲線間的壓差Δp就是必須人工補充的能量。

圖6-8(c)中的兩條曲線存在兩個交點。理論分析和生產實踐都能證明：較低產量的交點不穩定。壓力波動會使油井停噴或者移向右邊的交點A，此點才是穩定的協調工作點。

r-pwf表示油層滲流壓降,pwf-pwh表示井筒的舉升壓降。圖6-10分別繪制了不同直徑油嘴的嘴流曲線，它們與油管工作曲線B的交點就是各油嘴的協調點。由圖可確定指定產量所需的油嘴直徑。運用協調方法還可以進行參數的敏感性分析，選擇最佳油管尺寸，實現油井系統的優化生產。

圖 6-9自噴井流動過程的協調關系

圖 6-10不同油嘴直徑的油井產量

什么是氣舉采油？

氣舉采油技術已有一百多年的歷史。國外主要產油國，氣舉采油占人工舉升采油的15%，氣舉采油的產液量占機采總量的30%，為第二大人工舉升方式。我國中原、塔里木、吐哈、大慶、遼河、四川、南海東部等油氣田相繼采用了氣舉采油方法，已初步形成一定的氣舉采油生產規模。氣舉采油設計正在向計算機自動化發展，工藝逐步配套，效率不斷提高。

氣舉采油(Gas Lift)是從地面將高壓氣體注入油井中，降低油管內氣、液混合物的密度，從而降低井底流壓的一種機械采油方法。利用氣體的膨脹能舉升井筒中液體，使停噴、間噴或自噴能力差的油井恢復生產或增強生產能力。

氣舉井與自噴井有許多相似之處，其井筒流動規律基本相同。自噴井依靠油層本身的能量生產，而氣舉井的主要能量來自于高壓氣體。油管下到油層中部，沉沒度最大，可獲得最高的油管工作效率。即使將來油層壓力下降，也能保持較好的氣舉油效果。

氣舉采油的優點很多，如排液量范圍大、舉升深度大、井下無機械磨損件、操作管理方便等。對含砂、結蠟、結垢以及含腐蝕性介質的油井優勢明顯。也可用于油井誘噴、排液、氣井排水采氣及小井眼的采油等。特別適用于有高壓氣源可供利用的油井。深井、高氣油比一和復雜結構油井的生產費用明顯低于其他人工舉升方式。

氣舉方式分為連續氣舉和間歇氣舉。可根據產液量或產液指數、井底壓力、舉升高度、氣液比等做出選擇。

一、氣舉系統多數氣舉系統設計成氣體可重復循環的流程。從油中分離出來的低壓天然氣經壓縮機增壓，重新注入油井以舉升液體。少數井可以直接利用高壓氣井的氣源。

圖6-11所示的循環系統適于連續氣舉。為保證間歇氣舉的瞬時注氣，可增加儲氣罐，僅利用管線的貯氣能力難以操作和調節。氣舉系統一般由壓氣站、地面配氣站、單井生產系統和地面生產系統構成。在此只討論單井生產系統，地面生產系統與其他舉升方式基本相同。

圖6-11氣舉系統示意圖

1.壓氣站壓氣站主要包括進氣處理裝置和壓縮機組，后者是核心。常用天然氣作為氣舉的工作介質，有時也用氮氣或燃燒過的空氣。工作介質的質量會直接影響壓縮機的效率和壽命。壓氣站多選用往復式壓縮機。

2.配氣站配氣站的作用是按一定的壓力和流量，給各氣舉井分配高壓氣體。連續氣舉可在配氣站按需分配氣量,也可用井口節流裝置的孔徑來控制單井的注氣量;對于間歇氣舉，必須增加精心設計的配注開關系統。在配氣站或井口一般采用雙筆記錄儀，連續記錄各氣舉井的油壓、套壓變化，以便及時了解單井工況。

3.氣舉采油井氣舉采油井有兩條通道,一條是油、套管環形空間，壓縮氣體的進入通道；另一條是油管，油氣混合物的產出通道。兩條通道的作用可以互換。油、套管環形空間和油管構成U型管。到達井口的高壓氣體的壓力是氣舉井生產的地面注氣壓力。在井口可以安裝氣嘴，以便將來氣壓力降到井口所需的注氣壓力。

4.氣舉管柱結構常用的單管氣舉管柱結構有開式、半閉式和閉式三種。

1)開式管柱油管管柱不帶封隔器，氣體能從油管底部進入油管,如圖6-12(a)所示。地面注氣壓力波動會引起環空液面升降。每次關井后，必須重新卸載。一般不宜采用此種管柱結構。

圖 6-12氣舉井管柱結構

2)半閉式管柱單封隔器完井，能阻止注入氣體從油管底部進入油管。油井一旦卸載，流體就無法回到油、套環形空間(環空)。這種結構既適用于連續氣舉也適用于間歇氣舉，如圖6-12(b)所示。

3)閉式管柱單封隔器及固定閥完井。以半閉式裝置為基礎，在油管柱末端加裝單流閥。避免了開式結構的種種弊端，使高壓氣體和井筒液體不能進入地層，如圖6-12(c)所示。

二、連續氣舉連續氣舉(Continuous Gas Lift)是最常用的氣舉采油方式。可以看作是自噴井生產的一種變型。在氣舉過程中，高壓氣體連續地從油、套環形空間注入，通過裝在油管上的氣舉閥進入油管，并與油井產出的流體混合，降低混合液的密度，從而降低井底流壓，將井筒流體連續舉升到地面,同時地層連續、穩定地生產。連續氣舉也可以采用油管注氣，環空產出混氣液的方式。氣舉設備(Gas Lift Equipment)主要包括壓縮機、配氣管匯、注入管柱、氣舉閥及相關的計量控制設備等。

連續氣舉的顯著特點是：能夠充分利用注入氣和地層產出氣的膨脹能量；注氣量和產液量相對穩定；排液量大。對于2000m深的油井，連續氣舉的經濟產量一般大于30m3/d。

三、啟動壓力和工作壓力油井停產后，井筒積液不斷增加。油管和套管內的液面最終會上升到一定位置并穩定下來，這時的液面叫靜液面(Static Liquid Level)。油井穩定生產時的環空液面叫動液面(Procing Fluid Level)。

當壓縮機向油、套環形空間注入高壓氣體時，環空液面將被擠壓下降。根據U形管原理，環空中的液體將被擠入油管，使油管內液面上升。不斷提高壓縮機壓力，環空液面最終會降到油管鞋處，此時對應的井口注入壓力稱為啟動壓力。啟動壓力是使環空液面下降到油管鞋處，壓縮機需提供的最大壓力。高壓氣體進入油管后，混氣液密度降低，液面不斷升高直至噴出地面。不斷注入高壓氣體，井底流壓會持續降低。當其低于油層壓力時，油層中的流體會流到井中，致使油管內的混氣液密度有所增加，壓縮機的注入壓力也隨之增加。經過一段時間后趨于穩定，最后達到一個協調、穩定的工作狀態。油井達到穩定氣舉生產所對應的壓縮機壓力稱為工作壓力。

在上述過程中，壓縮機的壓力變化如圖6-13所示。pe為啟動壓力，是氣舉過程中最大的井口注入壓力。po為氣舉生產趨于穩定時的井口注入壓力，即工作壓力。啟動壓力與油管下入深度、直徑以及靜液面位置有關。在中、深油井中，如果油管下入較深，地面壓縮機將需要很高的輸出壓力才能將氣體經油管鞋注入油管，使油井投入正常生產。當靜液面深度一定時，降低油管下入深度可降低啟動壓力。但是，當降到一定程度時，油井將無法正常生產。氣舉井的啟動壓力有兩個極端值。

圖6-13壓縮機壓力變化曲線

(1)靜液面很高，靠近井口。環形空間的液面還沒有被擠到油管鞋，油管內的液面已溢出井口。此時，啟動壓力最大，就等于整個油管長度上的液柱壓力：

最大啟動壓力，Pa；L——油管長度，m；ρL——液體密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2。

(2)當油層的滲透性較好，而且被擠壓的液面下降很緩慢時，從環形空間擠出的液體部分被油層吸收。在極端情況下，液體全部被油層吸收。當高壓氣到達油管鞋時，油管中的液面幾乎沒有升高。這種情況下，啟動壓力最低，由油管的沉沒深度確定,即：

式中p″e——最小啟動壓力，Pa；h′——沉沒度，m。

沉沒度是油管沉沒在動液面以下的深度，即油管鞋到動液面的距離。

e和p″e之間。

由圖6-13可以看出,啟動壓力pe明顯高于工作壓力po。如果壓縮機的額定輸出壓力小于啟動壓力，就無法把環空中的液體壓入油管，氣體不能進入油管就無法實現氣舉。要想實現氣舉，需大功率的壓縮機來保證氣舉的啟動。但正常生產時又不需要這么大的功率，勢必造成壓縮機功率的浪費，并增加了投入成本。為了在低成本下實現氣舉，必須降低啟動壓力,有效的方法是安裝氣舉閥(Gas Lift Valve)。

四、氣舉卸載過程氣舉井的啟動過程實際上是降低井內流體載荷的過程。因此，也稱為卸載過程。

理論上講，氣舉深度可以從井口到井底。然而，高壓氣井或壓縮機組提供的注氣壓力有限，使氣舉深度受到限制。為此，必須用卸載閥逐級卸載，降低液面和氣舉的啟動壓力，降低井底流壓，增加地層的產出量。卸載是大多數氣舉井生產的前提。無論是連續氣舉，還是間歇氣舉，卸載都是必經的工藝過程。在各類氣舉裝置中，氣舉閥都是多只串聯下入井中，自上而下工作，保證舉升井在最短時間內完成逐段卸載。油管鞋以上20m處可預先設置一個底閥作備用，以適應地層壓力下降引起的舉升深度增加。

氣舉管柱下井時，所有氣舉閥處于打開狀態。注入環空的高壓氣體將環空流體通過所有的氣舉閥壓入油管；隨后，高壓氣通過露出的第一個氣舉閥進入油管，進行卸載；第二個氣舉閥露出后，第一個氣舉閥關閉，注入氣從第二個氣舉閥進入油管繼續卸載；第三個氣舉閥露出后，第二個氣舉閥也關閉，注入氣經第三個氣舉閥進入油管，卸載繼續進行。高壓氣體持續下壓環空液面，直至排液能力達到設計的生產能力，卸載成功。此時進氣的氣舉閥就是正常氣舉生產的工作閥。底閥暫不露出液面。

五、氣舉閥原始的氣舉工藝只是按照計算深度在油管上開一些小孔。注入的高壓氣體通過小孔進入油管，降低油管內的混合液密度，排出其上油管中的液體。當油管內的壓力下降到設定值時，需要關閉該孔，以便于高壓氣體集中進入第二個孔。氣舉閥應運而生，它就是可以根據需要能夠關閉的智能閥孔。其作用就是使高壓氣體中途進入油管，排出該氣舉閥之上的液體，從而降低啟動壓力。氣舉閥關系到氣舉井能否正常生產。氣舉閥的發明、充氣波紋管氣舉閥的問世，給氣舉工藝帶來了革命性的飛躍。

1.氣舉閥的作用氣舉閥的作用主要有以下幾點：

(1)在油管柱上形成可開關的注氣通道。

(2)降低啟動壓力,用較小的壓縮機把井內液面降至注氣點處，啟動氣舉,并以正常生產所需的注氣壓力按預期的產量進行開采。

(3)靈活改變注氣深度，以適應地層供液能力的變化；(4)改變舉升深度，增大油井生產壓差，清潔油層，解除污染。

(5)間歇氣舉的氣舉閥可以防止過高的注氣壓力對下一個注氣周期產生影響。控制每個周期的注氣量。

(6)單流氣舉閥可以阻止井液從油管向環空倒流。

2.氣舉閥的結構最常用的是充氣波紋管氣舉閥，它由充氣波紋管、閥桿、閥球和閥孔等構成。在波紋管內預先充入氮氣構成加載單元，起到類似于彈簧的加載作用。如圖6-14所示，由于波紋管的承壓面積Ab大于閥孔的截面積Av作用于Ab上的壓力就是氣舉閥的控制壓力。因此，(a)圖所示為氣壓(即奎壓)控制氣舉閥；(b)圖為液壓(即油壓)控制氣舉閥。因充氣壓力隨環境溫度而變化，氣舉閥下井前要以井溫為準調試波紋管腔室的充氮壓力。

圖6-14充氣波紋管氣舉閥六、間歇氣舉間歇氣舉(Intermittent Gas Lift)是指將高壓氣體間歇地注入井內，使井內的液體周期性地噴出井口的采油方式。間歇氣舉能建立更低的井底流壓，但需要的瞬時注氣量更大。對于低壓地層、中低產量階段，間歇氣舉在經濟成本和靈活性方面，優于其他人工舉升方式。

間歇氣舉有常規間歇氣舉、柱塞氣舉、腔室氣舉、球塞氣舉等多種形式,前兩種最為常用。間歇氣舉僅適用于油管氣舉，普遍選用半閉式或閉式氣舉裝置。間歇氣舉大多使用液壓控制氣舉閥，要求工作閥具有大孔徑注氣通道，并且能迅速打開，以便有效地將液體段塞頂替到地面上來。同時，最大限度地降低注入氣的竄流量和液體的回落量。

1.常規間歇氣舉常規間歇氣舉是連續氣舉的一種變型，將連續注氣改為間歇注氣。因此，連續氣舉的卸載、設計等都可用于常規間歇氣舉。當連續氣舉不能順利實施卸載時，可以用常規間歇氣舉提高瞬時注氣量，卸載后再用連續氣舉方式進行生產。在氣舉開采中后期，為了節省氣源或增加排液深度，也常常把連續氣舉改為常規間歇氣舉。常規間歇氣舉可以作為強化排液的手段。

從地面上調節注氣壓力，只有當工作閥之上聚積了足夠高度的液柱時，工作閥才能被打開，使氣體進入油管而舉升液體。一個注氣周期可分為四個階段。

1)液體在油管中上升在這個階段，來自供氣管線的氣體經地面控制器進入環空，再通過工作閥進入油管內，推動液體段塞向上運動。同時，流體繼續從地層流入井底。上升過程中，由于注入氣的滑脫竄入及充氣尾端回落，液體段塞的長度逐漸減小。當液體段塞頂部到達地面時，這個階段結束。

2)液柱產出液體不斷上升，部分液柱從井口產出。加上氣體的竄入和液體回落，油管中液體段塞的長度急劇縮短，流速變得很大。當氣體前沿到達井口時，這個階段結束。只有在最短的時間內把整個液體段塞舉升到地面，才可獲得良好的經濟效果,因此工作閥必須是快速打開型的，使氣體能夠高速通過工作閥的整個截面。前兩個生產階段，液體的速度不應降低。

3)夾帶液的產出當氣泡突破液體到達地面時，該階段開始。液體段塞的產出減小了液柱壓力和系統阻力，導致氣體流速迅速增加。高速氣流的沖刷使液膜破碎成液滴，大量液滴伴隨氣流被帶出井口。這個階段持續到油管內的氣體停止流動。

4)液柱再生未產出的液滴、管壁上的液膜回落到油管底部與油層產出的液體匯合。再次把氣體注入環形空間，壓力達到預定值時，打開快速開啟型工作閥，開始下一個新的循環周期。

在間歇氣舉的四個階段中，只要井底流動壓差存在，地層流體就不斷流向井底。

2.柱塞氣舉通過對常規間歇氣舉的管流特征及工況分析發現,氣體竄流和液體回落對氣舉效率的影響極大。柱塞氣舉就是在油管中增加一個活動柱塞，形成氣、液間的固體界面，阻止或減少液體回落和氣體竄流。柱塞氣舉能夠降低氣體注入量，增加每周期的產液量，提高舉升效率。而且，柱塞周而復始的往復運動還能防止結蠟、結垢。柱塞氣舉是常規間歇氣舉的一種變型。

柱塞是柱塞氣舉的心臟部件，其結構和材料對舉升效果影響極大。柱塞有許多類型，不同柱塞的液體回落量不盡相同。理想的柱塞應包括以下三方面的特性：

(1)柱塞要有良好的耐磨性、抗震性和在油管內的防卡性；(2)在上行過程中，柱塞與油管間要有良好的密封性能；(3)在下落過程中，柱塞能迅速通過氣體或液體下降，下降阻力小。

不同的井能量不同，同一口井在不同時期能量也不一樣。根據地層能量大小可將柱塞氣舉分為普通柱塞氣舉和注氣柱塞氣舉。當地層氣液比達到最佳時，井剛好能在最佳條件下運行。當地層氣液比大于最低氣液比時，利用地層能量就能進行柱塞氣舉，即普通柱塞氣舉。普通柱塞氣舉是自噴的延伸,每個循環周期分為三個階段：柱塞上行，柱塞下落和壓力恢復。

當地層氣液比小于最低氣液比時，僅僅依靠地層的能量是不能實現柱塞氣舉的。需要補充注氣的柱塞氣舉稱為注氣柱塞氣舉。根據其運行條件和柱塞的動態特征，每個循環劃分為四個不同的階段：柱塞上行、液體段塞產出、氣體放噴和段塞再生(氣體壓力恢復)，與常規間歇氣舉的各階段一一對應。

海上石油是如何開采的?

海上油氣開發 海上油氣開發與陸地上的沒有很大的不同,只是建造采油平臺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,準確選定平臺位置和建設規模.避免由于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.海上油田的采油量已達到世界總采油量的20％左右.形成了整套的海上開采和集輸的專用設備和技術.平臺的建設已經可以抗風、浪、冰流及地震等各種災害,油、氣田開采的水深已經超過200米.

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準煤高50％）、運輸儲存方便、燃燒后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、冶金工業和建筑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年占45％,預計到21世紀初,這種情況不會有大的改變.石油制品還廣泛地用作各種機械的潤滑劑.瀝青是公路和建筑的重要材料.石油化工產品廣泛地用于農業、輕工業、紡織工業以及醫藥衛生等部門,如合成纖維、塑料、合成橡膠制品,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 油氣在地殼中生成后,呈分散狀態存在于生油氣層中,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 貯存油氣并能允許油氣流在其中通過的有儲集空間的巖層.儲層中的空間,有巖石碎屑間的孔隙,巖石裂縫中的裂隙,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,洞隙往往與古巖溶有關.空隙的大小、分布和連通情況,影響油氣的流動,決定著油氣開采的特征（見石油開發地質）.

油氣驅動方式 在開采石油的過程中,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巖石的彈性膨脹作用；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,則需采取人工舉升措施,把油流驅出地面（見自噴采油法,人工舉升采油法）.

石油開采的特點 與一般的固體礦藏相比,有三個顯著特點：①開采的對象在整個開采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,油氣田開采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后才能認識到,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,要鉆一定數量的探邊井,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）；要鉆一定數量的評價井來了解油氣層的性質（一般都要取巖心）,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,以得出對于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,經過分離脫水處理后,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,把鉆過的巖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,確定應采取的技術措施（見工程測井,生產測井,飽和度測井）.

采油工程 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,或因鉆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（見采油方法,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.石油的采收率平均只有15～20％,鉆井深度不大,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形成了作為鉆井工程理論基礎的巖石力學；②基本確立了油藏物理和滲流力學體系,普遍采用人工增補油藏能量的注水開采技術.在蘇聯廣泛采用了早期注水保持地層壓力的技術,使石油的最終采收率從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鉆4500米以上的超深井的鉆井技術.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于油、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,在不同開發階段能采取更為有效的措施；③對油氣藏內部在采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,并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采收率的新技術；④以噴射鉆井和平衡鉆井為基礎的優化鉆井技術迅速發展.鉆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,使鉆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,特別是致密氣藏,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,并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采石油的油井.早期油井很淺,用吊桶汲取.后來井深增加,采油方法逐漸復雜,分為自噴采油法和人工舉升采油法兩類,后者有氣舉采油法和泵抽采油法（又稱深井泵采油法）兩種.

自噴采油法： 當油藏壓力高于井內流體柱的壓力,油藏中的石油通過油管和采油樹自行舉升至井外的采油方法.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,其能量主要消耗于重力和摩擦力.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.

為使井口密封并便于修井和更換損壞的部件,自噴井井口裝有專門的采油裝置,稱采油樹（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,是一種比較理想的采油方法.很多油田都采取早期注水、注氣（見注水開采）保持油藏壓力的措施,延長油井的自噴期.

人工舉升采油法： 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,需采取人工舉升法采油（又稱機械采油）,是油田開采的主要方式,特別在油田開發后期,有泵抽采油法和氣舉采油法兩種.

氣舉采油法： 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于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,采用從套管環隙注氣、油管出油的方式.氣舉采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.在井下常需安裝特制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.

氣舉采油法：

氣舉井中產出的油、氣經分離后,氣體集中到礦場壓縮機站,經過壓縮送回井口.對于某些低產油井,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；只適用于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,便不宜采用；效率較低.

泵抽采油法： 人工舉升采油法的一種（見人工舉升采油法）.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）,其排油量取決于泵徑和泵的沖程、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）.

泵抽采油法 泵抽采油法

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后一種（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征,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.

泵抽采油法

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.各種材質制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征,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,適用于中、低產量的井.目前世界上有85％以上的油井用機械采油法生產,其中絕大部分用有桿泵.

無桿泵 適用于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,由于機泵組是在套管內使用,機泵的直徑受到限制,所以采取細長的形狀（圖3）.為防止井下流體(特別是水)進入電樞使電機失效,需采取特殊的密封裝置,并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,揚程決定于泵的級數,二者都取決于電動機的功率.電動潛油泵適用于中、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,可用于斜井.建井較簡單,管理方便,免修期較長,泵效率在60％左右；但不適用于高含氣的井和帶腐蝕性流體的井,下井后泵的排量不能調節,機泵組成本較高,起下作業和檢修都比較復雜.

泵抽采油法

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,并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,適用于深井、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.

泵抽采油法

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,不高于30～35％,造成的生產壓差太小,只適用于高壓高產井.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.

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