(已结束)安控数字化油田擂台第二期-采油方式及监控数据？ 点击：8845 | 回复：62
讨论主题：油田数字化建设中，由于抽油机井口数量巨大，建设需要大量的人力、物力，请你谈谈原油开采的几种主要方式？每种方式日常需要重点监控的生产参数？
要求：最好结合自己实际工作。
参与方式：采取跟帖的方式参与。
评奖规则：由活动组织者评奖，并进行公开公布告示。
活动结贴：每周为1期，由安控数字化论坛擂台版主选定议题，半个月后（隔一期）擂台版主从所有参与讨论的网友中选出6个优胜者。
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一等奖1名：奖200MP（相当于200人民币），
二等奖5名，奖工控精美礼物一个（工控点点、工控T恤、工控徽章、工控工具四者任选一个，相当于65人民币）。
活动发奖：MP评奖后一周内发放，精美礼物每月发放一次，统一在月初寄送。
北京安控科技股份有限公司（简称“安控科技”），是专业从事工业级RTU产品研发、生产、销售和系统集成业务的高新技术企业。基于RTU技术在油气、环境在线监测行业开发出多款专业化经典产品，产品广泛应用于石油天然气的开采、处理、管输、储配等各个环节以及环境在线监测、城市燃气、供水供热等管网监控领域，并已远销美国、加拿大、墨西哥、土耳其、哈萨克斯坦、土库曼斯坦、伊拉克、伊朗、韩国、泰国、马来西亚等国家。安控科技严格执行ISO9000质量管理体系、建立了先进的生产和检测平台，并获得了多项国际认证（如UL 、CE、EMC四级认证等），产品品质达到国际先进水平。
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原油开采的几种主要方式主要从常规开采工艺和非常规开采方式来详细分类阐述！
一、常规采油方式
1. 注水开采法
在注水开发油藏中,因注入水沿高孔隙度、高渗透带、大孔喉或裂缝窜流而使基质、低孔隙度、低渗透带中的油气采出程度低,甚至采不出而成为剩余油,因此要加大采出剩余油的力度 。
注水吞吐采油是将水注入产层,注入水优先充满高孔隙度、高渗透带、大孔喉或裂缝等有利部位,关井后,在毛细管力作用下,使注入水与中、小孔喉或基质中的油气产生置换,导致产层中的油水重新分布,然后开井降压,使被置换至高孔隙度、高渗透带、大孔喉或裂缝中的油气随部分注入水一起采出。因此,注水吞吐采出的油量与岩石物性、润湿性、界面张力、油水黏度和关井时间紧密相关。
注水吞吐采油对不同润湿性油藏都有效,亲水性越强,则越有利于注水吞吐采油。可以预见,储层条件相同,并具有相同的剩余可采储量,只要改变注入水性质,延长关井时间,亲油储层不但可以实施注水吞吐,而且仍可采出较多石油。如果加入表面活性剂和防粘土膨胀剂可降低油水界面张力,使岩石向亲水方向转化,并保护了储层,可进一步提高采收率[3 ] 。
多年实践证明,水质的好坏直接关系到油田的开发效果及整体效益。因此,含油污水的处理至关重要。尽管各油田采出水水质各异,但一般都具有“四高”特点,即含油量高、悬浮物含量高、矿化度高和腐蚀性高。含油污水的“四高”特点和油田注水对
水质的特殊要求,决定了含油污水处理的高难度和高投入。另外在污水处理方面存在一定的难度,这是注水采油一个难以解决的问题。
2 、注气采油法
注气法主要有注二氧化碳、氮气驱、烟道气及混合气等。从技术可行性考虑,一般适用于注气开发的油藏具有以下特点: (1) 储层泥质含量过高,注水开发易引起水敏的油藏; (2) 油层束缚水饱和度高,注水效果不好的油藏; (3) 一般稠油油藏; (4) 裂缝不
发育,不易引起气窜的均质油藏; (5) 薄油层 。
2. 1 二氧化碳驱机理
由于二氧化碳在油中的溶解度大,在一定的温度及压力下,当原油与CO2 接触时,原油体积增加,黏度降低。CO2 在原油中的溶解还可以降低界面张力及形成酸性乳化液。CO2 在原油中的溶解度随压力的增加而增加,当压力降低时,饱和了CO2的原油中的CO2 就会溢出,形成溶解气驱[7 ] 。与二氧化碳相关的另一个开采机理是由CO2 形成的自由气饱和度可以部分代替油藏中的残余油。
2. 2 氮气驱机理
利用注氮气采油主要是因为以下几个原因: (1)氮气具有比较好的膨胀性,使其具有良好的驱替、气举和助排等作用,可以保持油气藏流体的压力; (2)氮气可以进入水不能进入的低渗透段,可降低渗透带处于束缚状态的原油驱替成为可流动的原油; (3)氮气被注入油层后,可在油层中形成束缚气饱和度,从而使含水饱和度及水相渗透率降低,在一定程度上提高后续水驱的波及面积; (4) 氮气不溶于水,微溶于油,能够形成微气泡,与油水形成乳状液,降低原油黏度,提高采收率。
不同油藏可采用不同的注气方式,表1 、表2 列出了几种注气方式的参考标准 。
气驱更适用于稠油油藏、低渗透油藏、凝析气藏和陡构造油藏。
3 蒸汽吞吐
蒸汽吞吐采油是一种单井作业,在一口井中注入一定量的蒸汽,随后关井,让蒸汽与油藏岩石进行热交换,然后再开井采油。此过程可循环往复进行,又称循环注蒸汽工艺。在周期性注蒸汽采油过程中,其增产机理是多种多样的,主要的有如下几种: (1) 升高油层温度,降低原油黏度; (2) 在注入和吐出的过程中,清除了井筒油层射孔段附近的堵塞,改善了油流的渗流条件,增加流体的流动性; (3) 气体的膨胀能驱动原油,降低界面张力,减小水相的相对渗透率; (4) 减少残余油饱和度; ( 5) 改善波及率; ( 6) 提高地层油体积系数。
一般作为蒸汽驱的先导。这种方式并没有连续不断的增加油藏的能量,而是依靠注入油藏的热能降低原油黏度。从油藏中驱油入井的动力主要仍来自油藏原有的能量,这同时加速了天然弹性能量的利用,并不能补充驱替能量,而且是单井注入蒸汽开采出原油,基本上不产生井间驱替作用。因而随着循环周期的增加,油层压力的衰减,油藏能量的逐步消耗,产量将大幅度递减,最终结束有效开发期。在蒸汽吞吐开采之后,油井间还存在大片尚未动用的剩余油,纵向上也存在未动用或动用程度很低的油层段,其采收率仅15 %左右,不超过20 %。蒸汽吞吐开采阶段的窜绕加剧了油层的非均质。因油层条件、吞吐轮次、吞吐效果的不同,以及井间窜绕,采出程度平面差异大,致使采出不平衡,剩余油饱和度不均。如果产量足够高,在经济上可行,则可循环若干次,直至达到经济极限为止。但每一次蒸汽吞吐后,油层驱油的能量都要降低,原油含量降低,因此随着周期数的增加,其效果会越来越差,原油产量降低,含水增加 。
4 蒸汽驱
蒸汽驱油法是一种驱替式采油方法,类似于水驱;即以井组为基础,向注入井连续注入一定量的蒸汽,蒸汽将油驱向生产井,在生产井中采出。威尔曼等对蒸汽驱机理进行了广泛而系统的室内实验研究,提出蒸汽驱油机理为: (1) 蒸汽蒸馏作用:注入的蒸汽使流过区内原油和水迅速汽化,这一作用使部分原油降低黏度而被驱向下游,被热水绕过的那一部分则又受到上游方向流过来的蒸汽的抽提; (2) 气驱作用:注入的水蒸气不断向地层散热,干度下降,水分增加,形成气2液联合驱动状态; (3) 原地溶解作用:大部分轻油组分和运载蒸汽在蒸汽驱前面的较冷区域中冷凝,并形成冷凝区,这一冷凝区中的混合物的黏度比蒸汽黏性更大,降低了推进作
用,且与原油混合并将原油稀释使原油的密度和黏度降低; (4) 升温降黏:这是加热稠油油藏的最显著效果,随着原油黏度的降低,驱替效率和清扫效率得以提高。
蒸汽驱的驱油工作剂是蒸汽而不是水,蒸汽在注入井中流动时要损失热量,为了保证向油藏中注入的是蒸汽而不是热水,因此油藏深度一般不能太深。在含有很高黏度原油的油层中,井间流动阻力很大,注入的蒸汽量非常有限,且蒸汽技术复杂,蒸汽耗量大,监测及调控蒸汽推进动态难度极大,尤其是我国油藏地质条件复杂,油藏类型多,多数稠油油藏深度超过1 000 m。
总之,蒸汽吞吐和蒸汽驱在采油方面存在的问题基本上相同,概括起来如下:
a) 生成蒸汽成本高,尤其是在水资源短缺和水价特别昂贵的地区,水处理费用高。水敏地层不能进行蒸汽驱。
b) 油井受热套管膨胀,有可能造成套管损坏。
c) 热损失严重,影响驱油效果和提高成本,因此,输送蒸汽时还有管道保温和隔热的问题。
d) 出砂严重,造成井筒堵塞,影响产量;影响井下泵正常工作而减产;设备磨损严重;修井作业费用高。热采时任一口井的作业和修井都要求至少冷却井筒附近地带。
e) 不能在超过1 600 m 的油层内应用。一般而言,用蒸汽法驱油的最大缺点是成本高, 适用范围有限制。
5 火烧油层法
火烧油层也称火驱法,是油层本身产生热的一种热力采油方法。火烧油层是将某种形式的氧化剂(空气或氧气) 注入油层,使其内部的油自燃或点燃,随后注入的氧化剂便会使燃烧带在油藏中扩展。燃烧带产生大量热量,加热油层和油层中的流体,将油层加热降低原油黏度。
5. 1 干式正向燃烧
向注入井注入空气,点燃注入井附近的油层,继续注入空气,使燃烧前缘由注入井方向推进。在燃烧前缘处产生的热量,把靠近前缘的地层水汽化,并在燃烧前缘的前方形成蒸汽带。驱油机理如下: (1) 热裂解:在燃烧带的下游,留在砂上的重质烃在高温下裂解成油焦和气态烃; (2) 冷凝蒸汽驱:蒸汽凝结释放大量潜热传给蒸汽带内和蒸汽前面的原油,使原油黏度降低,流动性增加; (3) 混相驱动:蒸馏作用离析出来的气态烃和热裂解产生的气态烃混合,并在前面的集油带处冷凝,这种混合反应和气体冷凝时传给原油的热量使原油更易流动,改善了原油的驱替能力; (4) 气驱:燃烧前缘产生的燃烧气体把热传给原油,CO2 部分溶解在原油中,使原油黏度进一步降低; (5) 热驱:由于油层流体的对流和通过地层岩石的传导,热能传递到燃烧带的上部、下部和前面的地层,任何其他方法都不可能以这种方式越过不可渗透带而驱替流体。
但是存在2 个最主要的问题:一是燃烧产生的大部分热量留在已燃带前缘的后面,易形成死油区,对采油毫无作用;二是形成流体阻塞,在靠近生产井的地区原油没被加热,还处于油藏的原始温度,因而还是高黏度,而在燃烧带高温下被加热的油,尽管能够流动,但它不能推动未加热的油向前运动。
5. 2 反向燃烧
首先从生产井中注入空气,并点燃地层,然后改为注入井注空气,空气从注入井向生产井运移,而燃烧前缘的移动方向相反。反向燃烧克服了正向燃烧存在冷油区的缺点。当原油和高温燃烧前缘会合后,产生热裂解。轻质部分蒸发,重质部分形成残渣。当蒸汽到达已燃区的较冷地带时,一部分就会发生凝结,在出口附近生成液体和水。燃烧前缘上游区域因热传导而受热, 这将导致低温氧化反应,产生热量。在反向燃烧时,原油的重要馏份(轻质部分) 将被烧掉,而不重要馏份仍留在燃烧前缘后的地区内,此外,在注入井附近有可能发生自燃着火,使燃烧面反向推进转为正向燃烧。而且反向燃烧难于控制,驱油效率低,只能应用于埋藏浅的沥青砂。
5. 3 湿式燃烧
它是正向燃烧和水驱相结合的热力采油工艺。水随着空气(或氧气) 流经燃烧前缘,利用水携带正向燃烧中已燃区的热量。注入水与燃烧前缘后面的高温岩层接触蒸发,岩石则冷却,同时燃烧前缘的蒸汽凝结成热水,这扩大了高温和蒸汽带的范围,使更多的原油驱向生产井。火烧油层最大的问题是氧化过程在油藏中维持的时间以及氧化范围。因为火烧油层工作特性与空气流量关系密切,所以工作过程很难控制;燃烧产出的气体污染空气,不利于环保;在火驱中,如果砂层是高度未胶结的,出砂将更为严重,油焦颗粒和很高的气体流速将使磨蚀问题变得越来越严重。由于注入空气需使用大功率高压空压机,为此技术要求高, 成本也大。
总之,热采方法技术复杂,受原油黏度、油层厚度、埋藏深度等条件制约,存在着注蒸汽波及面小,沿高渗透层窜进及重力分离等问题,影响了重油的开发及开采效果
二 非常规采油工艺方式
1 聚合物驱油技术
聚合物驱油是油田开发中三次采油的方法之一,就是在注入水中加入高分子聚合物,增加注入水的黏度,降低油层的水相渗透率,从而改善水油流度比,调整注入剖面而扩大波及体积,提高了宏观波及效率,进而提高原油采收率。驱油用的聚合物大致可分为两类:天然聚合物和人工合成聚合物。但工业上广泛应用的多为聚丙烯酰胺(人工) 和黄胞胶(天然) 。适合聚合物驱的条件通常是油层温度在45～70 ℃,地层水矿化度为1 603～30 435 mg/ L ,其中二价阳离子质量浓度为7～738 mg/ L 。原油黏度为10～100 mPa · s 时,聚合物驱油采收率提高幅度较大。一般来说,聚合物驱油适合于水驱开发的非均质砂岩油田。
2 微生物采油技术
在油田开发中,利用微生物及其代谢产物来增加原油产量的方法统称为微生物采油(MEOR) 。其优点在于,只要碳源(糖蜜或烷烃) 和其他营养物质充足,便可在油藏就地产生代谢产物或使细胞生长,扩大其使用范围。微生物在油藏高渗透区的生长繁殖及产生聚合物,可选择性地堵塞油层中的大孔道,从而改变流动方向,扩大波及体积,提高波及系数,增大扫油效率,而且产生CO2 ,CH4 , H2 等气体,这些气体能够使油层部分增压并降低原油黏度。同时产生的有机酸(主要是相对分子质量低的酸) ,使井筒周围得到清洗并能溶解碳酸盐,提高油层渗透率;产生的生物表面活性剂,能够降低油水界面张力,提高洗油效率;产生的有机溶剂,可以降低界面张力。
微生物采油技术主要包括油井微生物清防蜡技术、微生物吞吐采油技术、微生物驱油技术三项主要技术 。
3 三元复合体系驱油技术
三元复合体系驱油是指在注入水中加入低浓度的表面活性剂、碱和聚合物的复合体系驱油的一种提高原油采收率的方法。矿场试验表明,ASP 三元复合驱可比水驱提高20 %以上的原油采收率。水驱油层中一般还有50 %以上残余油。在注水波及到的范围内,残余油以簇状、膜状、索状(或角状) 、柱状(滴状) ,以及孤岛状等几种形态滞留在油层中。ASP 三元复合体系可以从降低油水界面张力、降低流度与提高波及系数、改变岩石的润湿性这三个方面提高采收率。而碱浓度、表面活性剂浓度、岩石性质、原油组成、地层水矿化度、p H 值都会对复合体系驱油效果产生很大的影响的。由于三元复合体系驱形成的乳化液有利于提高采收率,但同时乳化液致使其在地层中导流能力大幅度下降,油井常表现供液不足。因此,应该找出一个合理的尺度以达到既能提高波及系数和驱油效率,又不造成采出井产出困难。
4 酸化新技术
针对油藏的非均质性、低渗透性、近井地带严重堵塞等特点,利用常规酸化效果不明显,开发出了震动酸化工艺技术、爆炸酸强化工艺技术、热酸强化处理技术、低温裂缝砂岩油藏酸化技术。震动酸化工艺技术是震动和酸化相结合处理近井地带油层的技术,也是物理和化学法相结合的处理技术,这项新技术目前在国内处于领先水平。其工艺原理是震动酸化主要由振动器对油进行震动处理,在近井地带形成微裂缝,然后酸液进入油层段溶蚀裂缝和空隙孔道,溶蚀后的岩石表面形成凸凹不平的沟槽,在上覆岩石压力作用下,裂缝闭合不严,从而提高油层段的导流能力。热酸强化处理技术为一复合型技术,是酸化和生热技术的有机结合,利用生热液产生的高温、高压气体在井底形成负压的解堵效应,以达到深部酸化和深部解堵作用。
热酸强化处理的作用如下: (1) 酸液催进生热; (2) 扩大处理半径; (3) 强负压解堵。
另外还有井下油水分离回注技术、井筒气液分离技术、井下声波清防蜡技术、水力震动采油技术和高能气体压裂技术等
抽油机井自动化系统主要功能：
说明：具体可以实现的功能将依据系统安装配备的一次仪表与功能模块确定。
1）实时数据采集与远程工况监测
监测方式：自动巡检，以及重点井连续监测；
采集的油井参数包括：示功图、冲次、电机电流、电机功率、耗电量、油压、套压等；
远程监测的工况包括：抽油机是否正常运转、电机工作状况、自动化系统本身工作状况等。
2）实时故障报警
自动化系统：通讯不成功、现场主机故障、一次仪表故障等；
抽油机：停机、电机空转；
电机工作：过流、过载、缺相等；
抽油杆：断杆；
抽油泵：泵效低于设定值、漏失、气体影响、碰泵、供液不足；
油井井口压力变化异常；
报警方式：井位图报警、蜂鸣报警等。
3）远程控制
抽油机的自动间抽控制；
抽油机的远程启动/停止控制等。
4）产量计量
通过配置的抽油机井“功图法”油井计量系统软件实现油井产量的连续计量。
5）井场视频图像监测，全天在线监测井场生产运行状况；
6）入侵探测报警，对井场重要设备或区域进行入侵探测报警；
7）双向语音对讲；
8）自动生成报表；
9）网络数据浏览。
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