石油开采难易原因研究论文

深水石油钻井技术现状及发展趋势*摘要:随着世界深水油气资源不断发现,近几年来深水钻探工作量越来越大。随着水深的增加和复杂的海况环境条件,对钻井工程提出了更高的挑战,钻井技术的难度越来越大。从目前国内外深水钻井实践出发,对深水的钻井设备、定位系统、井身结构设计、双梯度钻井技术、喷射下导管技术、动态压井钻井技术、随钻环空压力监测、钻井液和固井工艺技术和钻井隔水管及防喷器系统等关键技术进行了阐述,对深水的钻井设计和施工进一步向深水钻井领域发展具有重要导向作用。关键词:深水钻井;钻井设备;关键技术全世界未发现的海上油气储量有90%潜伏在水深超过1000 m以下的地层,所以深水钻井技术水平关系着深海油气勘探开发的步伐。对于海洋深水钻井工程而言,钻井环境条件随水深的增加变得更加复杂,容易出现常规的钻井工程难以克服的技术难题,因此深水钻井技术的发展是影响未来石油发展的重要因素。1国内外深水油气勘探形势全球海洋油气资源丰富。据估计,海洋石油资源量约占全球石油资源总量的34%,累计获探明储量约400×108,t探明率30%左右,尚处于勘探早期阶段。据美国地质调查局(USGS)评估,世界(不含美国)海洋待发现石油资源量(含凝析油)548×108,t待发现天然气资源量7815×1012m3,分别占世界待发现资源量的47%和46%。因此,全球海洋油气资源潜力巨大,勘探前景良好,为今后世界油气勘探开发的重要领域。随着海洋钻探和开发工程技术的不断进步,深水的概念和范围不断扩大。目前,大于500 m为深水,大于1500 m则为超深水。据估计,世界海上44%的油气资源位于300 m以下的水域,其中,墨西哥湾深水油气资源量高达(400~500)×108桶油当量,约占墨西哥湾大陆架油气资源量的40%以上,而巴西东部海域深水油气比例高达90%左右。20世纪90年代以来,由于发现油气田储量大,产量高,深水油气倍受跨国石油公司青睐,发展迅速。据估计,近年来,深水油气勘探开发投资年均增长30. 4%, 2004年增加到220亿美元。1999年作业水深已达2000 m, 2002年达3000 m。90年代以来,全球获近百个深水油气发现,其中亿吨级储量规模的超过30%。2000年,深水油气储量占海洋油气储量的12. 3%,比10年前增长约8%。2004年,全球海洋油气勘探获20个重大深水发现(储量大于110×108桶)。1998-2002年有68个深水项目,约15×108t油当量投产; 2003-2005年则增至144个深水项目,约4216×108t油当量投产, 2004年深水石油产量210×108,t约占世界石油产量的5%。2目前深水油气开发模式深水油气开发设施与浅水油气开发设施不同,其结构大多从固定式转换成浮式,因此开发方式和方法也发生了变化。国外深水油气开发中常用的工程设施有张力腿(TLP)平台、半潜式(SEMIOFPS)平台、深吃水立柱式(SPAR)平台、浮式生产储油装置(FPSO)以及它们的组合。3深水钻井关键技术深水钻井设备适用于深水钻井的主要是半潜式钻井平台和钻井船2种浮式钻井装置。. 1深水钻井船钻井船是移动式钻井装置中机动性最好的一种。其移动灵活,停泊简单,适用水深范围大,特别适于深海水域的钻井作业。钻井船主要由船体和定位设备2部分组成。船体用于安装钻井和航行动力设备,并为工作人员提供工作和生活场所。在钻井船上设有升沉补偿装置、减摇设备、自动动力定位系统等多种措施来保持船体定位。自动动力定位是目前较先进的一种保持船位的方法,可直接采用推进器及时调整船位。全球现有38艘钻井船,其中额定作业水深超过500 m的深水钻井船有33艘,占总数的87%。在这33艘深水钻井船中,有26艘正在钻井,有5艘正在升级改造。在现有的深水钻井船中, 20世纪70年代建造的有10艘, 80年代和90年代建造的各有7艘,其余9艘是2000-2001年建造的。其中2000年建成的钻井船最多,有8艘;其次是1999年,有4艘。目前在建的7艘钻井船中,均是为3000多米水深建造的, 2007年将建成1艘, 2008年和2009年将各建成3艘。钻井船主要活跃在巴西海域、美国墨西哥湾和西非海域。2006年7月初,正在钻井的26艘深水钻井船分布在8个国家。其中巴西8艘,占1/3;其次是美国,有6艘;安哥拉、印度和尼日利亚分别有4艘、3艘和2艘;中国、马来西亚和挪威各1艘。. 2半潜式钻井平台半潜式钻井平台上部为工作甲板,下部为2个下船体,用支撑立柱连接。工作时下船体潜入水中,甲板处于水上安全高度,水线面积小,波浪影响小,稳定性好、支持力强、工作水深大,新发展的动力定位技术用于半潜式平台后,到本世纪初,工作水深可达3000 m,同时勘探深度也相应提高到9000~12 000 m。据Rigzone网站截至2006年7月初的统计,全球现有165座半潜式钻井平台,其中额定作业水深超过500 m的深水半潜式钻井平台有103座,占总数的62%。在这103座深水半潜式钻井平台中,有89座正在钻井,有11座正在升级改造。其中31座是20世纪70年代建造的,最长的已经服役30多年; 40座是20世纪80年代建造的; 13座是90年代建造的; 19座是2000 -2005年建造的。此外,还有24座深水半潜式钻井平台正在建造。深水半潜式钻井平台主要活跃在美国墨西哥湾、巴西、北海、西非、澳大利亚和墨西哥海域。2006年7月初,处于钻井中的89座深水半潜式钻井平台分布在18个国家,其中美国最多, 24座,占总数的27%;巴西17座,挪威10座,英国6座,澳大利亚、墨西哥和尼日利亚各5座,其余国家各有1~3座。深水定位系统半潜式钻井平台、钻井船等浮式钻井装置在海中处于飘浮状态,受风、浪、流的影响会发生纵摇、横摇运动,必须采用可靠的方法对其进行定位。动力定位是深水钻井船的主流方式。在现有的深水钻井船中,只有6艘采用常规锚链定位(额定作业水深不足1000 m),其余27艘都采用动力定位(额定作业水深超过1000 m)。1000 m以上水深的钻井船采用的都是动力定位,在建的钻井船全部采用动力定位。动力定位系统一般采用DGPS定位和声纳定位2种系统。声纳定位系统的优点: (1)精确度高(1% ~2% )、水深(最大适用水深为2500 m); (2)信号无线传输(不需要电缆); (3)基本不受天气条件的影响(GPS系统受天气条件的影响); (4)独立,不需要依靠其他系统提供的信号。声纳定位系统的缺点: (1)易受噪声的影响,如环境噪声、推进器噪声、测试MWD等; (2)折射和阴影区; (3)信号传输时间; (4)易受其他声纳系统的干扰,如多条船在同一地方工作的情况。大位移井和分支水平井钻井技术海上钻井新技术发展较快,主要包括大位移井、长距离水平钻井及分支水平井钻井技术。这些先进技术在装备方面主要包括可控马达及与之配套的近钻头定向地层传感器。在钻头向地层钻进时,近钻头传感器可及时检测井斜与地层性质,从而使司钻能够在维持最佳井眼轨迹方面及时做出决定。由于水平井产量高,所以在国外海上油气田的开发中已经得到了广泛的应用。目前,国外单井总水平位移最大已经达11 000m。分支水平井钻井技术是国际上海洋油气田开发广泛使用的技术,近年来发展很快。利用分支井主要是为了适应海上需要,减少开发油藏所需平台数量及平台尺寸(有时平台成本占开发成本一半还多)。具体做法是从一个平台(基础)钻一口主干井,然后从主干井上急剧拐弯钻一些分支井,以期控制较大的泄油面积,或者钻达多个油气层。深水双梯度钻井技术与陆地和浅海钻井相比,深海钻井环境更复杂,容易出现常规钻井装备和方法难以克服的技术难题:锚泊钻机本身必须承受锚泊系统的重量,给钻机稳定性增加了难度;隔水管除了承受自身重量,还承受严重的机械载荷,防止隔水管脱扣是一个关键问题;地层孔隙压力和破裂压力之间安全钻井液密度窗口窄,很难控制钻井液密度安全钻过地层;海底泥线处高压、低温环境影响钻井液性能产生特殊的难题;海底的不稳定性、浅层水流动、天然气水合物可能引起的钻井风险等。国外20世纪60年代提出并在90年代得到大力发展的双梯度钻井(DualGradi-entDrilling,简称DGD)技术很好地解决了这些问题。双梯度钻井技术的主要思想是:隔水管内充满海水(或不使用隔水管),采用海底泵和小直径回流管线旁路回输钻井液;或在隔水管中注入低密度介质(空心微球、低密度流体、气体),降低隔水管环空内返回流体的密度,使之与海水相当,在整个钻井液返回回路中保持双密度钻井液体系,有效控制井眼环空压力、井底压力,克服深水钻井中遇到的问题,实现安全、经济的钻井。喷射下导管技术海上浅水区的表层套管作业通常采用钻孔、下套管然后固井的作业方式。在深水区,由于海底浅部地层比较松软,常规的钻孔/下套管/固井方式常常比较困难,作业时间较长,对于日费高昂的深水钻井作业显然不合适。目前国外深水导管钻井作业通常采用“Jetting in”的方式。常规做法是在导管柱(Φ914. 4 mm或Φ762 mm)内下入钻具,利用导管柱和钻具(钻铤)的重量,边开泵冲洗边下入导管。3. 6动态压井钻井技术(DKD)DKD(Dynamic killDrilling)技术是深水表层建井工艺中的关键技术。该技术是一种在未建立正常循环的深水浅层井段,以压井方式控制深水钻井作业中的浅层气井涌及浅层水涌动等复杂情况的钻井技术。其工作原理与固井作业中的自动混浆原理相似,它是根据作业需要,可随时将预先配好的高密度压井液与正常钻进时的低密度钻井液,通过一台可自动控制密度的混浆装置,自动调解到所需密度的钻井液,可直接供泥浆泵向井内连续不断地泵送。在钻进作业期间,只要PWD和ROV监测到井下有地层异常高压,就可通过人为输入工作指令,该装置立即就可泵送出所需要的高密度钻井液,不需要循环和等待配制高密度钻井液,真正意义上地实现边作业边加重的动态压井钻井作业。3. 7随钻环空压力监测(APWD)由于深水海域的特殊性,与浅水和陆地钻井相比,部分的上覆岩层被水代替,相同井深上覆岩层压力降低,使得地层孔隙压力和破裂压力之间的压力窗口变得很窄,随着水深的增加,钻井越来越困难。据统计,在墨西哥湾深水钻井中,出现的一系列问题,如井控事故、大量漏失、卡钻等都与环空压力监测有关。随钻环空压力测量原理是主要靠压力传感器进行环空压力测量,可实时监测井下压力参数的变化。它可以向工程师发出环空压力增加的危险报警,在不破坏地层的情况下,提供预防措施使井眼保持清洁。主要应用于实时井涌监测和ECD监控、井眼净化状况监控、钻井液性能调整等,是深水钻井作业过程中不可缺少的数据采集工具。3. 8随钻测井技术(LWD /MWD /SWD)深水测井技术主要是指钻井作业过程中的有关井筒及地层参数测量技术,包括LWD、MWD和SWD测井技术。由于深水钻井作业受到高作业风险及昂贵的钻机日租费的影响,迫使作业者对钻井测量技术提出了多参数、高采集频率和精度及至少同时采用2套不同数据采集方式的现场实时数据采集和测量系统,并且具有专家智能分析判断功能的高标准要求。目前最常用的定向测量方式是MWD数据测量方式,这种方式通常只能测量井眼轨迹的有关参数,如井斜角、方位角、工具面。LWD是在MWD基础上发展起来的具有地层数据采集的随钻测量系统,较常规的MWD增加了用于地层评价的电阻率、自然伽马、中子密度等地层参数。具有地质导向功能的LWD系统可通过近钻头伽马射线确定井眼上下2侧的地层岩性变化情况,以判断井眼轨迹在储层中的相对位置;利用近钻头电阻率确定钻头处地层的岩性及地层流体特性以及利用近钻头井斜参数预测井眼轨迹的发展趋势,以便及时做出调整,避免钻入底水、顶部盖层或断裂带地层。随钻地震(SWD)技术是在传统的地面地震勘探方法和现有的垂直地震剖面(VSP———VerticalSeismic Profiling)的基础上结合钻井工程发展起来的一项交叉学科的新技术。其原理是利用钻进过程中旋转钻头的振动作为井下震源,在钻杆的顶部、井眼附近的海床埋置检波器,分别接收经钻杆、地层传输的钻头振动的信号。利用互相关技术将钻杆信号和地面检波器信号进行互相关处理,得到逆VSP的井眼地震波信息。也就是说,在牙轮钻头连续钻进过程中,能够连续采集得到直达波和反射波信息。深水钻井液和固井工艺随着水深度的加大,钻井环境的温度也将越来越低,温度降低将会给钻井以及采油作业带来很多问题。比如说在低温情况下,钻井液的流变性会发生较大变化,具体表现在黏、切力大幅度上升,而且还可能出现显著的胶凝现象,再有就是增加形成天然气水合物的可能性。目前主要是在管汇外加绝缘层。这样可以在停止生产期间保持生产设备的热度,从而防止因温度降低而形成水合物。表层套管固井是深水固井的难点和关键点。海底的低温影响是最主要的因素。另外由于低的破裂压力梯度,常常要求使用低密度水泥浆。深水钻井的昂贵日费又要求水泥浆能在较短的时间内具有较高的强度。深水钻井隔水管及防喷器系统深水钻井的隔水管主要指从海底防喷器到月池一段的管柱,主要功能是隔离海水、引导钻具、循环钻井液、起下海底防喷器组、系附压井、放喷、增压管线等作用。在深水钻井当中,隔水管柱上通常配有伸缩、柔性连接接头和悬挂张力器。在深水中,比较有代表性的是Φ533. 4 mm钻井隔水管,平均每根长度为15. 2~27. 4 m。为减小由于钻井隔水管结构需要和自身重量对钻井船所造成的负荷,在钻井隔水管外部还装有浮力块。这种浮力块是用塑料和类似塑料材料制成的,内部充以空气。在钻井隔水管外部,还有直径处于50~100 mm范围的多根附属管线。在深水钻井作业过程中,位于泥线以上的主要工作构件从下向上分别是:井口装置、防喷器组、隔水管底部组件、隔水管柱、伸缩短节、转喷器及钻井装置,井口装置通常由作业者提供。4结论深水石油钻井是一项具有高科技含量、高投入和高风险的工作,其中喷射下导管技术、动态压井钻井技术、随钻环空压力监测、随钻测井技术、ECD控制等技术是深水钻井作业成功的关键。钻井船、隔水管和水下防喷器等设备的合理选择也是深水钻井作业成功的重要因素。另外,强有力的后勤支持和科学的作业组织管理是钻井高效和安全的重要保障。参考文献:[1]潘继平,张大伟,岳来群,等.全球海洋油气勘探开发状况与发展趋势[J].中国矿业, 2006, 15(11): 1-4.[2]刘杰鸣,王世圣,冯玮,等.深水油气开发工程模式及其在我国南海的适应性探讨[ J].中国海上油气,2006, 18(6): 413-418.[3]谢彬,张爱霞,段梦兰.中国南海深水油气田开发工程模式及平台选型[ J].石油学报, 2007, 28(1): 115-118.[4]李芬,邹早建.浮式海洋结构物研究现状及发展趋势[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程版, 2003, 27(5): 682-686.[5]杨金华.全球深水钻井装置发展及市场现状[J].国际石油经济, 2006, 14(11): 42-45.[6]赵政璋,赵贤正,李景明,等.国外海洋深水油气勘探发展趋势及启示[J].中国石油勘探, 2005, 10(6): 71-76.[7]陈国明,殷志明,许亮斌等.深水双梯度钻井技术研究进展[J].石油勘探与开发, 2007, 18(2): 246-250.

采油气工程的论文

采油气工程是一个运用科学的理论、方法、技术与装备高效地钻探地下油气资源、最大限度并经济有效地将地层中的油气开采到地面，安全地将油气分离、计量与输运的工程技术领域。我整理的关于采油气工程的论文，欢迎大家一起来看看！

摘要 ：纵观我国石油开采技术发展的整个历程，从其最初的探索试验阶段发展到分层开采阶段，再发展到如今的多种油藏类型采油工艺技术、采油工程智能技术等，期间走过的道路是非常曲折和艰难的，同时，这也体现了石油人的勇于奉献和不断创新的精神。随着采油技术的不断发展，它的工艺配套技术也不断完善，这使得油田的产量也不断的提高，但与此同时，要想进一步提高我们的油田产量，则仍然需要不断的改进我们的采油技术，这才能够让我国的石油工程处于良好的发展之中，才能为我国的经济带来巨大的效益。目前，我国的大多数油田已经处于高含水，高产出阶段，产量呈递减的速度，水油比上升造成的油气田开采难度越来越大。因此，研究采油技术对我国的经济发展有重大的'意义。这对我国的经济带来的帮助也是不可估量的。

关键词 ：采油技术；工艺；产量；创新

采油是油田开采的过程中，根据开采的目标通过生产井和注入井对油藏采取的各项工程技术的总称。众所周知，油田的产量高低取决于采油技术的好与坏，因此，采油技术就成为我国实现油田开采技术的重要途径，另外，采油技术还影响采油速度的快慢、最终采收率的大小、经济效益的优劣等油田生产中的重要问题。

一采油技术的分类

近年来，国内外的采油新技术发展很迅速，有物理的、生物的、化学的以及各种综合的方法等，但其本质都是在努力提高原油采收率。从技术的应用时间顺序和技术原理上来看，可分为一次采油、二次采油和三次采油。顾名思义一次采油，就是依靠油藏天然能量进行油田开采的一种方法，常见的一次采油方法有溶解气驱、弹性水驱和气顶驱等；经过一次采油之后，地层压力明显变小，需要为油井注水以平衡地下能量的减弱，这被称为二次采油。通过二次采油之后，采取注水，并应用物理和化学方法，改变流体的性质、相态等，扩大注水的波及范围以便提高驱油效率，从而再一次提高采收率。三次采油主要是依靠化学方法，辅助开采最艰难的层面油藏，一般包括碱驱、聚合物驱、表面活性剂驱、聚合物复合驱等。与二次采油相比，三次采油的特点是高投入、高技术和高效益，在二次采油水驱的基础上向油层注入排驱剂来采油，不同的排驱剂有不同的排驱机理。三次采油增油的效果非常好，近年来已经被国内外广泛重视和研究。

二 我国采油技术的现状

1. 完井工程技术 。

完井工程是衔接钻井和采油工程的，但又与其相对独立的工程，从钻开油层开始，到下套管注水泥固井、射孔、下生产管柱、排液、直到投产的一个过程。到目前为止，我国在直井、定向斜井、丛式井、水平井的技术上面已经达到了一定的技术高度，并且掌握了多种完井的方法，比如裸眼井补管完井、下套管射孔完井、套管内外绕丝筛管等完井方法。根据油田所处的地理位置及油藏情况等来确定并采用不同种类的方法，比如象华北迷雾山油藏，由于它的地质条件为碳酸盐岩裂缝油田，因此采用了裸眼完井方法，这样不但保护了生产阶段，且也取得了油井的高产，大大提高了采油率。另外，由于大庆油田属于老油田，所以采用了注水开发的方法，对加密井采用高密度钻井液完井并进行油层保护，这样取得了很大的成功。特别值得提出的是，我国在实践中发展配套了采油和钻井联合协作的技术，以保护油层、达到高产为目标。目前，我国的钻井技术较之以前有很大的发展，下套管射

孔完井、裸眼完井、各种衬管完井技术被一些油田采用，并取得了十分显著的成绩。

2. 人工举升工艺技术 。

根据各类油田在不同开发阶段的需要，在最近的五十多年中，我国发展配套和应用了多种人工举升工艺技术，比如：抽油机有杆泵采油技术、电动潜油泵采油技术、水力活塞泵采油技术、地面驱动螺杆采油技术、气举采油技术等等。借鉴国外的先进技术，又研发了井下诊断和机杆泵优化等技术问题，极大地提高了采油效率。

3. 分层注水技术 。

分层注水技术已经在多层油藏注水开发中被广泛应用，它的关键技术就是要提高注入水在地下的波及效率。早在多年前，克拉玛依油田就在调整中应用了分层注水技术，并且取得了非常好的效果。研究成功的管式活动配水器和支撑式封隔器，在油田的分注中发挥了一定的积极作业，并且取得的结果非常令人满意。90年代河南油田、大庆油田进一步研究成功了液压投捞式分层注水管柱、并且达到了一次可测试、调整多层的细分注水的目的。

4. 热超导技术 。

热超导技术是控制物质的热阻，并且使它趋近于零，它主要是利用化学技术，在封闭的管体内加入复合的化学介质，利用物质受热不均产生的相变，激活气状分子，使其在巨大的气化潜热中以声速传递热量。热超导技术主要有两种，第一种是能耗自平衡稠油技术，它主要是利用超导液，在地下注入超导液之后，利用其导热的性能，把地下的热能传递到井口，从而提高井口产出液的温度。在不经过任何加热装置辅助的情况下，最大限度地实现清蜡降粘、减少抽油机悬点载荷、提高泵效的节能目标。另外一种是超导加热热洗技术，它是将应用超导技术加热之后的产出液注入到油套内，通过循环升高井筒内的温度，从而实现清蜡降粘的目的。采用这种技术的好处是环保，并且成本低、效率高，而且安全可靠，是油田普遍应用的一种技术。

另外，我国的采油技术还有压裂、酸化工艺技术，堵水、调剖工艺技术，稠油及超稠油开采技术，多层砂岩油藏“控水稳油”配套技术等。

三 目前采油技术遇到的问题

常规采油工艺难以满足目前开发的需要，主要体现在：一是大泵提液技术越来越大，目前应用的大抽液泵主要有泵和泵两种。二是有杆泵加深泵挂受到限制。三是斜井采油技术需要进一步突破，由于需要加深的泵挂，部分油井的杆、管等抽油设备进入斜井段。四是高温限制了电潜泵的应用范围。另外就是开发后期的垢、绣现象日益严重；重复堵水的措施的效果日益变差了等。

四 采油技术的前景展望

未来采油技术的发展趋势主要体现在复合驱油法、混相法、热力采油法、微生物法等等。并且在未来油田的生产中，生物工程技术也将会得到广泛的应用。由于生物技术在其他行业的广泛应用，并且取得良好的效果，这便使其成为采油技术的一种新的研究。随着老油田注水开采的延续，石油的综合含水的不断上升，污水处理已经成为一个棘手的问题，而生物工程技术具有污染小、成本低的特点，这使得它将成为油田采油技术中的一项新的技术，而且会不断地提高原油采收率。

另外，碳纳米管在油井中也得到了广泛的应用，其密度小，但强度却是钢的100倍。未来的油田开采中将会利用其轻、柔软、结实等特点，制作油管或抽油杆，其性能会比现在的钢管更强，这将为油田的开发和挖潜做出更大的贡献。

根据我国石油和天然气的发展战略，针对西部油区的油井深度大、产量变化范围广、地质矿藏多样以及复杂、气候恶劣、天然气充足等特点，应该采用较先进的采油技术，从而提高开采的效率，这对我国的经济发展起到了促进的作用。

参考文献

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