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采油工程基础知识
第一节 完井基础知识
一、 完井基础还是简介
完井：是指一口井按照地质设计的要求钻达目的层和设计井深后，直到交井之前所进行的工作。
（一） 完井方法
我国主要的完井方法是以套管射孔为主的方法，约占完井井数的80%以上，个别灰岩产能用裸眼完井，少数热采式出砂油田用砾石充填完井。
套管完井：套管射孔完井、尾管射孔完井；
裸眼完井：先期裸眼完井、后期裸眼完井、筛管完井和筛管砾石充填完井。
1、 套管射孔完井
1）、在钻穿油层后，下入油层套管并在环形空间注入水泥，用射孔器射穿套管、水泥环，并射入生产层内一定深度，构成井筒与产层的通道，这种完井方法称套管射孔完井。
2）、套管射孔井筒与产能的连通参数：
（1）射孔孔径：正常探井和开发井为10mm，特殊作业井不大于25mm；
（2）射孔孔眼几何形状：短轴与长轴之比不小于0.8；
（3）射孔孔眼轨迹：沿套管表面螺旋状分布；
（4）射孔密度：正常探井和开发井10~~20孔/m，特殊作业井可根据确定，一般不超过30孔/m；
（5）射孔深度：射孔深度除要求穿透套管和水泥环外，还要尽量通过油层损害区进入无损害区。
（二） 固井
向井内下入一定尺寸的套管串后，在井壁和套管间的环形空间内注入水泥的工作较固井。
固井的目的
（三） 射孔
用聚能射孔弹将套管、水泥环和油层弹开，使油层中的油气流入井筒内，再借助油层的压力流（或抽汲）到地面，达到出油的目的。
影响因素：孔深、孔密、孔位、相位角。
二、 油水井井身结构
1、 井身中下入的套管：导管、表层套管、技术套管、油层套管。
2、 采油需要掌握的完井数据
完钻井井深：裸眼井井底至方补心上平面的举例；
方补心：钻机正常钻井时，安装在钻台上的转盘能卡住方钻杆，使方钻杆与钻盘一起转动的部件，简称补心；
套补距：钻井时的方补心上平面与套管头短节法兰平面的距离；
油补距：带套管四通的采油树，其油补距为四通上法兰平面至补心上平面的距离，不带套管四通的采油树，其油补距是指有关挂平面至方补心上平面的距离；
套管深度：套补距、法兰短节与套管总长之和；
油管深度：油补距、油管头长与油管总长之和；
水泥返高：古井是油层套管与井壁之间环形空间内水泥上升高度，具体指水泥环上端至补心上平面的距离；
水泥帽：古井是从井口到地下40m左右处，套管与井壁之间封固的水泥环；
沉砂口袋：从人工井底到所射油层底部（射孔底界）的一段套管内的容积；
人工井底：固井完成后，留在套管内最下部的一段水泥凝固后的顶面；
水泥塞：从完井井底到人工井底这段水泥柱的高度；
射孔顶界：射开油层顶部深度，m；
射孔底界：射开油层底部深度，m；
3、 注水井结构
注水井结构是在完钻井井身结构的基础上，井筒套管内下入油管及配水管柱与井口装置组成的。
注水井生产原理：能量传递过程
P油层=P井口+H*r-P损失
P油层——住入油层中的压力，Mpa；
P井口——注水井井口注水压力，Mpa；
H——注水井油层中部深度，m；
r——注水井相对密度；
P损失——注水井管损与水压力损失，Mpa。
4、 采油井结构及生产原理
自喷井结构及生产原理、抽油机井结构及采油原理（井口装置（采油树）、地面抽油机设备、井下抽油泵设备、抽油吸入口（筛管）、机械动力传递装置（抽油杆）、油管、套管）、电动潜油泵井结构及采油原理。

第二节 采油井设备及其性能
一、 油水井井口设备
（一）自喷井井口设置
1、采油树
采油树是控制和调节油井生产的主要设备。主要作用是：
（1） 悬挂油管，承托井内全部油管柱重量；
（2） 密封油管与套管间的环形空间；
（3） 控制和调节油井的生产，引导井筒中的油气进入出油线；
（4） 保证各项井下作业施工的顺利进行；录取油、套压力资料，便于测压、清蜡等日常管理。
2、 采油树的结构
主要由总闸门、生产闸门、清蜡闸门和其他各种闸门，三通、四通、法兰，短节等组成。
（二）抽油井井口装置
抽油井井口装置是由套管三通、油管三通、盘根盒组成。
二、 井场设备
（一） 分离器
分离器主要是用来分离油和气，计算油气的产量、沉水、沉砂等，其次用它来控制井口出油管线的回压。
分离器的种类：
按外形：立式、卧式、球形；
按用途：生产分离器、计量分离器、三相分离器；
按压力大小：真空、低压、中压、高压；
按内部结构：伞状、箱伞状。
（二） 常用分流器
1） 立式分流器
2） 卧室油气分离器
（三） 油气分离器的基本原理
1） 重力沉降原理
2） 离心分离原理
3） 碰撞分离原理
三、 辅助设备
（一） 加热炉
在油田原油集输过程中，需要将原油温度升高，粘度降低，便于输送。加热炉就是用于完成这个过程的设备。
加热炉的加热方式可分为直接加热（火筒式加热炉）和间接加热（水套炉）。
类型：管式加热炉、火筒式加热炉、水套式加热炉、立式圆筒炉。
（二） 压力表
压力表是油水井观察和录取压力资料的必备设备。常用的压力表是扁曲弹簧管（包氏管）式压力表，其工作原理是：扁曲弹簧管固定的一端与压力表的表把联通，另一端通过连杆、扇形齿轮机构、心轴和指针转动，在表盘刻度上显出压力值。
（三） 安全阀
单弹簧微启动式安全阀，作用一是发出鸣叫声，起到警示的作用；二是气体冲出，致使分离器内压力暂时降低，从而达到安全生产。
原理：分离器内压力较低时，压缩的弹簧具有弹性能量使阀关闭，。当分离器中气体作用在阀芯上，其压力大于弹簧对阀芯的压力时，安全阀被顶开，气体冲出，安全阀发出鸣叫声，致使分离器内压力降低额从而达到安全工作压力，以防止由于分离器蹩压超过安全压力而损坏。

第三节 深井泵
深井泵分有杆泵和无杆泵，它们是抽油井装置中的重要组成部分，其中有杆泵又称抽油泵。
一、 抽油泵
（一） 抽油泵的分类
按结构不同分：管式泵、杆式泵。
1、 管式泵
管式泵是把外筒和衬套在地面组装好后，接在油管下不下入井内，然后投入固定阀，最后把活塞接在抽油杆柱下端，下入泵筒内。
双阀、三阀管式泵。
2、 杆式泵
杆式泵是把活塞。阀及工作筒装配成一个整体，在地面组装好后，接在抽油杆柱的下端，整体通过油管下入井内，由预先安装在油管预定位置上的卡簧固定在油管上。
（二） 抽油泵的结构
组成：工作筒（外筒和衬套）、柱塞及游动阀（排除阀）和固定阀。
（三） 抽油泵型号的表示方法
（四） 抽油泵工作原理
抽油泵是依靠抽油机带动抽油杆使活塞在衬套内部做往复运动来抽油的。
（五） 抽油杆）
抽油杆是有杆泵抽油装置中的一个重要组成部分。通过臭又给你将抽油机的动力传递到抽油泵活塞上，使抽油泵活塞往复运动。
（六）抽汲参数及泵小
1、抽油机井的工作原理：由电动机供给动力，经减速箱装置及四连杆机构，将高速旋转的机械能变为抽油机驴头低速往复运动的力，从而带动深井泵工作，进而不断地把井筒里的液体举升到地面。
2、抽油机井抽油参数
（1）冲程（S）：抽油机工作时，光杆在驴头的带动下做上下往复运动，光杆运动的最高点与最低点之间的距离成为冲程，单位m。
（2）冲数（n）：指抽油机带动抽油杆每分钟上下往复运动的次数，单位次/min。
（3）泵径(D):指抽油泵工作筒内直径的尺寸，单位mm。
（4）抽油泵理论排量：抽油泵在理想的情况下，活塞一个冲程可排出的液量叫抽油泵的理论排量。
Q理=1440S*n*(π*D2／4)
（5）抽油机泵效：抽油机的实际产液量与抽油泵的理论排量的比值叫做泵效。视泵效。
η=【Q实/(ρ液*Q理)】*100%
（6）沉没度：抽油机生产时，抽油泵的固定阀到油井动液面之间的距离称为沉没度。
h=H泵-H动
（7）动液面：抽油机井正常生产时，油管和套管环形空间的页面高度。
（8）静液面：抽油机井关井停产后，油套管环形空间的液面就要上升，经过一段时间后，页面上升到一定位置，并且稳定下来，这时的页面叫静液面。
（9）抽油机悬点载荷：由于抽油机工作时驴头悬点始终承受着上下往复交变在和，根据其性质，悬点的承受载荷分为静载荷。动载荷及其他载荷，而理论和现场实践都已证明其他载荷与静载荷、动载荷相比可以忽略不计，所以就只讨论静载荷和动载荷。
①静载荷：通常指抽油杆和液柱所受的重力以及液柱对抽油杆柱的浮力 所产生的悬点载荷。
抽油杆（柱）重力：Wr=frρsL
活塞上的液柱载荷：W1=(fρ -fr)Lρ
悬点所受静载荷为抽油杆9柱）在液体中的重力：
W’=fr（ρs-ρ）L
②动载荷（惯性载荷）：惯性载荷是由于抽油机运转时驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动，因而产生杆柱和液柱的惯性力。
W惯=Wr*SN2/1440
③驴头悬点最大、最小载荷：根据抽油机运动的特点，抽油机在上、下冲程中悬点载荷是不同的，上冲程是为最大载荷，下冲程时为最小载荷。
W大=Wr+W1+W惯;W小=W’-W惯
二、 潜游电泵
（一） 潜油电泵概述
1、潜油电泵的概念
潜油电泵全称是潜油电动离心泵，是在井下工作的多级离心泵，同油管一起下入井内，地面电源通过潜油泵专用电缆输入井下电机，使电机带动多级离心泵旋转，将井内的原油举升到地面。
2、电动潜油泵装置的组成
（1）井下部分：包括多级离心泵、潜油电动机、保护器、油气分离器；
（2）中间部分：包括电缆；
（3）地面部分：包括变压器、控制屏、接线盒。
3、潜油电泵各装置作用
潜油电动机、多级离心泵、保护器、油气分离器、控制屏、接线盒、电缆、其他辅助装置。
4、电动潜油泵井工作原理
地面控制屏把符合标准电压要求的电能通过接线盒及电缆输给井下潜油电动机，潜油电动机再把电能转换成高速旋转机械能传递给多级离心泵，从而使经油气分离器进入多级离心泵内的液体被加压举升到地面；与此同时井底压力（流压）降低，油层液进入井底。包括两大流程：
（1） 潜游电泵的供电流程：地面电源-变压器-控制屏-潜油电缆-潜油电机。
（2） 潜油电泵的抽油工作流程：油气分离器-多级离心泵-单流阀-泄油阀-井口。
5、电动潜油泵型号及参数
三、清蜡与防蜡
（一）影响结蜡因素的分析
（二）油井防蜡
（三）油井清蜡
机械清蜡、热力清蜡

第四节 油水井站生产工艺流程
一、 井间注水系统生产流程及其装置
（一） 配水间注水系统生产流程
1、 单井配水间生产流程
2、 多井配水间注水流程
（二） 注水井井口生产流程
注水井井口流程装置
1、 注水方式
正注：来水闸阀通过注水总闸阀由油管向油层注水；
反注：由直通闸阀通过套管想油层注水；
合注：上三个闸阀均打开，油管和套管一起向油层注水。
2、 正常注水流程
3、 关井（降压）流程
4、 注水井的投注
注水井从完钻到正常注水，一般要经过排液、洗井、试注之后才能转入正常的注水。
吸水指数：注水井在单位注水压差作用下的日注水量叫油层吸水指数，m3/(d·Mpa),
吸水指数=日注水量/（注水井流压-注水井静压）
二、 井站（间）集油系统生产工艺流程
（一） 井站（间）集油系统生产流程图
单管流程、双管流程和三关流程
（二） 其他生产流程
量油流程、测气流程
（三） 抽油机井生产流程
1、 油、水井开关的概念
2、 抽油机井生产流程
正常生产流程、双管生产流程、热洗流程。
3、 电动潜油泵井生产流程
正常生产流程、掺水伴热流程。
三、 油气水的计量

第五节 油水井作业及挖潜改造
一、 油水井作业
（一） 油水井作业的内容
1、 检泵
1） 检泵的原因；
2） 检泵的依据。
2、 换封
3、 冲砂
1） 对冲砂液的要求；
2） 冲砂的方法：正冲法、反冲法、正反混冲法。
4、 井下事故的处理
1） 小修：是指维护油水井正常生产的施工和一些简单的解卡和打捞，如抽油杆、油管层、补贴加固套管、更换套管及侧钻等；
2） 油水井大修：是指油井的复杂事故处理，如井下工具的解卡、水泥卡钻、封堵漏层、补贴加固套管、更换套管及侧钻等；
（二） 油水井主要作业设计及效果统计
1、 油水井作业设计
1） 电泵井施工设计内容；
2） 一般油井作业地质设计内容；
3） 注水井作业地质设计内容
2、 井下作业增产（注）效果设计
1） 平均每井次日增产（注）量；
2） 累积增产（注）量。
（三） 油水井作业质量要求
1、 油井投产质量要求
2、 注水井投注施工质量要求
3、 上抽转轴施工质量要求
二、 分层开采常用井下工具
分层开采井下工艺是由各种叫做封隔器、配产器、配水器等工具组成的。
（一） 常用井下工具
1、 封隔器
封隔器是装在油管某部位，用来局部密封井筒中一定位置上油管套管环形空间，隔开上下相邻油层，为消除在同一井筒内各油层之间相互干扰而设置的工具。
1） 封隔器的编号；
2） 封隔器代号的意义
分类代号+支撑方式代号+坐封方式代号+解封方式代号+性能代号——外径直径数值。
2、 控制工具
1） 配水器：配水器是分层注水管柱中重要的配水工具。按其结构分为空心配水器和偏心配水器，主要是由固定部分的工作筒和活动部分的配水芯子（或堵塞器）组成。
2） 配产器：按结构分为空心配产器和偏心配产器，主要由固定部分的工作筒和活动部分堵塞器组成。
（二） 分层注水井下工具
分层注水主要是针对多油层、非均质、层间差异大等特点实行的一种注水方法。
各油田普遍采用：Y341-114H-偏心式可洗分层注水井管柱和Y141-114偏心式分层注水井管柱。
（三） 分层采油井下工具
1、 自喷井分层采油井下工具
2、 抽油机井分层采油井下工具
3、 电动潜油泵井分层采油井下工具
三、 油水井挖潜改造
（一） 多油层油井的层间接替
（二） 油井堵水
1、 油井堵水的作用
2、 堵水井选井选层原则
3、 高含水井堵井时应注意的问题
4、 堵水工艺的选择
1） 机械堵水
机械堵水使用封隔器及其配套的井下工具来封堵高含水目的层，解决各油层间的干扰或者调整注入水的平面驱油方向，以达到提高注入水驱油效率，增加产油量减少产水量的目的。
抽油机井堵水管柱（平衡丢手管柱）、电泵井堵水管柱（悬挂式丢手管柱）、电泵井无卡瓦堵水管柱。
2） 化学堵水
油田化学堵水就是利用化学堵剂的膨胀和固化特性封堵高含水层的通道。非选择性化学堵水和选择性化学堵水。
（三） 油、水井压裂
1、 水力压裂的原理和施工
1） 油水井水力压裂的基本原理
水力压裂是油井增产、水井增注的一项重要技术措施。其要点是利用水力作用，人为在地层中造出足够长、有一定宽度及高度的填砂裂缝，从而改善井筒附近油层液体的流动通道。增强液体流动面积，降低液体渗流阻力，使油层获得增产、增注的效果。
油层压裂就是在近井地带形成一条或几条人为的裂缝，使液体在向井筒流动时，首先通过裂缝的侧壁进入裂缝，然后再从渗透性很高的裂缝很快进入井筒，从而增大流动面积，减少渗流阻力，提高油井的产液能力。
2） 水力压裂施工过程
试挤—加砂—替挤
2、 压裂工艺及管柱结构简介
主要工艺：普通压裂工艺、选择性压裂工艺、多裂缝压裂工艺、限流法压裂工艺、平衡限流法压裂工艺
3、 影响压裂增产效果的因素
4、 油井压裂选井选层原则
5、 压裂层段及压裂时机的确定
6、 压裂井压裂前后的管理
7、 油水井压裂生产管理
（四） 油、水酸化
用高压泵将酸液在低于油层破裂压力的条件下挤入油层，使之与油层中的矿物、胶结物或杂质起化学反应，以达到提高油层渗透流能力或者解除油层堵塞物的施工技术称为酸化。
1、 适合用酸化处理的油层条件
1） 泥浆堵塞
2） 氧化铁堵塞物
3） 细菌堵塞
4） 低渗透砂岩泥质胶结地层
5） 碳酸盐岩地层
2、 酸化原理
最常用的土酸，主要由盐酸和氢氟酸配制而成。
1） 盐酸与碳酸盐岩的化学反应
CaCO3+2HCl=CaCl2+HO2+CO2↑
2） 砂岩油层的主要矿物是二氧化硅和泥质
对石英砂SiO2+4HF→SiF4↑ +2H2O
SiO2+6HF→H2SiF6 ↑+H2O
对泥质CaAl2Si2O8+16HF→CaF2 ↓+2AlF+2SiF4 ↑+8H2O
3） 盐酸与铁的氧化物反应
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
Fe(OH)3+3HCl=FeCl3+3H2O
FeS+2HCl=FeCl+H2S↑
3、 合理地选择酸液
1） 盐酸
2） 土酸
3） 酸化副效应及添加剂
4、 其他酸化
5、 油水井酸化后的生产管理
（五） 水井调剖
1、 水井条剖技术的原理及类型
1） 水井条剖技术的原理
调剖是利用注水井非均质多油层间存在的吸水差异和启动压力的差异，通过合理控制较低的注入压力，使调剖优先进入并封堵启动压力最低的高渗透层或部位，在通过提高注入压力，使调剖剂顺次进入到其他启动压力较低的层，达到调整吸水剖面，改善水驱开发效果的目的。
2） 调剖的作用
3） 水井调剖技术的类型
按调剖深度可分为深部调剖和浅部调剖。
2、 调剖井的生产管理
3、 调剖井周围井管理
（六） 机采井三换
机采井“三换”是指抽油机井的抽油机换型、小泵换大泵、大泵换电泵；电泵井的小泵换大泵、大泵换小泵；抽油机换电泵，电泵换抽油机等。全称为换机、换泵、抽油机与电泵互换，简称“三换”。