石油開采技術及應用

吳曉東，潘 振

（延長油田股份有限公司吳起采油廠，陜西延安 717600）

1 石油開采技術介紹

1.1 水平井鉆進

水平井鉆進屬于石油開采階段利用的重要技術之一，利用定向井讓井身能夠沿著設計方向進行鉆進，并且跟隨設計井眼或者軌道鉆進。水平井傾角最高能夠達到90°，水平井是為立足定向鉆進而發(fā)展的技術，鉆進階段，可通過相關技術控制鉆頭軌跡，讓鉆進方向和油層相同，將采收效率提升。該技術的運用適合老井產能恢復，還能低地滲透油田、重油稠油等油藏進行開發(fā)，適合具有垂直裂縫油藏開發(fā)，能夠穿過多層陡峭油層，效果等同于多個直井的共同應用。在水平井的應用之下，能夠對目的層地質信息資料進行收集，控制鉆進階段對于環(huán)境產生污染[1]。

1.2 GIS技術

GIS技術稱為地理信息化系統(tǒng)，借助計算機軟硬件對于地表信息、地理數(shù)據(jù)進行采集，通過分析和處理，輔助石油開采工作進行。應用該技術可以對油田地質信息進行準確勘探，因為系統(tǒng)能夠儲存大量數(shù)據(jù)，便于信息查詢，管理功能強大，所以應用可行性相對較高。

1.3 三次采油

1.3.1 化學驅油

化學驅油即指將化學劑加入在油藏注水之中，使得驅替物質的流體性能發(fā)生改變，進而使流體、原油界面性質發(fā)生改變，優(yōu)化二者流速比，對于界面張力進行控制，屬于采收率提升的重要需要技術?；瘜W驅油有4種方法：①聚合物驅油；②表面活性劑驅油，③堿驅油；④三元復合驅油。

1.3.2 氣驅油

氣驅有主要是利用混合相、非混合相氣體進行驅油。其中混合相驅利用驅動介質、被驅動介質之間溶解產生混合相，提高洗油效率。非混合相驅是利用驅油劑進行驅油，將混合相向原油當中注入，使其膨脹，降低油黏度，提高采收率。

1.3.3 熱力采油

對于稠油開采，可以采取熱力采油技術，主要是通過熱能對于油藏進行加熱，以實現(xiàn)原油黏度降低，將原油地下采收率不斷提高。熱力采油包括如下四種方法：蒸汽吞吐法、蒸汽驅油法、火燒油層法、SAGD法。

1.3.4 微生物采油

微生物采油技術（簡稱MEOR）屬于當前石油開采過程技術含量較高的綠色環(huán)保技術類型之一。MEOR技術應用階段是將微生物、營養(yǎng)源共同向地下油層注入，通過微生物新陳代謝而產生聚合物、活性物質和有機酸，將原油的采收效率不斷提升。因為微生物能夠將水作為生長介質，糖類作為營養(yǎng)物質，技術應用流程簡便，能夠利用注水管將其向地層注入，還能跟隨油藏自由流動，作用范圍大，微生物向井下注入以后，不必采取加壓這一措施，對于油層也不會產生損傷，還能解決油井在生產過程出現(xiàn)的各類問題，采油成本低、效益高。

2 石油開采技術的運用

2.1 水平井鉆進技術應用

2.1.1 控制井身軌跡

在采油工程當中，運用水平井鉆進技術，核心內容即為井身軌跡的控制，該技術可貫穿于鉆井整個過程，無論是鉆具選擇，又或者測量技術使用，還是井底預測，和井身軌跡的控制均相關。整體來講，直井段需控制井身狀態(tài)直順，以防軌跡漂移現(xiàn)象出現(xiàn)，增加定向鉆進的困難。鉆進階段，應高度關注巖屑堆積的預防，使鉆具可以較大的幅度鉆進，且井眼狀態(tài)暢通。對于造斜段與水平段之間的軌跡控制，還需借助水鉆測量儀、導向軌控制、跟蹤與監(jiān)測以及水平井軟件各類技術綜合控制。

利用導向鉆進這項技術完成水平井施工十分關鍵，其在軌跡控制方面可按照剖面要求、實際情況，借助轉盤鉆交替、定向造斜多種技術對于井身軌跡展開調整，這樣軌跡能夠按照預測方向發(fā)展，達到對應目標，保持井眼光滑，將巖屑消除，確保鉆井安全。

利用軌跡監(jiān)測與控制技術，需要借助測量儀器，選擇科學的測量方法，作為控制井眼軌跡的重要依據(jù)，利用MWD測量儀展開測量，對于數(shù)據(jù)信息采取處理，通過跟蹤描述，預測鉆井信息，并結合剖面發(fā)展對于鉆井參數(shù)及時調整。

按照水平井軟件、軌跡追蹤等技術預測結果，合理選擇組合鉆具，完成井眼造斜，井底井斜，如果方位預測等結果存在誤差，那么上述技術的運用對于井眼軌跡的控制可以產生重要影響。

為了對于穩(wěn)斜段、水平段等軌跡展開控制，考慮到水平井施工階段，鉆具處于造斜強度方面具有唯一性，因而受到造斜段的累積誤差影響，使得鉆井軌跡、軸線二者之間相偏離。此時，可以調整穩(wěn)斜段長度，這樣可確保后續(xù)造斜段和設計曲線能夠更吻合。需要注意，若偏差過大，應該重新設計井眼軸線。在穩(wěn)斜段技術應用應該保證鉆具穩(wěn)定，不可出現(xiàn)降斜、方位漂移等問題，鉆進參數(shù)的控制應該合理。如果斜井較長，鉆頭可能受到斜側向力影響，控制水平井鉆孔頂角超過86°，保持方位穩(wěn)定、鉆具穩(wěn)定。除此之外，水平井施工階段，需要借助重加壓鉆頭，使用加壓鉆具工藝，配合側斜定向與井內排粉相關技術。此外，還可選擇泵入保壓技術輔助測斜定向，這樣可靈活控制泥漿參數(shù)[2]。

2.1.2 中井和完井

完井階段，關鍵工序為通井、下套管，如若套管的剛度大，可能在彎曲井段出現(xiàn)變形困難，因此，可以按照控制軌來分配造斜率，掌握井眼軌跡調整與控制方法，輔助通井工作實施，為套管順利向其中放入提供支持，保證固井工作順利進行。

2.1.3 合理使用鉆井液

要將鉆井過程產生的鉆斜帶出地面，確保井眼的清潔程度，讓井壁狀態(tài)保持穩(wěn)定，使用階段，鉆井液功能應滿足下列要求：①密度合理，可使地層壓力保持平衡，規(guī)避地層失穩(wěn)問題發(fā)生；②流動性優(yōu)良，可將懸浮物攜帶走。運用綜合技術來清除鉆屑。在整井段可使用中空導向鉆，運用大排量循環(huán)，清除巖屑；在大斜度段或者水平段，應該使用攜帶能力超強的鉆井液；③鉆井液、完井液擁有良好的潤滑能力；④鉆井液的性能和清潔度穩(wěn)定；⑤對于轉速靈活控制，降低鉆屑量產生。

2.2 GIS技術的應用

石油開采環(huán)節(jié)，GIS技術的應用能夠輔助勘探信息的獲取，對于勘探數(shù)據(jù)庫進行建立，數(shù)據(jù)信息的集成和可視化管理都能起到重要支持作用。利用GIS系統(tǒng)，整合油田地質相關信息，無論是二維數(shù)據(jù)還是三維數(shù)據(jù)，都能集中獲取，便于信息查詢，合理應用該系統(tǒng)能夠將相鄰區(qū)域圖例拼接差、圖符號差異問題解決，對于空間展開可視化分析，為復雜油田地質信息的深入研究提供支持。在石油開發(fā)方面，GIS應用能夠輔助數(shù)據(jù)分析。然而，該技術運用也存在局限性問題，即適合石油開采的相關模型庫少，借助信息化系統(tǒng)可對GIS數(shù)據(jù)進行處理，但是因為處理模塊的缺少，對于技術普及產生影響。未來，應該加大力度開發(fā)模型庫，才能發(fā)揮技術優(yōu)勢，對于相關數(shù)據(jù)深度分析[3]。

2.3 三次采油技術的應用

2.3.1 化學驅油的應用

化學驅油技術應用，適合應用在稀油的驅動方面，原油密度不超過0.968g/cm3，黏度在150mPa·s；對于水質的要求也相對較高，內部不可含有三價的金屬離子，鈣鎂離子濃度在500ml/L左右，礦化度不超過4 000mg/L；對于油藏要求為，溫度在70℃左右，不超過90℃，深度在2 740m之內，油層厚度大，油水井的對應關系相對較好，增產潛力較大?；瘜W驅油的應用可能受到聚合物、環(huán)境條件、污水處理、接替技術、參與聚合物等方面內容限制。

利用表面活性劑進行驅油，能夠減小油水界面的張力，將親油巖石濕潤程度改變，讓原油乳化，提高滲透層流動阻力，降低原油黏度。該技術的運用存在的不足之處是成本過高。

應用堿性物質驅油主要是在注入水內添加堿性物質，利用堿性物質和原油內部有機酸之間的反應，生成表面活性劑，以降低水和油的界面張力，將波及系數(shù)、驅油效率不斷提高。該技術適用條件是原油內部酸值相對較高，如果酸值不超過0.2mg·g·L那么不可使用此方法進行驅油。在原油當中，石油酸、堿等物質發(fā)生反應能夠生成表面活性劑。可利用的堿性物質包括氫氧化鈉、原硅酸鈉和硅酸鈉等。

利用三元復合驅油技術，是按照特定比例調配堿性物質、聚合物、表面活性劑，之后將其向地層內注入，使三者之間產生協(xié)同效應，增加驅替液黏度，使原油采收率不斷提升。該技術應用成本低廉，驅油能力較強，可將油層吸水界面改善，降低原油對于表面活性劑吸附量。此外，該技術運用也存在不同程度缺點，如設備容易腐蝕，采出液處理不當，可能腐蝕 管道[4]。

2.3.2 氣驅油的應用

氣驅方法根據(jù)氣源進行分類，可以分為二氧化碳驅、液化石油氣驅、氮氣驅和煙道氣驅。利用二氧化碳驅技術，是向油層當中注入二氧化碳氣體，讓原油黏度降低，酸化巖石，受到壓力作用完成氣驅過程。利用液化石油氣驅技術，混合相界面張力等于0，吸油效率相對較高，混合以后原油黏度會降低，流速提高，對于驅油介質、原油流速之比具有改善作用。利用氮氣驅技術是向油井中注入氮氣，在油層環(huán)境之下，氮氣可能形成泡沫，對于驅油效率的提升可產生影響，還可起到封堵竄流、調整液面等作用。煙道氣驅對于原油采收率提升效果在二氧化碳、氮氣等驅動技術之間，因為煙氣之內存在二氧化碳氣體，還具備氮氣驅油特性，可應用在重質油藏的開采。

2.3.3 熱力采油的應用

利用蒸汽吞吐方法是周期性向油井注入蒸汽，之后關閉油井，經過一段時間以后，蒸汽能夠向油層擴散，之后重新開井，可將重油產量增加。原理是通過加熱降低原油黏度，或者在回采階段將油井內余熱回收，借助蒸汽吞吐作用，改善油層的滲透率，產生解堵作用。

利用蒸汽驅油方法，主要是向油井內注入干蒸汽，通過蒸汽加熱油層，減小原油黏度，蒸汽被注入地層以后，可變成熱流體，驅趕原油使其流入周圍生產井，開采到地面。

利用火燒油層這項技術進行石油開采，是通過油層生熱方法進行采油，從一口井內連續(xù)注入含氧介質，使其和地層內部原油之間發(fā)生反應，從而產生氣體、熱量，對于地層原油進行驅動，提高原油采出率。原理是高溫和低溫氧化，裂解熱蒸餾、氣體驅動和加熱降黏等[5]。

利用SAGD技術進行采油，主要是通過蒸汽來輔助重力泄油，將蒸汽自由#井底部區(qū)域附近水平生產井的上方向油藏內注入，當原油被加熱以后，蒸汽冷凝，能夠從油藏底部水平井產出。利用該采油技術，原理就是向井內注入蒸汽，使地層中形成蒸汽腔覆蓋在上方，蒸汽逐漸向側面擴展，和油層原油之間產生熱交換，加熱以后原油、蒸汽冷凝水可以受到重力作用，向水平生產井泄下，并且產出。

2.3.4 微生物采油技術的應用

利用MEOR技術進行采油，需要滿足微生物生存條件，對于油層溫度要求為不超過120℃，地下砷、鎳、汞等有毒物質離子濃度在15mg/L之內；地層內部水中氯離子的含量不超過105mg/mol；原油的密度在0.9g/cm3之內；油層滲透率超過5.0×10-4μm2；油藏的含水率超過5%。

利用MEOR技術進行采油可通過單井處理方法完成，對于油井展開處理以后，提高其產量，利用套管將微生物、營養(yǎng)物向地層注入，經過7d開始生產，間隔半年重復一次，讓微生物能夠進入深地層。通過微生物對于單井進行處理，處理對象和進行地層相互接近，選擇厭氧微生物，保證其耐高溫，定期補充營養(yǎng)物質，之后關井。

還可利用微生物驅法，對于油藏整體產生作用，提高其產量。具體而言，是將微生物添加到貯水罐中，在注水系統(tǒng)的輔助下，微生物能夠快速向地層流入，還不影響常規(guī)注水操作的進行，可實現(xiàn)對于大面積地層的處理，對于油田采收率提高有重要影響。

上述技術應用操作流程相對簡單，在溫度恒定環(huán)境當中，在培養(yǎng)罐內注入微生物，對于菌體濃度進行培養(yǎng)，使其和無機鹽水、營養(yǎng)源液之間充分混合，借助注水泵將微生物向油層注入，能夠反復循環(huán)利用，屬于連續(xù)生產需要技術。為了保證微生物選擇合理，能夠適應油層環(huán)境，需要掌握微生物繁殖特點，了解其在多孔介質內的移動情況，定期對注水井壓、產出液濃度（微生物濃度）、水相pH、生產井產量等數(shù)值進行監(jiān)測，在掌握油層環(huán)境前提之下，監(jiān)控微生物 動態(tài)。

如果利用微生物對于井筒進行處理，還需要分析油井電流、負荷等是否發(fā)生變化；如果是單井吞吐，那么油井含水量、含液量也會發(fā)生變化。微生物應用在采油工程不但成本低廉，而且工藝簡單，采收率較高，未來還需要借助基因工程相關技術手段，生產出更多適合高溫油藏、稠油和高礦化度油開采的菌種，為石油開采提供技術支持[6]。

3 結束語

在石油工程開采階段，水平井鉆進、GIS技術和三次采油等應用十分重要。在采油實踐階段，需要從實際出發(fā)，合理運用上述技術，輔助油田開采，提高石油開采效率，助力采油行業(yè)的發(fā)展。