石油钻采基础知识分析介绍

勘探发现油气储层后，需要建立地面和储层之间油气的通道，这就是我们说的钻井。还需要通过射孔、压裂、酸化的采油工艺使油气更容易地从地层流入井底。

1. 钻井工程

经过前期的石油地质勘探和地球物理勘探，确定了石油、天然气在地下岩石中的位置以后，需要做的工作是通过钻井建立油气从地下到地面的通道。钻井在石油工业发展中有非常重要的作用，无论是寻找和证实含油气的地质构造的面积和储量，还是将原油从地下取到地面，都需要钻井。俗话说“钻头不到，油气不冒”，石油系统习惯称钻井为石油工业的“龙头”。

所谓“钻井”，就是利用机械设备和相关技术，在地层中钻出具有一定深度的圆柱形孔眼的工程。在人类发展的历史上，钻井大致经历了挖掘井技术、顿钻钻井技术和旋转钻井技术三个阶段。在前两个阶段，中华民族都处在该项技术的世界最前列。北宋时期出现了顿钻钻井技术，钻成了井深130多米的用于开采盐卤的“卓筒井”。1835年，我国打成了世界上首超千米的卓筒井。目前，四川省大英县境内还保存了数十口卓筒井（图6-9）。

图6-9 大英县卓筒井遗址

根据不同的分类方法，钻井可以分为不同的类别。按照钻井目的可以分为探井和开发井，按照钻井深度可以分为浅井（钻井完钻井深小于2 000米）、中深井（钻井完钻井深2 000～4 500米）、深井（钻井完钻井深4 500～6 000米）和超深井（钻井完钻井深超过6 000米）。

一口井的钻井从开始到完成，大致需要经历钻前准备、钻进、固井、其他作业和完井等工序。

钻前准备：一般包括定井位、修井场公路、平整井场、打基础墩、安装井架和其他钻井设备等工作。

钻进：广义的钻进指从开钻到完钻一段地层或完钻一口井的过程。目前常用的旋转钻井法大致包括钻进（钻头破碎岩石）、循环（被称为“钻井液”的特殊流体，经中空的钻柱从钻头水眼流出以清洗钻头，并将钻头切割形成的岩石小碎块，从钻柱和井壁之间的环形空间向井口返升，直至地面）、接单根（钻进过程中，随着井的加深，钻柱需要及时接长，接一根钻杆就是接单根）、起下钻（为了更换被磨损的钻头，将井中钻柱全部取出，换上新钻头后，再将钻柱下到井中继续钻进的过程称为起下钻）等工序。

固井：将称为套管的无缝钢管下到井中，并在井眼与套管之间的环形空间灌注水泥，以固定套管并隔开钻井的油、气、水层，实现加固井壁和防止开采时层间相互干扰的目的。一口井从开钻到完成，需要多次进行下套管和注水泥，即需要进行数次的固井作业。

其他作业：在钻井过程中，还需要进行岩屑录井、地球物理测井、地层测试等作业，以了解地下不同层位的岩石孔隙性、渗透性和含油、气、水的状况。有时，为了直观地了解地层中油气的真实面貌，还需要在钻井时取出含油气的柱状岩石，这些岩石被称为岩芯，这项工序因此被称为“取芯”。

完井：是钻井的最后工序，目的是建立井眼与油、气储层的通道。根据所建立通道的不同，完井可分为裸眼完井、套管（或尾管）射孔完井、裸眼（或套管）砾石充填等多种方式。

为了完成钻井的各项工序，钻井工人需要一种被称为“钻机”的成套设备。目前全球使用最广泛的是转盘旋转钻机。根据钻井工艺中钻进、循环、起下钻等工序要求，一套钻机必须具备八大系统和设备，即：起升系统（井架、绞车等）、旋转系统（钻柱、转盘等）、循环系统（钻井泵、泥浆池等）、动力系统（柴油机或电动机）、传动系统、控制系统、底座和辅助设备。海上石油钻井一般在钻井平台上进行。

2. 油田开发设计与调整

在基本探明了油、气田储量和掌握了油气藏地质特征以后，关键的工作是要把这些油气“取”出来。换言之，不仅要判断地下是否有“金娃娃”，还需要采用各种技术手段把确定的金娃娃“抱出来”，这就是油气开发。所谓“油气开发”，通俗地讲就是采取什么思路、手段，采用什么工具，把原油和天然气从地下取出来。油田和气田开发既有相似之处，又有明显的差异。下面主要介绍油田的开发设计与调整。

从油田的勘探到油气田开发生命期结束，大体经历早期评价、开发方案的制订与实施、开发方案的调整等阶段。其中，早期评价的主要任务是评价含油气构造、油气水分布、油层及流体物理性质、油田压力系统、驱动类型等，为油气田是否全面开发提供依据。开发方案的制订与实施则包括开发方案的制订和开发方案的实施两个方面。制定油气田开发方案时，需要完成的主要任务有油气藏描述、开发开采方式选择、开发层系划分、井网部署、合理开发速度研究和开发方案优选等工作。开发方案实施则涉及油气井钻井及投产次序和时间、增产措施、动态监测等很多工程技术环节。在开发方案实施过程中，地下的油气储量和空间分布会发生变化，开发初期未曾出现的新工艺、新技术也可能投入应用。为了经济、高效地开发油气，就需要对前期制定的开发方案进行适当的调整。

在20世纪初，油田基本上是依靠地层的天然能量开采的，对油层及其中能量的研究和认识还停留在初级水平。20世纪40年代以来，油气田开发这门学科有了根本性的改变。由于对油气藏进行研究的手段和方法有了根本性的改变，使得对油气藏进行总体解剖和研究成为可能。目前，油气田开发已发展成为应用现代先进的科学技术和装备建设起来的综合工业部门，成为整个石油工业中极为重要的环节。

3. 采油工程

采油工程是油田开发方案实施的核心，在油田开发中起着承上启下的重要作用。通过采油工程衔接钻井工程、油藏工程和地面建设工程，进而可优化油田整体开发方案的实施和调整。

从技术发展的角度看，采油工程是应用各项工程技术措施、解决在油田开发过程中遇到的各种生产技术问题的一门技术学科。从生产角度讲，采油工程是在油井完成后，为将地下原油采出地面，对油井和注入井所采取的各项工程技术措施的总称。

根据油层能量是否充足，油井开采方式可分为自喷和人工举升采油两大类。当油层能量充足时，完全依靠油层本身的能量（岩石和流体的形变、地下天然水体的能量）将原油举升至地面的方法称为自喷。当油层能量较低不足以自喷时，采用机械设备给井筒流体补充能量以将原油举升到地面的方法，称为人工举升采油方法。人工举升采油方法有气举、有杆泵采油、无杆泵采油等类型。

气举是将高压气体从地面注入油井中，依靠气体的膨胀能将井中原油举升到地面的人工举升方法。有杆泵采油具有结构简单、适应性强和寿命长的特点，是目前国内外应用最广泛的机械采油方法。我国陆上各油田生产井约80%采用这种方法，全国陆上各油田产液量的60%、产油量的75%依靠这种方法采出。无杆泵采油与有杆泵采油的主要区别在于动力传递方式不同。有杆泵采油是利用从地面下入井内的抽油杆作为传递地面动力的手段，带动井下抽油泵，将原油抽至地面；而无杆泵采油是用电缆或高压液体将地面能量传输到井下，带动井下机组把原油抽至地面。常用的无杆泵包括潜油电泵、水力活塞泵、水力射流泵和螺杆泵等。

在油井开采过程中，地层压力逐渐下降，往往需要通过注水井向油层注入满足一定水质标准的清水或污水，以补充油层能量，保持一定的油层压力水平。注水是使油井长期高产、稳产的一项重要技术措施，也是油田有效提高原油采收率的手段。我国大多数油田通过早期注水甚至超前注水，取得了很好的开发效果，在高含水油田的控水稳油技术的研究、开发与应用方面，已经走在了世界的前列。

有时，注水井的注入能力或生产井的生产能力难以达到开发方案的要求，需要采取水井增注和油井增产的措施。这些措施主要包括水力压裂和酸化两大类。

在注水开发到一定阶段后，原油的采收率将难以继续提高，此时需要用到其他可以提高原油采收率（Enhanced Oil Recovery，EOR）的措施，即除了天然能量采油和非混相注水、注气，非混相驱油，保持地层能量开采石油方法之外的其他任何能增加油井产量，提高油藏最终采收率的采油方法。EOR方法的一个显著特点是注入的流体改变了油藏岩石和（或）流体性质，从而提高了油藏的最终采收率。目前，大庆、胜利、辽河等油田在EOR方面做了大量的研究和实践。其中，大庆油田在聚合物驱油提高采收率方面处于世界前列。

油井在生产过程中，可能发生地层出砂和井筒结蜡、结垢及腐蚀等问题，直接影响油井的正常生产。因此，必须采取各种有效的工艺技术措施来解决所遇到的这些问题，以确保油田高产稳产和较高的最终采收率。