石油开采技术及应用

吴晓东，潘 振

（延长油田股份有限公司吴起采油厂，陕西延安 717600）

1 石油开采技术介绍

1.1 水平井钻进

水平井钻进属于石油开采阶段利用的重要技术之一，利用定向井让井身能够沿着设计方向进行钻进，并且跟随设计井眼或者轨道钻进。水平井倾角最高能够达到90°，水平井是为立足定向钻进而发展的技术，钻进阶段，可通过相关技术控制钻头轨迹，让钻进方向和油层相同，将采收效率提升。该技术的运用适合老井产能恢复，还能低地渗透油田、重油稠油等油藏进行开发，适合具有垂直裂缝油藏开发，能够穿过多层陡峭油层，效果等同于多个直井的共同应用。在水平井的应用之下，能够对目的层地质信息资料进行收集，控制钻进阶段对于环境产生污染[1]。

1.2 GIS技术

GIS技术称为地理信息化系统，借助计算机软硬件对于地表信息、地理数据进行采集，通过分析和处理，辅助石油开采工作进行。应用该技术可以对油田地质信息进行准确勘探，因为系统能够储存大量数据，便于信息查询，管理功能强大，所以应用可行性相对较高。

1.3 三次采油

1.3.1 化学驱油

化学驱油即指将化学剂加入在油藏注水之中，使得驱替物质的流体性能发生改变，进而使流体、原油界面性质发生改变，优化二者流速比，对于界面张力进行控制，属于采收率提升的重要需要技术。化学驱油有4种方法：①聚合物驱油；②表面活性剂驱油，③碱驱油；④三元复合驱油。

1.3.2 气驱油

气驱有主要是利用混合相、非混合相气体进行驱油。其中混合相驱利用驱动介质、被驱动介质之间溶解产生混合相，提高洗油效率。非混合相驱是利用驱油剂进行驱油，将混合相向原油当中注入，使其膨胀，降低油黏度，提高采收率。

1.3.3 热力采油

对于稠油开采，可以采取热力采油技术，主要是通过热能对于油藏进行加热，以实现原油黏度降低，将原油地下采收率不断提高。热力采油包括如下四种方法：蒸汽吞吐法、蒸汽驱油法、火烧油层法、SAGD法。

1.3.4 微生物采油

微生物采油技术（简称MEOR）属于当前石油开采过程技术含量较高的绿色环保技术类型之一。MEOR技术应用阶段是将微生物、营养源共同向地下油层注入，通过微生物新陈代谢而产生聚合物、活性物质和有机酸，将原油的采收效率不断提升。因为微生物能够将水作为生长介质，糖类作为营养物质，技术应用流程简便，能够利用注水管将其向地层注入，还能跟随油藏自由流动，作用范围大，微生物向井下注入以后，不必采取加压这一措施，对于油层也不会产生损伤，还能解决油井在生产过程出现的各类问题，采油成本低、效益高。

2 石油开采技术的运用

2.1 水平井钻进技术应用

2.1.1 控制井身轨迹

在采油工程当中，运用水平井钻进技术，核心内容即为井身轨迹的控制，该技术可贯穿于钻井整个过程，无论是钻具选择，又或者测量技术使用，还是井底预测，和井身轨迹的控制均相关。整体来讲，直井段需控制井身状态直顺，以防轨迹漂移现象出现，增加定向钻进的困难。钻进阶段，应高度关注岩屑堆积的预防，使钻具可以较大的幅度钻进，且井眼状态畅通。对于造斜段与水平段之间的轨迹控制，还需借助水钻测量仪、导向轨控制、跟踪与监测以及水平井软件各类技术综合控制。

利用导向钻进这项技术完成水平井施工十分关键，其在轨迹控制方面可按照剖面要求、实际情况，借助转盘钻交替、定向造斜多种技术对于井身轨迹展开调整，这样轨迹能够按照预测方向发展，达到对应目标，保持井眼光滑，将岩屑消除，确保钻井安全。

利用轨迹监测与控制技术，需要借助测量仪器，选择科学的测量方法，作为控制井眼轨迹的重要依据，利用MWD测量仪展开测量，对于数据信息采取处理，通过跟踪描述，预测钻井信息，并结合剖面发展对于钻井参数及时调整。

按照水平井软件、轨迹追踪等技术预测结果，合理选择组合钻具，完成井眼造斜，井底井斜，如果方位预测等结果存在误差，那么上述技术的运用对于井眼轨迹的控制可以产生重要影响。

为了对于稳斜段、水平段等轨迹展开控制，考虑到水平井施工阶段，钻具处于造斜强度方面具有唯一性，因而受到造斜段的累积误差影响，使得钻井轨迹、轴线二者之间相偏离。此时，可以调整稳斜段长度，这样可确保后续造斜段和设计曲线能够更吻合。需要注意，若偏差过大，应该重新设计井眼轴线。在稳斜段技术应用应该保证钻具稳定，不可出现降斜、方位漂移等问题，钻进参数的控制应该合理。如果斜井较长，钻头可能受到斜侧向力影响，控制水平井钻孔顶角超过86°，保持方位稳定、钻具稳定。除此之外，水平井施工阶段，需要借助重加压钻头，使用加压钻具工艺，配合侧斜定向与井内排粉相关技术。此外，还可选择泵入保压技术辅助测斜定向，这样可灵活控制泥浆参数[2]。

2.1.2 中井和完井

完井阶段，关键工序为通井、下套管，如若套管的刚度大，可能在弯曲井段出现变形困难，因此，可以按照控制轨来分配造斜率，掌握井眼轨迹调整与控制方法，辅助通井工作实施，为套管顺利向其中放入提供支持，保证固井工作顺利进行。

2.1.3 合理使用钻井液

要将钻井过程产生的钻斜带出地面，确保井眼的清洁程度，让井壁状态保持稳定，使用阶段，钻井液功能应满足下列要求：①密度合理，可使地层压力保持平衡，规避地层失稳问题发生；②流动性优良，可将悬浮物携带走。运用综合技术来清除钻屑。在整井段可使用中空导向钻，运用大排量循环，清除岩屑；在大斜度段或者水平段，应该使用携带能力超强的钻井液；③钻井液、完井液拥有良好的润滑能力；④钻井液的性能和清洁度稳定；⑤对于转速灵活控制，降低钻屑量产生。

2.2 GIS技术的应用

石油开采环节，GIS技术的应用能够辅助勘探信息的获取，对于勘探数据库进行建立，数据信息的集成和可视化管理都能起到重要支持作用。利用GIS系统，整合油田地质相关信息，无论是二维数据还是三维数据，都能集中获取，便于信息查询，合理应用该系统能够将相邻区域图例拼接差、图符号差异问题解决，对于空间展开可视化分析，为复杂油田地质信息的深入研究提供支持。在石油开发方面，GIS应用能够辅助数据分析。然而，该技术运用也存在局限性问题，即适合石油开采的相关模型库少，借助信息化系统可对GIS数据进行处理，但是因为处理模块的缺少，对于技术普及产生影响。未来，应该加大力度开发模型库，才能发挥技术优势，对于相关数据深度分析[3]。

2.3 三次采油技术的应用

2.3.1 化学驱油的应用

化学驱油技术应用，适合应用在稀油的驱动方面，原油密度不超过0.968g/cm3，黏度在150mPa·s；对于水质的要求也相对较高，内部不可含有三价的金属离子，钙镁离子浓度在500ml/L左右，矿化度不超过4 000mg/L；对于油藏要求为，温度在70℃左右，不超过90℃，深度在2 740m之内，油层厚度大，油水井的对应关系相对较好，增产潜力较大。化学驱油的应用可能受到聚合物、环境条件、污水处理、接替技术、参与聚合物等方面内容限制。

利用表面活性剂进行驱油，能够减小油水界面的张力，将亲油岩石湿润程度改变，让原油乳化，提高渗透层流动阻力，降低原油黏度。该技术的运用存在的不足之处是成本过高。

应用碱性物质驱油主要是在注入水内添加碱性物质，利用碱性物质和原油内部有机酸之间的反应，生成表面活性剂，以降低水和油的界面张力，将波及系数、驱油效率不断提高。该技术适用条件是原油内部酸值相对较高，如果酸值不超过0.2mg·g·L那么不可使用此方法进行驱油。在原油当中，石油酸、碱等物质发生反应能够生成表面活性剂。可利用的碱性物质包括氢氧化钠、原硅酸钠和硅酸钠等。

利用三元复合驱油技术，是按照特定比例调配碱性物质、聚合物、表面活性剂，之后将其向地层内注入，使三者之间产生协同效应，增加驱替液黏度，使原油采收率不断提升。该技术应用成本低廉，驱油能力较强，可将油层吸水界面改善，降低原油对于表面活性剂吸附量。此外，该技术运用也存在不同程度缺点，如设备容易腐蚀，采出液处理不当，可能腐蚀 管道[4]。

2.3.2 气驱油的应用

气驱方法根据气源进行分类，可以分为二氧化碳驱、液化石油气驱、氮气驱和烟道气驱。利用二氧化碳驱技术，是向油层当中注入二氧化碳气体，让原油黏度降低，酸化岩石，受到压力作用完成气驱过程。利用液化石油气驱技术，混合相界面张力等于0，吸油效率相对较高，混合以后原油黏度会降低，流速提高，对于驱油介质、原油流速之比具有改善作用。利用氮气驱技术是向油井中注入氮气，在油层环境之下，氮气可能形成泡沫，对于驱油效率的提升可产生影响，还可起到封堵窜流、调整液面等作用。烟道气驱对于原油采收率提升效果在二氧化碳、氮气等驱动技术之间，因为烟气之内存在二氧化碳气体，还具备氮气驱油特性，可应用在重质油藏的开采。

2.3.3 热力采油的应用

利用蒸汽吞吐方法是周期性向油井注入蒸汽，之后关闭油井，经过一段时间以后，蒸汽能够向油层扩散，之后重新开井，可将重油产量增加。原理是通过加热降低原油黏度，或者在回采阶段将油井内余热回收，借助蒸汽吞吐作用，改善油层的渗透率，产生解堵作用。

利用蒸汽驱油方法，主要是向油井内注入干蒸汽，通过蒸汽加热油层，减小原油黏度，蒸汽被注入地层以后，可变成热流体，驱赶原油使其流入周围生产井，开采到地面。

利用火烧油层这项技术进行石油开采，是通过油层生热方法进行采油，从一口井内连续注入含氧介质，使其和地层内部原油之间发生反应，从而产生气体、热量，对于地层原油进行驱动，提高原油采出率。原理是高温和低温氧化，裂解热蒸馏、气体驱动和加热降黏等[5]。

利用SAGD技术进行采油，主要是通过蒸汽来辅助重力泄油，将蒸汽自由#井底部区域附近水平生产井的上方向油藏内注入，当原油被加热以后，蒸汽冷凝，能够从油藏底部水平井产出。利用该采油技术，原理就是向井内注入蒸汽，使地层中形成蒸汽腔覆盖在上方，蒸汽逐渐向侧面扩展，和油层原油之间产生热交换，加热以后原油、蒸汽冷凝水可以受到重力作用，向水平生产井泄下，并且产出。

2.3.4 微生物采油技术的应用

利用MEOR技术进行采油，需要满足微生物生存条件，对于油层温度要求为不超过120℃，地下砷、镍、汞等有毒物质离子浓度在15mg/L之内；地层内部水中氯离子的含量不超过105mg/mol；原油的密度在0.9g/cm3之内；油层渗透率超过5.0×10-4μm2；油藏的含水率超过5%。

利用MEOR技术进行采油可通过单井处理方法完成，对于油井展开处理以后，提高其产量，利用套管将微生物、营养物向地层注入，经过7d开始生产，间隔半年重复一次，让微生物能够进入深地层。通过微生物对于单井进行处理，处理对象和进行地层相互接近，选择厌氧微生物，保证其耐高温，定期补充营养物质，之后关井。

还可利用微生物驱法，对于油藏整体产生作用，提高其产量。具体而言，是将微生物添加到贮水罐中，在注水系统的辅助下，微生物能够快速向地层流入，还不影响常规注水操作的进行，可实现对于大面积地层的处理，对于油田采收率提高有重要影响。

上述技术应用操作流程相对简单，在温度恒定环境当中，在培养罐内注入微生物，对于菌体浓度进行培养，使其和无机盐水、营养源液之间充分混合，借助注水泵将微生物向油层注入，能够反复循环利用，属于连续生产需要技术。为了保证微生物选择合理，能够适应油层环境，需要掌握微生物繁殖特点，了解其在多孔介质内的移动情况，定期对注水井压、产出液浓度（微生物浓度）、水相pH、生产井产量等数值进行监测，在掌握油层环境前提之下，监控微生物 动态。

如果利用微生物对于井筒进行处理，还需要分析油井电流、负荷等是否发生变化；如果是单井吞吐，那么油井含水量、含液量也会发生变化。微生物应用在采油工程不但成本低廉，而且工艺简单，采收率较高，未来还需要借助基因工程相关技术手段，生产出更多适合高温油藏、稠油和高矿化度油开采的菌种，为石油开采提供技术支持[6]。

3 结束语

在石油工程开采阶段，水平井钻进、GIS技术和三次采油等应用十分重要。在采油实践阶段，需要从实际出发，合理运用上述技术，辅助油田开采，提高石油开采效率，助力采油行业的发展。