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采油技術的進步(上)

[加入收藏][字號: ] [時間:2009-06-22 中國石油大學(華東)石油之光 關注度:0]
摘要:  直到20世紀20年代,油田的開發仍長期處于盲目開采的狀態。一口油井出油,其他人也蜂擁而至,就在這口井旁邊鉆井、采油。井架密集到從這口井鉆臺上可以跳到那口井鉆臺上。采油完全依靠天然能量,能自噴的任其敞噴,不能自噴的,安上泵抽。抽不出來就廢...
  直到20世紀20年代,油田的開發仍長期處于盲目開采的狀態。一口油井出油,其他人也蜂擁而至,就在這口井旁邊鉆井、采油。井架密集到從這口井鉆臺上可以跳到那口井鉆臺上。采油完全依靠天然能量,能自噴的任其敞噴,不能自噴的,安上泵抽。抽不出來就廢棄。因此,油藏的采收率很低;許多油田很快就產量遞減;好多油井很快就不出油了。以1901年發現的“紡錘頂”(Spindletop)油田為例,頭幾口井日噴油萬噸,眾人一擁而上,第二年下半年整個油田產量就迅速下落,六年后這里已經沒有幾口井還能產油了。

  這種完全依靠油藏中的天然能量,粗放式的油田開發,稱為“一次采油”,油藏中蘊藏的原油大約只有10%~20%可以開采出來。

  機械采油

  對于不能自噴的油井,只能采取人工舉升。

  人工舉升有兩種:機械采油和氣舉。

  美國的第一個產油區在賓夕法尼亞的泰特斯維爾。那里,油層埋藏淺,地層壓力低,絕大多數油井不能自噴。財力小的生產商安裝手壓泵(唧筒)抽油;財力大的采用蒸汽機,通過游梁和皮帶輪,用泵抽油。

  一口井配一套鍋爐和蒸汽機,成本太高。1875年,米克爾森(AlbertMickerson)和斯特里特(L.C.Streeter)發明了用一套蒸汽機帶動多口油井的泵組,獲得了專利權。1877年,普羅克洛斯(W.F.Plockross)獲得一項專利,是“平衡錘同通常的游梁相連接,可以迅速地倒轉,而且節省動力”。是應用于中心動力的傳動裝置。1880年,耶茨(E.O.Yetes)發明推挽式中心動力裝置,采用抽油拉桿及其夾持裝置。1880年以后,中心動力裝置得到廣泛應用。動力機通過一組或多組皮帶輪傳動裝置,帶動多口井的抽油泵。

  1894年,低轉速燃氣發動機問世。由于它利用油田的伴生氣,結構簡單,很快取代蒸汽機,成為抽油機的動力。

  1892年,出現了第一臺可以驅動抽油機的電動機。美國西弗吉尼亞油田上5口油井用上了電動機。不過,電動機的廣泛應用在1900年以后。

  1922年,漢伯爾(Humble)石油與煉制公司的工程師們對抽油機進行了兩項重大革新,形成了現代游梁抽油機的基礎:

  一是休曼(J.R.Suman)的發明,在抽油機游梁兩端安裝了平衡用的軛鐵塊。二是把拖拉機上的蝸輪蝸桿傳動裝置運用來帶動曲柄機構。第一套樣機在得州博蒙特附近的奧蘭治油田上試驗,井深2600英尺(約800米),運行18個月而故障很少。

  漢伯爾公司的總裁羅斯?斯特林在同他的朋友、勒夫金公司副總裁特魯特(W.C.Trout)共進午餐的時候,把這一情況告訴了特魯特,建議他去現場看看,能不能把這種抽油機定型和商品化。特魯特很感興趣,立即派工程師去考察,并親自指導他們設計。1923年,采用這兩項改進的新型抽油機在得克薩斯的鵝溪油田上投入了使用。兩年后,特魯特為這種抽油機加上了鑄鐵的平衡重。這種抽油機非常暢銷。這就是我們常見的“磕頭機”。

  “磕頭機”用的是有桿泵,通過抽油桿帶動井下的活塞泵。

  另外有一類是無桿泵,包括電動潛油泵(簡稱電潛泵)和水力活塞泵。

  電動潛油泵的發明人是前蘇聯的阿魯托諾夫(A.S.Arutunoff)。它把多級離心泵串在同一根軸上,連同電動機一起下到產油層,把原油通過油管泵送出來。最初,電潛泵用來在礦井里排水,抽吸地下的水和油。1923年,阿魯托諾夫移居美國,也就把電潛泵引進到美國。最先制造并銷售電潛泵的制造商是里達(Reda)公司。第一套電潛泵1926年安裝在堪薩斯州魯塞爾(Rusdl)的油田上。這種泵適應于油層埋藏深的油井。

  水力活塞泵的發明早在1852年。發明者是美國人福西特。他提出了水力活塞泵的原理。而水力活塞泵的實際應用,開始于1945年。

  注水--“二次采油”

  早在1880年,美國地質家J?F?卡爾(John F.CarH)根據賓夕法尼亞Warren、Venango、Clarion和Butter等油田的生產情況,認為含油砂層底部水的流動,幫助油井生產;提出了向油層注水可以提高采油量的觀點,但未引起人們的注意,因為當時人們關注的是如何找到新油田。

  1906--1917年期間,在美國的布雷德福油田、克恩河油田,還有加拿大安大略的石油泉油田,都有人觀察到雨水流入干井使周圍油井增產的現象。

  注水“二次開發”的先驅者是福雷斯特?道恩(Forest D.Dora)。他父子經營一個老油田,偶然發現,地表的雨水流進了已經不產油的廢棄油井,過了一段時間,周圍的油井產量增加了。他們認為是流入的水補充了油層的壓力,因此人為地向油層中注入清水,可以增產。他們做了幾次試驗,證實了這一想法。1915年他們首創“線型注水(Line TypeWaterflood)”方法,在兩排生產井中間,設一排注水井。把水注入注水井,兩邊的生產井產量增加。他們基本上是把一部分生產井改為注水井。

  1916年道恩父子創辦了福雷斯特石油公司(Forest Oil Company),既為自己的油田注水,也為別人提供注水開發的技術服務。他們公司二次采油的產量,1916年只有38桶/日(約1900噸/年),1920年達到10000桶/日(約50萬噸/年)。

  福雷斯特?道恩繼續觀察注水開發的情況,摸索如何不斷改進。1922年,他創造出“五點布井法”,在1 El注水井周圍,布4口生產井。l口注水井為周圍4口生產井服務。

  布雷德福(Bredford)油田是美國,也許是世界上第一個采用注水開發的油田。它發現于1871年,一次采油的產量高峰在1881年,產油2300萬桶(約314萬噸)。此后產量就不斷下降,到1906年,產量只有200萬桶(約27萬噸)了。1924年,福雷斯特石油公司首先在這里應用線型注水方法,把一部分生產井改為注水井。這一年,潮水石油公司的前身Associated Products Co.采用五點布井法在這個油田上注水開發。1928年1月,日產量從1927年的82桶(約4100噸/年)提高到6194桶(約31萬噸/年),直到1931年F半年還侏持1000桶/日(約5萬噸/年)。20世紀30年代,布雷德福油Itt_h普遍采用五點法注水采油,1937年形成又一個產量高峰,年產1650萬桶(約225萬噸)。到1954年,大約54%的產量來自注水開發。
關鍵字: 采油 進步 
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