1、第一章 采油工程方案設計概要采油工程方案是油田開發總體方案的核心，它是完成油藏工程方案開發指標的重要保障，也是地面工程建設的依據和工作出發點。采油工程方案設計的科學合理與否直接涉及油田開發的重要決策和經濟效益。第一節 概述一、油田開發總體建設方案油田開發總體建設方案的編制是在地質勘探成果和試油、試采工作的基礎上進行的，它包括油藏地質研究、油藏工程設計、鉆井工程設計、采油工程設計、地面工程設計、總體方案經濟評價和總體方案決策等七個方面，其構成與相互間的聯系見圖1-1。圖1-1 油田開發總體建設方案構成簡圖油藏地質研究是對油藏認識和描述，并提供油藏地質模型，是總體方案設計的依據和基礎。油藏工程設計

2、是依據油藏地質模型和試油、試采資料，通過一系列動態實驗和模擬，確立開發方式和規模、劃分開發層系、部署開發井網、應用油藏工程方法和數值模擬技術預測開發動態指標，并在技術經濟分析的基礎上編制出油藏工程方案。采油工程設計是依據油藏地質研究成果，評價油藏工程方案的技術可行性，并制訂一系列工藝措施方案，以確保油藏工程方案擬定開發指標的實現。鉆井工程設計和地面工程設計是根據油藏工程、采油工程方案的要求，建立地層流體的流動通道，并實現油氣生產的控制、調節與流體的分離、計量等。總體經濟評價是對工程方案進行技術經濟分析，以評價技術方案的經濟可行性。總體方案決策是上述研究成果的總結與集成。二、采油工程方案的基本構

3、成、設計原則與要求1采油工程方案的基本構成根據采油工程在油田開發過程中的任務，采油工程方案的基本構成見圖1-2。圖1-2 采油工程方案基本構成圖油田開發總體部署及方案編制原則與要求，是采油工程方案編制的指導。方案編制的基礎資料是采油工程方案設計的依據。開發全過程中系統保護油層的要求與措施，是影響油井產能和開發效果的關鍵。完井工程設計、采油方式優選、注水工藝設計、油層改造、配套工藝設計與動態監測等，是采油工程方案的主體。措施與作業工作量預測、經濟評價等，是實施采油工程方案、制定作業規劃和經濟評價的依據。采油工程方案的具體設計與編制，見石油工業標準化委員會制定的SY/T6081-94標準采油工程方

4、案設計編寫規范。2采油工程方案設計的基本原則1）設計方法要具有較強的科學性在開發方案設計中，油藏工程、采油工程、地面工程必須進行平行研究，相互結合、相互滲透，充分發揮各自的優勢，提高總體方案設計水平。采油工程方案必須緊密結合油藏實際，兼顧地面工程要求，借鑒國內外同類油藏和類似地面條件的油田開采的成功經驗，充分利用試油、試采中取得的基本數據和前期各項研究成果，采用先進的數值模擬、物理模擬方法，使方案設計有堅實的實驗和理論基礎，提高方案決策的科學性。2）方案設計既全面又重點突出按照石油行業規范，借鑒其他成功采油工程方案的經驗，結合本油田采油工程特點，既要考慮圖1-1-2所規定的采油工程方案基本構成

5、的內容，又要根據油田具體情況對所采用的基本措施和關鍵技術進行重點論證，對特殊性油藏還應開展專題研究。3）要滿足油藏工程和地面建設要求采油工藝設計起碼要遵循下述原則：（1）技術先進成熟，工藝成龍配套，對油藏有良好的適應性，既能完成開發方案配產目標，又能滿足油田開發各階段生產的需要。（2）有良好的可操作性，在開發推移過程中可靈活調整，充分發揮油井潛能。（3）要最大程度的減少井下作業工作量。4）加強敏感性研究并進行多方案優化對采油工程方案中的重要研究專題，要進行多方案的敏感性分析對比研究，優化選擇最佳方案。5）堅持“少投入多產出”的經濟原則對方案要綜合進行技術評價和經濟評價，使得優化的方案既要充分發

6、揮油井產能和采油設備效率，又要盡可能地降低油田開發成本，提高油田開發的總體經濟效益。3方案編制步驟1）收集和分析油藏地質和試油、試采以及鉆井、完井等相關資料，熟悉和掌握油藏特點。2）結合油藏特點和總體部署的要求進行技術調研。3）擬訂編制大綱，確定重點，提出試采工藝要求和需要開展的研究課題。4）在進行工程設計計算的同時，針對油田的某些特殊問題開展專題研究或現場工藝試驗。5）對各部分內容進行定期協調，對部分成果進行審查。6）提出方案報告，進行方案評審。第二節 采油工程方案技術設計內容一、采油舉升方式選擇舉升方式選擇的依據和要求為：1預測不同含水階段的油井產液指數和產油指數。2研究油井產能分布，按油

7、井產能進行油井分類，確定不同含水階段各類井井數的變化，分析各類油井在油藏上的分布情況。3模擬油井生產動態，預測不同壓力保持水平下，各類油井采用不同舉升方式可能獲得的最大產量、完成配產要求的生產操作參數及油井生產動態指標。4綜合考慮經濟、技術及管理等各種因素進行評價，優選舉升方式和舉升設備。二、采油工程配套工藝1解堵工藝1）對注入井液進行配伍性研究，根據注入井夜的性質，分析可能造成油層傷害的原因、傷害類型及程度。2）針對油藏特點和堵塞原因，分析酸化解堵或壓裂解堵的可行性及工藝要求。亦可分析選擇其它解堵方法。2防砂工藝1）根據儲層特征、試油試采資料、油水井工作制度等進行出砂預測及出砂規律分析。2）

8、針對儲層巖石結構、出砂預測結果、各種防砂工藝對油藏的適應性，選擇高效、經濟、適用的防砂方法，優選工藝參數和配套技術。3防蠟工藝1）在對原油組成、性質、含蠟量、蠟性、結蠟條件等室內實驗分析的基礎上，結合試采資料進行結蠟規律研究。2）根據室內研究結果，借鑒同類油田的經驗，選擇經濟有效的防蠟工藝措施。4堵水工藝1）根據油藏數據進行理論分析，并借鑒同類油田的經驗，提出防水、堵水的措施，確定堵水的合理時機。 2）針對油藏地質及開采特點，選擇堵劑與堵水工藝，制定堵水方案。5防垢及防腐工藝對產出、注入流體特性進行結垢和腐蝕性預測，根據預測結果提出相應的防垢、清垢和防腐工藝措施。三、注水工藝方案設計1注水工藝

9、方案的基礎分析注水工藝方案的基礎分析主要包括油藏工程方案對注水的要求、儲層潤濕性分析、儲層敏感性對注水的影響分析及應采取的技術措施、水源條件分析等。2注水系統壓力分析注水系統壓力分析主要包括注水井吸水能力分析和預測、注水井破裂壓力預測、注水井井底壓力與井口壓力設計等。3注水管柱設計注水管柱設計主要包括注水管柱結構設計與強度校核、井下配套工具選擇、注水井井筒及管柱防腐措施等。4注水井增注與調剖1）針對油藏地質特點、配注要求和吸水能力，分析注水井采取措施的必要性，選擇增注措施，并預測保證配注要求的可能性。2）根據油藏地質特征及開發動態預測結果，分析采取調剖工作的必要性，在技術論證的基礎上，提出采取

10、相應的調剖措施建議。5注水井投轉注1）根據油藏工程方案要求，針對油藏特點提出注水井投注或轉注的工藝技術方案。2）按注水井和注水站管理的有關規程提出日常管理要求，并針對本油田的開發特點提出維持注水井及地面系統正常工作的某些特殊要求和措施。四、油田生產動態監測1根據油藏工程和采油工程要求，論證開發過程中需要實施的動態監測項目，制定油田動態監測總體方案，明確監測目標、測試方法和工藝要求。2選擇配套測試儀器和設備。3根據有關規定進行測試，取全取準各項測試資料。五、作業工作量預測1作業工作量預測作業量預測，首先是根據采油工程方案相關部分提出的措施要求，確定進行作業種類和估算需要實施的作業次數。然后，采用

11、統計法或折算標準工作量法進行工作量預測。 2作業隊伍需要按照總公司有關標準和規定，根據預測的作業工作量，提出作業隊伍需求規劃。3配套廠站預測根據經營模式和方案內容，遵循“因地制宜”、“避免重復”和“少投入，多產出”的原則，通過分析論證，預測配套廠站建設規模。第三節 采油方式綜合評價與決策分析一、采油方式選擇的基本內容1以油藏或開發區塊為對象，根據油藏工程設計預測的單井產能建立不同開發階段的油井產能分布模型，進行油井分類。2根據地面生產條件、油藏地質條件和各種舉升方式可能的適應范圍，初步確定可供選用的各種采油方式，以便進一步進行計算和分析。3應用油井生產動態模擬器預測不同階段、不同類型油井以不同

12、舉升方式生產時的油井動態，包括機械采油方式轉換時機、各種方式在不同產液指數與不同含水情況下的可能產量、所用設備的工作參數及工況指標等。4評價不同采油方式對不同油藏工程方案的適應程度，對油藏工程方案提出修正或選擇建議。5計算不同舉升方式的舉升費用和投入產出比。6進行技術經濟綜合評價，對不同含水階段采用的舉升方式作出選擇，對油藏工程方案提出反饋建議。二、采油方式綜合評價與決策模式1油田開采和采油方式應用特點1）油田開采是一個龐大而復雜的系統工程，油、水井生產系統則是油田開發系統的中心環節，油井生產系統則是注采系統的重要組成部分。因此，必須在充分研究各種采油方式組成的生產系統生產規律的基礎上，把油井

13、生產系統放在高一級系統的大環境中研究它對整個開采系統的影響，才能對采用何種采油方式作出正確評價和選擇。2）油田開采是一個動態過程，原油生產又必須通過單井來實現。所以，采油方式的選擇，也必須綜合考慮油田動態變化和單井產能分布規律。3）工程投資、機采設備、管理維護等，是油田投入開發后的主要投入，而不同采油方式的投入產出比不同，為此，也需要在技術經濟綜合評價的基礎上選擇采油方式。2采油方式綜合評價與決策的基本模式1）采油方式綜合評價決策系統的概念框架（1）系統目標在進行各種采油方式對油田或區塊適應性研究、完成油藏工程設計產量指標的可行性分析的基礎上，要選擇技術上可行、經濟上合理的采油方式，并確定舉升

14、設備、操作參數和預測工況指標。（2）系統范圍處于不同開發階段的各類油井可能采取的舉升系統。（3）約束條件油藏地質特征和油藏工程設計的油田開發指標，以及油井與地面條件和舉升設備工作參數指標的許用值。（4）系統組成采油方式綜合評價與決策系統的組成見圖1-3。圖1-3 采油方式綜合評價與決策基本模式2）油井生產系統生產過程動態模擬建立油井生產系統動態預測模型和確定計算方法，應用節點分析方法預測和分析不同舉升方式的油井生產動態指標。3）綜合評價與決策建立包括經濟、技術和管理等多因素、多層次的綜合評價體系和應用模糊評判方法進行綜合評價的決策模型。二、油井生產系統及其動態模擬1油井生產系統油井生產系統由油

15、藏、井筒和地面三個依次銜接、互相影響而又具有不同流動規律的子系統所組成。1）油藏子系統反映原油從油藏中向井底的流動過程，從根本上決定著油井產能的大小。通過對各井點的產能及其變化的分析，即可得到整個油藏系統中油井供液能力在空間（處于不同位置的油井）上的分布和在時間（不同含水階段）上的變化狀況。油井生產系統中油藏子系統的工作由流入動態關系（IPR）來描述。2）油井子系統描述流入井底的原油被舉升到地面的過程。不同采油方式組成不同的井筒舉升系統。圖1-4為有桿泵生產系統。圖1-4 抽油井生產系統簡圖3）地面子系統描述油氣舉升到地面后流向油氣分離器的過程，它遵循水平或傾斜多相管流規律。2油井生產系統的動

16、態模擬采用相應的模擬器對各種采油方式的油井生產系統動態進行模擬，是舉升方式選擇的核心。模擬方案（條件）根據油藏地質條件、油田開發指標進行選定。1）油井生產系統動態模擬模型（1）最大產量模型不同采油方式在一定含水、產液指數及舉升設備下，可獲得的最大產量，公式為：式中 參與評價計算的第個油藏壓力保持水平，一般 根據模擬方案確定的參與計算的產液指數，1，2，6； 參數計算的含水，含水隨開發時間而變，； 模擬方案初選的采油方式,為參與評價的采油方式數; 第種采油方式舉升設備的操作性能參數，為舉升設備操作性能參數數量。（2）優化數學模型優選各種采油方式工作參數，可獲得每種采油方式可能的最大舉升產量。這是

17、一個有約束非線性混合離散量最優問題，優化數學模型一般表達形式為：X式中 目標函數； 優化變量；，相應采油方式的工作參數；變量的可行域，由每種采油方式舉升設備的技術性能指標給定；第個約束函數；連續變量；離散變量； 約束函數的個數。（3）約束條件的處理舉升系統工作參數優化的主要約束條件，是每種采油方式的舉升設備技術指標的許用值。若某工況指標不能滿足其中之一，便進行目標函數的懲罰，于是就將問題轉化成無約束最優化，其數學形式為： （在可行性域內） （在可行性域外）式中 原目標函數；懲罰目標函數；X優化變量。目標函數和約束函數的計算是交叉進行的，在運算中一旦出現不滿足約束的情況，則停止目標函數和以后約束

18、函數的計算，并進行目標函數的懲罰。2）油井生產動態模擬系統的基本流程不同采油方式的油井生產動態模擬器，主體流程基本相同，主要差別在于工作參數、優化變量和工況指標計算模型的不同。圖1-5為典型的油井生產動態模擬器的主體流程。 圖1-5 典型的油井生產動態模擬器流程圖三、采油方式綜合評價因素及模型1綜合評價因素由于評價過程中涉及到眾多不同層次的模糊因素，因此一般采用三級模糊評判法。評價中所考慮的各級因素如下：2三級綜合評判模型三級綜合評判將眾多因素分為三個層次，首先，全部因素分為大類，構成因素集：其中每一個因素子集又分為細類，即：式中 各大類的權重集； 三級模糊評判集； 模胡評判矩陣； 因素大類；

19、 因素細類。各大類中的細類數目可能不同，即對不同的可以有不同的。然后各類又分為多個元素，并構成三個層次的因素集。模型中，為各大類的權重集：在第大類中，各細類的權重集為：， ()備擇集是以總評判的各種可能的結果為元素所組成的集合：模型中的為一級模糊綜合評判矩陣，它是第大類、第細類中各因素在級上的隸屬度構成的評判矩陣。模型中是二級模糊評判矩陣。為三級模糊評判集：評判指標處理在得到評判指標之后，使用加權平均法選擇最優評判對象。評判結果為：在采油方式優選中，評判對象有有桿泵、水力活塞泵、電泵和氣舉。備擇集為：在各評判對象中評判結果值最大者便為最佳采油方式。四、決策分析步驟1需要的主要技術資料1）地面及

20、地下流體性質；2）試油試采產能資料；3）油層及井身資料；4）與原油生產費用有關的數據；5）油藏工程方案確定的開發方式及預測的不同開發階段的動態指標。2決策分析工作步驟決策分析流程見圖1-6。其步驟如下：圖1-6 采油方式綜合評價與決策流程決策分析的步驟為：1）根據掌握的油藏地質研究和油藏工程資料確定計算方案，例如初步選擇需要計算的采油方式、用于計算的油藏壓力保持水平、油井初步分類等。2）確定油井產能分布及不同開發階段的變化，即確定各類井不同階段的產液指數，繪制曲線，并確定產液指數的計算范圍和間隔。產液指數可由油藏數值模擬提供，也可用歸一化相滲透率曲線計算。3）利用模擬器計算初選的舉升方式在各種

21、采液指數、不同含水條件下可能獲得的最大產量圖版、曲線，同時確定出相應條件的設備、工作參數及工況指標。4）由各類油井的曲線與不同舉升方式的、圖版，確定各類油井采用各種方式，在不同含水開發階段的最大產量曲線，并確定泵型、工作參數及油井工況指標。5）計算經濟指標并進行綜合評判，繪制各采油方式在各開發階段的決策系數曲線。6）根據決策系數和總體方案要求，通過進一步分析，確定推薦的采油方式和接替方案。第四節 采油工程方案經濟評價一、評價基礎數據與指標的確定1評價基礎數據經濟分析的基礎數據包括:油水井數、采油設備投資、折舊年限及燃料材料成本、注脫水單價、電費、人月工資、井均工人數、標準作業價、管理費、商品油

22、氣價格等基本單價指標，年油氣產量、年注水量等油田生產指標預測結果，作業項目及工作量預測結果，動態監測工作量預測結果，作業費用與標準作業井次預測結果等。2評價指標包括財務內部收益率、投資回收期、財務凈現值和財務凈現值率、投資利潤率和投資利稅率以及單位采油（氣）成本等。1） 財務內部收益率財務內部收益率是指項目在計算期內各年凈現金流量現值累計等于零時的折現率。式中 為現金流入量；為現金流出量；第年的凈現金流量；計算期(評價年限)，年；財務內部收益率，小數。根據評價基礎數據可獲得現金流入量CI、現金流出量CO。財務內部收益率FIRR主要用于項目可行性研究和方案比選，若FIRR不小于部門基準收益率（目

23、前一般取基準收益率為12），則認為項目在財務上是可以考慮接受的。在進行方案比選時，一般認為財務內部收益率越大，方案的經濟效果越好。2）投資回收期投資回收期是以項目凈收益抵償全部投資所需要的時間。式中 投資回收期，年。投資回收期可利用財務現金流量表(全部投資)求得。計算方法為：式中 累計凈現金流量開始出現正值的年份；項目至T-1年累計凈現金流量的絕對值；第T年的凈現金流量。投資回收期是反映項目財務上投資回收能力的重要指標。若項目評價求出的投資回收期不大于部門基準值（原油開采一般取為10年），即認為項目在財務上具有較好的投資回收能力。3）財務凈現值和財務凈現值率財務凈現值是指項目在計算期內各年凈現

24、金流量按設定折現率（或規定的基準收益率）貼現的現值之和。財務凈現值率指項目凈現值與全部投資現值之比，也即單位投資現值的凈現值。式中 為財務凈現值；為折現率，小數；為財務凈現值率；為投資（包括固定資產投資和流動資金）的現值。財務凈現值、財務凈現值率反映項目在計算期內財務效果的動態評價指標，當0時，項目在財務上是可以考慮接受的。在方案比選時，應選擇凈現值大的方案。當各方案投資額不同時，需進一步用凈現值率來衡量，應選擇財務凈現值率大的方案。4）投資利潤率及投資利稅率投資利潤率指項目生產期內年平均利潤總額與總投資的比例。投資利稅率則指項目生產期內年平均利稅總額與總投資的比例。其中：年利潤總額年銷售收入-年總成本-年銷售稅金-年技術轉讓費-年資源稅-年營業外凈支出年利稅總額年利潤總額+年銷售稅金+資源稅投資利潤率及投資利稅率都是反映項目投資效果的靜態評價指標。在進行項目財務評價時，若投資利潤率及投資利稅率大于或等于其基準值，則表明項目具有較好的經濟效