采油工程设计指南

采油工程设计 第一节 完井工程设计

一、完井方法

1、油藏工程及采油工程对完井的要求

列出各方案的井别及数量：采油井、注水井（或注气井）、水平井、丛式井、多底井、观察井及水源井等。

2、井身结构确定

1）套管程序的确定

根据原始地层压力和破裂压力剖面、注水压力，确定井身结构层次、下深和水泥面返高。根据采油工程要求确定完井方式、完钻井眼尺寸及油层套管尺寸。给出套管程序：

（1）表层套管：钢级×外径×壁厚 （2）技术套管：钢级×外径×壁厚 （3）生产套管：钢级×外径×壁厚 绘出完井工程示意图。 2）水泥固井

根据要求确定注水泥方式（一次注水泥，分级注水泥或管外封隔器注水泥），根据油藏要求确定水泥性能、返高及主要外加剂和外加剂的数量。

3、完井设计

根据油藏特性优选完井方法。 ①.套管固井射孔完井

若采用套管固井射孔完井，生产套管内径应与最大产油量油管相匹配，并要考虑大修和侧钻更新的要求。在此基础上选择生产套管的尺寸、钢级、强度、壁厚、螺纹连接类型、螺纹密封脂的类型及上扣扭矩。若尾管完井，则要给出悬挂深度及悬挂方式。

②.裸眼完井

确定是采用先期裸眼完井还是后期裸眼完井。 ③.割缝衬管完井

割缝衬管完井，要确定缝割的形状、缝口宽度、缝眼排列形式及数量。若尾管完井，给出悬挂深度及悬挂方式。若选用定向井和水平井则要考虑套管弯曲，套管螺纹承受的拉力、螺纹的密封问题，造斜段过泵及井下工具等问题。

④.砾石充填完井

砾石充填完井时要根据筛管及砾石充填设计要求，（比如绕丝筛管尺寸及缝隙尺寸要求，砾石质量要求、扩眼尺寸及工艺要求等确定充填砾石中径，携砂液配方及性能。

⑤.预充填烧丝筛管完井

对预充填烧丝筛管完井进行施工设计。 ⑥.其它防砂完成井

是否选择有金属纤维防砂筛管、陶瓷防砂、化学预包砂人工井壁等完井，根据具体储层条件来筛选。对事故井和抢险井的完井方法按现场条件来决定。

4、自喷井系统装置选择

1）井口装置

优选自喷井井口装置（采油树）的型号、连接基本形式（法兰、卡箍连接）、最大工作压力及公称通径和试压等级。

2）套管头

选择套管头型号，类型（单体式、分级式、组合式、整体式），连接方式等，提出分级试压要求。

3）油管头

油管头安装于采油树和套管之间，支撑井内油管重力。所以要计算承受的井口压力，支撑井内油管的重力，密封油套管环形空间的压力，循环压井或井下作业的最大压力等参数。在此基础上优选油管头。

4）采油树

采油树选择必须符合KYS25/650DQ、kYS25／65SL、KYS15/62DQ等标准，按最大压力和公称直径选择。试压时必须超过铭牌压力1.5倍试压，不刺不漏，修复闸门不得在高气油比井中使用。

二、油管尺寸优选及管柱受力分析 1、油管尺寸优选

根据多相管流理论，计算并优选出保证自喷期生产时间最长的油管尺寸及油管直径，保证

摩阻损失和滑脱损失保持最低，达到最大的能量利用效率。

2、增产措施对油管及生产套管尺寸和强度的校核

考虑到水力加砂大型压裂或者碳酸盐岩地层的水力加砂压裂、酸压，特别是深井、高破裂压力井的特殊处理，对优选出的油管尺寸及生产套管尺寸和强度应进行校核。

3、自喷井采油管柱

1）自喷采油管柱设计

自喷井采油管柱分单管、双管单封隔器、油套管分采、同心管分采等管柱。按开发和采油工程要求设计单油管采油管柱；单油管带单封隔器采油管住；带井下安全阀的采油管柱；如果需分采，单管分采管柱设计包括：

①.中心管式分采管柱 ②.偏心式分采管柱 ③.滑套式分采管柱

设计这三种管柱要对井下配产器、配产油咀、封隔器、井下安全阀、循环阀、压井阀等选择型号、规格、技术指标等连接关系。报告附采油管柱结构示意图。

2）双管分采管柱设计

选择双管分采井下工具设备类型、规格示意图；双管采油树选型及安装示意图；对封隔器检封及井口试压。

4、管柱受力分析

1）管柱受力及长度应变计算

油井生产或增产处理过程中，温度、压力和流体密度的变化会引起封隔器管柱受力和长度的改变。按其作用的不同，分别计算活塞效应、螺旋弯曲效应、鼓胀效应和温度效应，并给出在允许中心管移动时，管柱总长度的变化以及在不允许中心管移动时，管柱内产生的力。

2）管柱危险点强度校核

在封隔器管柱中，强度危险点在紧靠封隔器上面的油管处。计算温度和压力发生变化后的复合应力。

3）管柱受力分析结论

根据管拄受力分析计算，对管柱设计是否合理和安全提出结论性意见。

三、射孔参数 1、射孔方法

结合油田实际，充分论证不同射孔方法的适应性，并对射孔方法提出选择意见。射孔的方法有：

1）电缆传输射孔（WCG）（正压射孔和负压射孔）；

2）油管传输射孔（TCP）（正压射孔、负压射孔或投棒、油管蹩压引爆）； 3）油管传输射孔酸化联作管柱（丢枪方式和不丢枪方式）。

2、射孔参数优选

按下列步骤进行射孔参数优选：

1）首先建立储层产能数学模式，获取各种条件下射孔产能比定量关系；

2）收集本地区、邻井有关资料和数据，拟合优化设计参数、射开程度和位置（按地质方案射孔通知单执行）；

3）调查射孔枪、射孔弹型号和性能测试数据； 4）校正各种弹型井下穿透深度和孔径； 5）计算各种弹压实伤害参数； 6）计算设计井的钻井伤害参数；

7）设计各种参数配合下的产能比和套管抗挤毁能力降低系数，优选出最佳的射孔参数配合；

8）预测选择方案下的产量，表皮因子。

9）最后给出参数优选结果：射孔枪型、孔密、相位角、射孔方式、负压值、起爆方式、射开程度及位置。

四、出砂预测和预防 1、控制井底压力的解析方法

从井底岩层的切向应力应小于岩石颗粒的固结力出发，推导求出防止出砂的井底压力，根据计算结果，提出预防出砂最大采油压差界限。

2、出砂指数预测

根据储层岩石力学特性，描述岩石强度的参数，主要参数有杨氏模量E，剪切弹性μ，体积弹性模量K和泊松比σ等，依据各弹性模量之间的关系求得出砂指数B值，B值越大，说明岩石的体积弹性模量K和剪切弹性μ之和越大，稳定性越好。通常判断标准为：

当B≥2.0在正常采油时油层不出砂， 1.5＜B＜2.O时轻微出砂， B＜1.5时在则出砂较多。

3、声波时差预测出砂

采用声波在地层中的传播时差（Δt）进行出砂预测，当Δt＞295μm/m时，在正常生产中油井往往开始出砂，应提出采取防砂措施。

采用气举或电泵人工举升时，原油中含砂量不应超过允许的范围。在油田早期开发阶段可以不采取防砂措施，随着排量不断增加，地层压力下降，或采取酸化、压裂等措施后，可能使砂

岩破坏引起出砂，影响生产，届时可考虑后期防砂。

4、防砂可行性方案讨论

用上述三种方法综合评价油井出砂情况。当出砂比大于5‰时，考虑先期防砂，否则后期防砂。当推荐后期防砂时要加以论证。

第二节 储层保护工艺技术

一、储层敏感性分析评价 1、储层潜在的敏感性评价

1）流速敏感性

据不同层位不同样品速敏实验，列出临界流速及相应的渗透率损害率，作出速敏性程度评价。

2）水敏感性

据不同层位不同样品水敏实验，列出相应水敏指数，作出水敏性程度评价。

3）酸敏性

据不同层位不同岩样分别在盐酸（15％HCI）和土酸（12％HCl十3％HF）测定溶失率和残酸中离子浓度，对酸溶性作出分析和评价。据岩样流动酸敏驱替曲线及离子浓度曲线计算出酸敏指数对酸敏性程度作出评价。

4）碱敏性

据不同层位不同样品碱敏性实验，列出不同临界PH值相应的碱敏指数，作出碱敏性程度评价。

5）盐度敏感性

据不同层位不同样品测定絮凝临界盐度，流体矿化度如果低于临界盐度，絮凝值将大幅度下降，引起渗透率下降，并与水敏性对应一起评价。

二、储层保护措施

在钻开油层、注水泥浆、射孔、试油、酸化、压裂、采油、注水、修井等施工过程中会不同程度地破坏油气层，给油气层带来损害。因此为了保护储层，根据储层敏感性评价结论对钻井液、固井水泥浆、射孔液、修井液、进井液处理、酸化压裂作业等提出具体要求及措施。

第三节 自喷开采技术

一、油井流入动态

应用节点分析程序绘制油井流入动态曲线（IPR曲线），描述井底流压和产液量的关系。

二、不同含水期的停喷压力预测

根据自喷管柱采用的不同直径油管，选定稳定自喷生产的井口油压，通过节点分析计算无水期最大自喷产油量和不同含水期油井停喷压力。

三、油嘴直径的选择

确定在不同开采条件下达到配产方案所要采用的自喷井工作制度。

第四节 人工举升方法优选

一、人工举升方式选择 1、有杆抽油泵选择

1）抽油机选择

①.游梁式抽油机选择：设计机抽基本参数选定规格型号，计算驴头最大、最小载荷、抽油机功率损耗及抽油机效率。

②.无游粱式抽油机选择：链条式、增距式、宽带式抽油机型号及规格选择。 2）抽油杆选择

计算单级杆强度、复合杆强度、玻璃钢杆强度、电热杆和空心杆强度。在计算的基础上说明抽油杆的选择。

3）抽杆泵选择

首先对杆式泵、管式泵、分采泵、空心泵、反馈泵、抽稠泵、防气泵等类型进行筛选，选

择抽杆泵。并计算其泵径、泵挂、冲程、冲次、泵效等参数。

然后选择与抽油泵配套设备，包括：悬绳器、光杆卡子、调芯式井口盘根盒、胶皮闸门、

防盗闸门、脱接器、泄油器、气锚、砂锚、滚轮式抽油杆接箍、防脱器、油管锚等。

2、无杆抽油泵选择

1）水力活塞泵设计

水力活塞泵设计包括：优选水力活塞泵参数、设计地面流程；确定地面泵压力、排量、进井温度；计算产出液、产油量、井下泵效、泵挂深度、吨油耗电量。并选择井下配套工具。

2）电动潜油泵设计

电动潜油泵设计包括：据潜油电泵性能选择其规格；选择井下离心泵类型、压头、级数、轴承类型；选择井下保护器；选择传输电缆；选择地面供电电源；选择控制屏；并对电潜泵施工及投产提出要求；最后电制定潜泵管理及工作制度。

3）气举采油设计 气举采油设计包括：

① .选择气举采油方式（连续、间歇、腔室）； ② .设计柱塞气举并选型；

③ .对注气压力和注气量进行敏感性分析； ④ .设计注气点和气举凡尔级数； ⑤ .设计井下注气管柱；

⑥ .气举采油井下设备选型（气举凡尔、偏心工作筒、偏心投捞工具、封隔器等）； ⑦ .选择气举采油地面设备（包括压缩机选型、计量仪表、时间控制器、气量分配器等）； ⑧ .气体冷却装置，井口升温装置的选型。 4）螺杆泵采油设计 螺杆泵采油设计包括：

①.计算螺杆泵排量、转数、选择杨程； ②.选择地面传动方式； ③.计算抽油杆传动扭矩； ④.计算扶正器数量。

二、人工举升方式优选及评价

根据有杆泵及无杆泵两大类型选择结果，进行技术、经济优选，推荐出满足方案配产任务、工作效率高、适应性强、管理方便、经济合理的方案（见表4-4-1）。

各种举升方法优选结果 表4-4-1

第五节 注水（气）工艺方案的设计

一、注水（或注气）参数估算 1、注水（或注气）量估算

计算不同含水阶段的注水量（或注气量）。

2、最大许用井底压力

为了防止注水（或注气）时地层不被压窜，扩大波及体积，要求最大许用井底压力不得超过地层破裂压力的90％。

3、注水（或注气）压力预测

1）注水（或注气）压力计算

根据吸水（吸气）指数计算不同注水（或注气）量需要的注水（或注气）压差，附加一定的启动压差推算出注水（或注气）井底流压及井口注水（或注气）压力。

2）偏心配水分注井注水压力计算

根据不同分层配水量及受嘴损、管柱损失及启动压力的影响估算相应的注水井底流压及井口压力。

3）注气时，油管或同心管分注，估算井底流压及井口压力，并选择压缩机。

二、单级封隔器组合管柱长度变化计算

带有一级保护套管封隔器的组合管柱下井后，由于重力的作用和温度变化的影响，管柱产生伸长或缩短；管柱在注水时还要受到活塞、弯曲、鼓胀和温度四种效应的综合作用，作用的结果使井下管柱受力状态和长度发生变化。因此，必须对管柱下井后和注水时长度的变化进行计算并校核其强度，以保证注水管柱正常工作。

1、管柱自由伸长

计算管柱下井后的自由伸长，包括自重伸长和热力伸长。

2、注水（或注气）时管柱长度变化的计算

计算活塞效应、弯曲效应、膨胀效应及温度效应引起的长度变化。若计算的结果为负值，表示油管缩短，也就是说注水时水管柱由于受活塞效应、弯曲效应、膨胀效应和温度效应的综合作用而缩短。

3、注水（注气）时管径强度校核

注水（注气）时管柱中强度的危险点在封隔器上面的一根油管上。当温度和压力变化后，油管不能发生永久性变形，其内壁、外壁的复合应力按第三强度理论计算。并通过计算结果对注水（注气）管柱强度、密封插管长度、管柱的相互组合施工时需要注意的事项提出具体要求。

三、注水工艺设计 1、笼统注水管柱

计算、要求、条件、数量。

2、分层配水管柱

计算、要求、条件、数量。

油套分注管柱、空心配水工艺管柱或偏心配水工艺管柱、活动配水器或固定配水器、投式多层配水芯子、井下流量测试、井口装置等应满足分层注水、计量、加药等要求。

并对上述分层配水工艺设计提出评价，结合油田实际提出具体方案。

四、洗井及试注 1、洗井

排液结束后要及时进行洗井，目的是为了把井底的腐蚀物、机械杂质等污物清洗出来，避免油层被污染堵塞，影响注水，对洗井管柱、洗井方法及洗井标准（取样分析井口、井筒中部及井底应一致）提出具体方案。

2、试注

提出试注时保护油层加药量、水质检测要求及测指示曲线、吸水剖面的要求。注气时，尽量排空井筒以避免在储层中产生水锁。

五、注水（或注气）水（气）质标准

注水时，参照集团公司不同油藏类型水质标准执行。结合油田实际列出注水水质要求。注气时，按注气开发设计对注入气的气质要求执行。为了防止油管腐蚀，注干气时，要求干度要95%以上，H2S不高于20mg/m，CO2小于0.2%。

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六、注水结垢及防垢技术 1、生成的水垢类型

分析注入水与储层矿物及油田水配伍情况，分析可能生成的水垢类型（硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶、氢氧化亚铁、氢氧化铁、碳酸钙等）。

2、防垢剂选择

通常使用物理法和化学法防垢，物理法有：磁化器、超声波和涂层防垢。化学法有：无机磷酸盐、有机磷酸酯、多元高分子防垢剂等。根据可能生成的垢类型提出防垢剂选择方案。

注：注气时如超标，应加防腐剂并优选类型，如井口温度低时，应加乙二醇防冻剂。

第六节 压裂酸化增产措施

一、压裂酸化增产适应性研究

根据储层物性、试油、试采动态及产能要求，论证各种压裂酸化增产方法（解堵性酸化、小型压裂、基质酸化、酸压增产及加砂压裂改造等）的适应性，提出增产措施目的及方向。

二、压裂液性能评价与选择

目前国内所有的压裂液基本都是水基压裂液，可分成两大类，即植物类和聚合物类压裂液。列出不同压裂液性能，结合油田实际情况及技术、经济评价，提出所选择压裂液类型。

三、几种支撑剂性能评价

列出不同支撑剂测试性能根据油田实际情况及技术、经济评价提出选用的支撑剂的方案(表4-6-1)。

支撑剂导流能力实验数据(μm·m) 表4-6-1

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四、压裂施工管柱设计与进液方式的选择

计算不同直径油管、不同液流速度条件下的摩阻(表4-6-2)。根据计算分析，对施工提出

进液方式及相应的管柱要求。

不同进液通道中液流速度下摩阻计算 表4-6-2

五、压裂优化设计概要 1、压裂优化设计内容

压裂优化设计包括：射孔方案要求、进液方式及压裂施工管柱设计、压裂液选择、支撑剂选择和压裂方案模拟计算，计算输入参数见表4-6-3。设计计算结果见表4-6-4～表4-6-7。

××井压裂目的层参数数据 表4-6-3

措施概要 表4-6-4

裂缝尺寸 表4-6-5

填砂参数 表4-6-6

泵注程序优化设计结果 表4-6-7

2、压裂优化经济评价

根据不同压裂方案预测增产措施的有效期及在此有效期内累积的增产油量，采用静态法进行经济评价，推荐压裂酸化增产措施最优方案。

注气时一般不进行压裂，堵塞严重井可进行酸处理。

第七节 清防蜡技术及防腐技术

一、原油析蜡温度测定

根据观察法和差热法或流动实验测定原油析蜡温度及熔蜡温度。

二、油井清防蜡技术

根据原油析蜡温度及结蜡深度预测对不同清蜡防蜡技术（机械清蜡、热力清蜡、热循环清蜡、化学清蜡、油管涂层防蜡、磁性防蜡等）进行评价筛选，提出清防蜡措施及方案。

三、油井油套管腐蚀与防腐 1、府蚀原因分析

分析油田的油、气、水含盐量、酸性气体含量、有害腐蚀菌含量以及它们对油套管腐蚀的影响。测定各种因素腐蚀速度，搞清影响油井油套管腐蚀的主要原因。

2、防腐措施

提出正确的防腐措施及方法：比如选用套管的材质，灌注缓蚀剂或涂层，化学剂（包括使用缓蚀剂、杀菌剂和除氧剂），阴极保护方法以及注水水质（或注气气质）是否达标等。

第八节 生产测试

一、生产动态监测内容及监测方案设计 1、生产动态监测内容

根据“油藏动态监测录取资料的规定”，生产动态监测内容有： 1） 地层压力 2） 产能 3） 边底水 4） 产出剖面 5） 井下技术状况 6） 流体性质

7） 注水（注气）井注入剖面 8） 井间干扰

9） 井温梯度等

对以上内容提出年度监测要求。

二、工作量预测

列出监测工作量（表4-8-1），编制油田监测系统图并说明是否达到全面监测要求。

监测计划及费用预算 表4-8-1

第九节 井下作业

一、井下作业工作量预测

根据油田实际估算井下作业工作量，比如： 1）射孔、测试联作：按总井数20%计算 2）新井投产投注作业：按总井数计算 3）转人工举升：按每年转数计算 4）维护作业：每年按30％计算

5）措施作业按10％考虑（不包括液氮助排及非酸化解堵） 6）大型酸化压裂井数：按10%计算 7）大修作业：每年按5％考虑

二、主要设备

提出挑选油田开发建设作业队伍主要设备的原则：

1）设备性能安全可靠，免修期长，主要技术指标满足该油田开发的要求。

2）先考虑国产装备，若国产装备，包括修井机、压裂酸化改造设备、测试、试井设备等达不到性能指标要求的情况下，从国外择优引进。

3）对引进设备尽量采用国际普遍使用的工艺技术装备。备件、配件要有保证，以保证整体作业施工工艺的水平。

第十节 安全、环保和节能

一、安全 1、油井安全系统

选择油井安全装备系统，说明该系统控制原理、性能及工程量。

2、采油作业安全措施

说明采油、作业和防喷、防火、防爆等措施及规范，施工过程人身安全保障及安全设置。

二、主要污染源分析

对下述各类污染源均应指出种类、数量、排放方式、处理工程及去向。 1）油田污水：产出污水、洗井水、修井液、射孔液、生活污水、机修废水等。 2）大气污染物：SO2、NO、NO2、CO2、H2S、总烃、燃烧废气等。 3）土壤、生态污染源：石油类、酸、碱、盐、表面活性剂等。 4）其它污染源：包括噪声、人文景观等。

三、污染控制

说明下列各种污染控制措施及要求：

1）大气污染：油田大气污染来自各种柴油机、原油罐区、油井、选油站、总站等，装卸运油车辆，挥发烃类的密闭措施；加热炉、锅炉、燃烧废气等。

2）水污染：水污染均应采取杀菌、消毒、过滤等处理措施，油田污水应全部深井回注。 3）噪声污染：针对钻机、注水站、压缩机站、发电站要对噪声污染加以控制。 4）废渣污染：油田钻井泥浆、落地油、油罐清砂、施工废料、生活垃圾等进行处理。 5）油田占用土地恢复：道路、管道铺设、井场、场站建设等用地，造成对土壤及植被破坏，要进行恢复。

四、职业卫生

说明职业卫生有关要求及措施

1）职业危害分析：油田生产人员接触易燃、易爆、有毒物质的名称；高温、高压、辐射、振动、噪声等对人危害程度分析。

2）职业危害防护措施

对粉尘、防毒（SO2、NO2、CO、H2S、苯、二甲苯等）防爆、防高温、防噪声、防辐射等采取具体措施，制定日常保健品、安全规章制度。

五、节能

1）对能耗进行分析，包括原油输差（跑、冒、滴、漏），天然气放空燃掉等、电耗（大马拉小车）及水耗（常流水，最大浪费是注入水跑到非生产层），地层能量利用，蒸汽（管道加热方式），成品油流向等。

2）说明采用节能技术：地层保持合理压力，密闭集输、原油稳定、轻烃回收，节水、节电措施等。

3）说明余热、余能、余压、天然气利用发电，高效保温材料应用等。

第十一节 方案实施跟踪要求

一、方案实施阶段划分

从批准油田开发地质油藏及钻采工程可行性研究报告起到项目竣工验收时止，作为实施阶段。根据钻井分批实施安排，采油完井、射孔、诱喷、抽吸等，地面油建实施安排确定投产、投注安排。井下作业、压裂酸化改造、液氮助排等配套划分实施阶段要充分考虑项目筹建机构；工程承包招标；设计审批；设备订货及引进；生产准备及运转直至工程验收投产。

二、实施进度

1、采油工程方案实施内容

编制油田采油工程方案实施大表（见表4-11-1）。

2．进度计划

按项目实施各阶段工作内容，安排进度计划，编制进度横线（表4-11-1）。

油田采油工程方案实施内容（某油田为例） 表4-11-1

第十二节 采油工程投资估算

按开发方案要求，采油工程按实施开采项目组织总投资估算、大型设备投资、投产费用、增产措施费用等。

一、采油工程设备投资

列出采油工程设备投资明细，参见表4-12-1。给出采油工程设备投资总额。

采油工程设备投资 单位：万元 表4-12-1

二、投产措施费

列出投产作业明细及费用，参见表4-12-2。并给出总的操作费。

油井投产作业费 表4-12-2 单位：万元

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