3.1.1 陆上石油开采

陆上石油开采是指对陆地上的油田进行开采，其主要工序包括钻井、油井完成、油井生产。

3.1.1.1 钻井

钻井，就是从地面打开一条通往油、气层的孔道，以获取地质资料和油气能源。现代钻井通常使用井架钻井，油井平均深度为1700m，有的大于10000m。

钻井工作贯穿整个勘探、建设和生产过程，分别起着评价、建产和开发调整的作用。在油田建设阶段，所钻井的类型称为开发井，用来开发油气田，建立油藏流体采出到地面的通道。开发井包括采油井、采气井、注水井、注气井等。

常用的钻井方法有冲击钻井和旋转钻井。冲击钻井是一种古老的钻井方法，也是旋转钻井方法出现前采用的钻井方法。该技术是利用钻井工具本身的重力冲击井底，破碎岩石的方法，如图3-2所示。而旋转钻井采用钻头的旋转，在钻头压力破碎岩石的同时，使用旋转作用切削和研磨岩石，如图3-3所示。与冲击钻井相比，旋转钻井的钻井速度较快，能够适应多种钻井环境。

在钻井过程中，井底岩石被钻头破碎后形成小的碎块，称为岩屑，为提高钻井速度，要把岩屑及时从井底清除，携带至地面，合适的钻井液能够保证清洗过程顺利、安全、高效地进行。钻井液在钻井过程中的主要作用是：清洗井底，携带岩屑；冷却和润滑钻井工具；保护井壁，防止坍塌；平衡地层压力；保护油气层。

固井作业是钻井工程中的一道重要工序。固井作业的主要作用是加固井壁和分隔油、气、水层。一口井从开始到完成，时常需要下入多层套管并注入水泥，需要进行多次固井作用。图3-4所示为三层套管固井示意图。第一层为表层套管，目的是固封表层的豁口层、流沙层、砾石层以及水层等，并在井口安装防止井喷的装置；第二层为技术套管，目的是固封易坍塌层和高压水层，或保护浅部的油气层等；第三层为油层套管，主要是为试油和油气层的开采创造条件。需要注意的是，根据不同的地质条件和完钻井深，下入的套管级数是不同的。

3.1.1.2 油井完成

油井完成是钻井后的一个重要环节，主要包括钻井生产层、确定井底完成方式、安装井底和井口装置等。完井质量直接影响油井投产后的生产能力和油井寿命。完井是油气井生产前的最后一道工序，完井就是沟通油气层和井筒，为油气从地层流入井底提供通道。任何限制油气从地层流入井筒的现象都是对地层的污染和伤害。

根据油井和地层的连通方式，完井分为裸眼完井、射孔完井、衬管完井和砾石充填完井等。

3.1.1.3 油井生产

在油井投入生产前，通常进行通井、刮管和洗井作业，检查井筒是否畅通，保证套管内壁的清洁，使得下井工具正常工作及封隔器成功坐封。对于低渗透的储层，还需要对油层进行酸化、压裂等提高单井产量的改造措施。

如果地层压力较高，通过油层本身的压力使原油喷到地面，这种方法叫自喷采油法。如果地层压力低，不能把原油从井底举升到地面，则需要借助外界补充的能量将原油采到地面，这种方法叫人工举升方式。油井都有衰老的问题，当自喷井产油一段时间后，油压降低，产量下降。当衰老到不能自喷时，就需用抽油泵或深井泵采油。再过一段时间后，抽油泵也不能连续采用，需要间歇一段时期，让地下远处的石油聚集过来再抽一段时间。依靠地下自然压力把油集中到油井的采油期称为一次采油期，它只能采出油藏的15%～25%。为了增加采收率，可向地下油藏注水或气体，以保持其压力，这时称为二次采油。二次采油的采收率平均可达25%～33%，个别高达75%。如果加注蒸汽或化学溶剂以加热或稀释石油后再开采，称为三次采油。三次采油的成本很高，还需消耗大量能量。当采油成本不合算或耗能过大时，就应关闭油井。

3.1.1.4 注水开采技术

我国已投产的油田多数实施注水开采，注水开采油田的全过程就是以水驱油。通过注水井往油层中注水，将油层中的油和天然气驱替到油井中，然后流到地面。在整个过程中，从油井中采出的水是从无到有，从低到高，最后达到含水的极限。而原油产量则由高到低，逐步下降，一直降到没有经济效益为止。油田的产量变化与油井含水上升密切相关，根据陆上油田的开采实践，注水开采油田可划分为四个阶段：第一阶段是建设投产、产量上升，不含水到低含水（<25%）阶段；第二阶段是油田稳产，中含水（25%～75%）阶段；第三阶段是产量递减，高含水（75%～90%）阶段；第四阶段是低速开采，特高含水（>90%）阶段。

不同开采阶段的主要工作措施如表3-1所示。

从表3-1可以看出，砂岩油田注水开采的平均采收率大约在33%，其中：建设投产，产量上升阶段（低含水阶段）采出4%左右；稳产阶段（中含水25%～75%），采出12.8%左右；递减和低速开采阶段（高含水75%～90%和特高含水>90%），采出16.2%左右，因此约有一半的可采储量是在高含水和特高含水阶段采出的。通过表3-1可以推断出当油井含水25%时，每采出3t原油，同时要采出1t水；当含水上升到75%时，每采出1t原油，同时要采出3t水。由于水的密度比原油大，当含水增加时，井底压力增加，生产压差（地层压力与井底压力差）减小，产液量下降。所以，当油井含水之后，如果油井有自喷能力，随着油井含水上升，在地面上要不断地放大油嘴，即放大生产压差来提高油井的产液量，才能保持原油稳产。如果油井已没有自喷能力，改用机械采油，例如采用井下抽油泵或井下潜油电动离心泵，而且还要随着油井含水的上升，不断地换成大泵以提高产液量。但当油田含水达到60%以上时，即使提高排液量仍不能保持稳产，与此同时，还必须采取一些相应的增产措施，以及补钻加密井和调整井等，才能保持稳产。至于油田开采的高含水阶段，又会有许多新的技术工作要开展。

随着我国国民经济的增长，对石油的需求也不断提高。目前我国石油短缺状况十分严重，石油供需矛盾日益突出。主要表现在：一方面我国人均石油资源量仅为世界水平的1/6；另一方面，已开发的油田多数已进入高含水的中后期开发阶段，水驱采收率不高（平均仅33%），约2/3的资源还留在地下，而开发剩余的可采储量和勘探发现新储量的难度越来越大。因此，在提高已探明资源的利用率的同时，要提高油井产量，保持油田稳产，需要开展大量的油藏地质研究、井下作业和油田调整挖潜工作，并不断采用先进技术，才能使油田开采达到较好的效果。目前我国正在进行大幅度提高石油采收率的研究，采用的方法主要有化学复合驱、超临界流体驱替等方法。化学复合驱发挥了碱、聚合物和表面活性剂等化学剂的作用，特别是利用了原油中的天然表面活性剂与加入的表面活性剂、聚合物间的协同效应，可大幅度提高石油采收率。超临界流体驱替是利用超临界流体的高扩散能力、高溶解能力、高热焓等特性，将油藏中采用常规方法无法采出的油开采出来，主要用于稠油开采。