采油技術的進步（上）
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[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。
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