油井試油並確認具有工業開采價值後，如何最大限度地將地下原油開采到地面上來，實現合理、高產、穩產，選擇合適的采油工藝方法和方式十分重要。目前，常用的采油方法有自噴采油和機械采油（見圖5-1）。
圖5-1 采油方法分類
壹、自噴采油
依靠油層自身能量，將石油從油層驅入井底，並由井底舉升到地面，這樣的生產方式稱自噴采油。依靠自噴方法生產的油井稱為自噴井。自噴井地面設備簡單、操作方便，產量較高，采油速度快，經濟效益好。
（壹）自噴井采油原理
1．原理油井之所以能夠自噴是由於地層能量充足。地層能量的高低就反映在油層壓力的高低。當地層打開之後，原油在較高的地層壓力作用下，從地層深部向井底流動，克服了地層的滲濾阻力，剩余後的壓力是井底壓力。原油在井底壓力作用下，沿著井筒從井底流到井口，同時溶解在原油中的天然氣開始分離出來，氣體也會成為舉升原油的能量。
2．自噴井的四種流動過程
自噴油流從油層流到地面轉油站可以分為四個基本流動過程——地層滲流、井筒多相管流、嘴流、水平管流，如圖5-2所示。
（1）地層滲流：從油層流入井底，流體是在多孔介質中滲流，故稱滲流。如果井底壓力大於飽和壓力，為單相滲流；如果井底壓力小於飽和壓力，為多相滲流。在滲流過程中，壓力損失約占總壓降的10%～15%。
（2）井筒多相管流：即垂直管流，從井底到井口，流體在油管中上升，壹般在油管某斷面處壓力已低於飽和壓力，故屬於油、氣或油、氣、水多相流。垂直管流壓力損失最大，占總壓降的30%～80%。
（3）嘴流：通過油嘴的流體稱為嘴流。嘴流流速較高，其壓力損失占總壓降的5%～30%。
（4）水平管流：流體進入出油管線後，沿地面管線流動，屬多相水平管流。水平管流壓力損失壹般占總壓降的5%～10%。
圖5-2 自噴井的四種流動過程
1—地層滲流；2—井筒多相管流；3—嘴流；4—水平管流
四個流動過程之間既相互聯系又相互制約，同處於壹個動力系統。從油層流到井底的剩余壓力稱井底壓力（井底流動壓力）。對某壹油層來說，在壹定的開采階段，油層壓力穩定於某壹數值不變，這時井底壓力變大，油井的產出量就會減少；井底壓力變小，則油井產量就會增加。可見，在油層滲流階段，井底壓力是阻力，而對垂直管流階段，井底壓力是把油氣舉出地面的動力。把油氣推舉到井口後剩余的壓力稱為井口油管壓力。井口油管壓力對油氣在井內垂直管流來說是壹個阻力，而對嘴流來說又是動力。
3．垂直管流中的能量來源與消耗
由於壓力損失主要消耗在垂直管流中，下面重點介紹垂直管流。
1）單相垂直管流
當油井的井口壓力大於原油的飽和壓力時，井中為單相原油。流出井口後壓力低於飽和壓力時，天然氣才從原油中分離出來，這樣的油井屬於單相垂直管流。
單相垂直管流的能量來源是井底流動壓力。能量主要消耗在克服相當於井深的液柱壓力，及液體從井底流到井口過程中垂直管壁間的摩擦阻力。所以，單相垂直管流中，能量的供給與消耗關系可用下列壓力平衡式表示：
pf=pH+pfr+pwh
式中 pf——井底流動壓力；
pH——液柱壓力；
pfr——摩擦阻力；
pwh——井口壓力。
2）多相垂直管流
當井底流動壓力低於飽和壓力時，則油氣壹起進入井底，整個油管為油氣兩相。當井底流動壓力高於飽和壓力，但井口壓力低於飽和壓力時，則油中溶解的天然氣在井筒中某壹高度上，即飽和壓力點的地方開始分離出來，井中存在兩個相區，下面是單相區，上面是兩相區。在兩相區，氣體從油中分離出來並膨脹，不斷釋放出氣體彈性膨脹能量，參與舉升。因此，多相垂直管流中能量的來源，壹是進入井底的液氣所具有的壓能（即流壓）；二是隨同油流進入井底的自由氣及舉升過程中從油中分離出來的天然氣所表現的氣體膨脹能。氣體的膨脹能是通過兩種方式來利用的：壹種是氣體作用於液體上，垂直推舉液體上升；另壹種是靠氣體與液體之間的摩擦作用，攜帶液體上升。
（二）自噴井采油設備
自噴采油設備包括井口設備和地面流程設備。
1．井口設備
自噴井井口裝置從下到上依次是套管頭、油管頭和采油樹三部分，如圖5-3所示。自噴井的井口設備是其他各類采油井的基礎設備，其他采油方式的井口裝置都是以此為基礎。
圖5-3 自噴井井口結構圖
1—清蠟閘門；2—生產閘門；3—油管頭四通；4—總閘門；5—套管四通；6—套管閘門；7—回壓閘門；8—防噴管；9—油嘴套；10—油壓表；11—回壓表；12—套壓表；13—單流閥；14—套管頭；15—取樣閥門；16—油管頭
1）套管頭
套管頭在井口裝置的下端，是連接套管和各種井口裝置的壹種部件，由本體、套管懸掛器和密封組件組成。其作用是支持技術套管和油層套管的重力，密封各層套管間的環形空間，為安裝防噴器、油管頭和采油樹等上部井口裝置提供過渡連接，並通過套管頭本體上的兩個側口可以進行補擠水泥、監控井液和平衡液等作業。
2）油管頭
油管頭安裝於采油樹和套管頭之間，其上法蘭平面為計算油補距和井深數據的基準面。其作用是支撐井內油管的重力；與油管懸掛器配合密封油管和套管的環形空間；為下接套管頭、上接采油樹提供過渡；並通過油管頭四通體上的兩個側口（接套管閥門），完成註平衡液及洗井等作業。
3）采油樹
采油樹是指油管頭以上的部分，連接方式有法蘭式和卡箍式。采油樹的作用是控制和調節油井生產，引導從井中噴出的油氣進入出油管線，實現下井工具儀器的起下等。
采油樹的主要組成部件及附件的作用如下：
（1）總閘門：安裝在油管頭的上面，用於控制油氣流入采油樹的通道，因此，在正常生產時它都是全開的，只有在需要長期關井或其他情況下才關閉。
（2）油管四通（或三通）：其上下分別與清蠟閘門和總閘門相連，兩側（或壹側）與生產閘門相連。它既是連接部件，也是油氣流出和下井儀器的通道。
（3）生產閘門：安裝在油管四通或三通的兩側，其作用是控制油氣流向出油管線。正常生產時，生產閘門總是打開的，在更換檢查油嘴或油井停產時才關閉。
（4）清蠟閘門：安裝在采油樹最上端的壹個閘門。正常生產時保持開啟狀態以便觀察油管壓力，它的上面可連接清蠟或試井用的防噴管，清蠟或試井時打開，清蠟或試井後關閉。
（5）套管四通：其上面與總閥門相通，下部連接套管頭，左右與套管閘門相連。它是油管套管匯集分流的主要部件。通過它密封油套環空、油套分流。外部是套管壓力，內部是油管壓力。
（6）回壓閘門：安裝在油嘴後的出油管線上，在檢查和更換油嘴以及維修生產閘門及修井作業時關閉，以防止出油管線內的流體倒流，有的油井在此位置上裝了壹個單流閥代替了回壓閘門。
（7）防噴管：防噴管是用φ63mm（2.5in）油管制成，外部套φ89mm（3.5in）管，環空內循環蒸汽或熱水（油）保溫（不保溫循環的就不用外套），在自噴井中有兩個作用：壹是在清蠟前後起下清蠟工具及溶化刮蠟片帶上來的蠟；二是各種測試、試井時的工具起下。
（8）單流閥：防止流出井口原油倒流回井筒。
2．地面流程主要設備
壹般來說，自噴井井口地面流程都安裝壹套能夠控制、調節油氣產量的采油樹；還有對油井產物和井口設備加熱保溫的壹套裝置，以及計量油氣產量的裝置，主要包括加熱爐、油氣分離器、高壓離心泵及地面管線等。這壹系列流程設備對其他采油方式也具有通用性。
二、機械采油
在油田開發過程中，由於油層本身壓力就很低，或由於開發壹段時間後油層壓力下降，使油井不能自噴或不能保持自噴，有時雖能自噴但產量很低，必須借助人為能量進行采油，即利用壹定的機械設備（地面和井下）將井中油氣采至地面的方法。機械采油可分為有桿泵采油和無桿泵采油兩大類。
（壹）有桿泵采油
有桿泵采油裝置包括遊梁式抽油機—深井泵裝置和地面驅動螺桿泵抽油裝置。
1．遊梁式抽油機—深井泵裝置
1）遊梁式抽油機
遊梁式抽油機結構見圖5-4。它是有桿泵采油的主要地面機械傳動裝置。它和抽油桿、深井泵配合使用，能將原油抽到地面。使用抽油裝置的油井通常稱為“抽油井”。抽油機的工作特點是連續運轉、長年在野外、無人值守。因此，對抽油機的要求應當是強度高、使用壽命長、有壹定的超載能力、安裝維修簡單、適應性強。
圖5-4 遊梁式抽油機結構圖
1—懸蠅器；2—毛辮子；3—驢頭；4—遊梁；5—支架軸；6—橫梁軸；7—橫梁；8—連桿；9—平衡塊；10—曲柄；11—大皮帶輪；12—皮帶；13—電動機；14—輸入軸；15—輸出軸；16—曲柄銷；17—支架；18—底座；19—光桿
（1）主要部件的作用。
①驢頭：裝在遊梁的前端，其作用是保證抽油時光桿始終對準井口中心位置。驢頭的弧線是以支架軸承為圓心、遊梁前臂長為半徑畫弧而得到的。
②遊梁：遊梁固定在支架上，前端安裝驢頭承受井下負荷，後端連接連桿、曲柄、減速箱傳送電動機的動力。
③曲柄—連桿機構：它的作用是將電動機的旋轉運動變成驢頭的上下往復運動。在曲柄上有4～8個孔，是調節沖程時用的。
④減速箱：它的作用是將電動機的高速旋轉運動變成曲柄軸的低速轉動，同時支撐平衡塊。
⑤平衡塊：平衡塊裝在抽油機遊梁尾部或曲柄軸上。它的作用是：當抽油機上沖程時，平衡塊向下運動，幫助克服驢頭上的負荷；在下沖程時，電動機使平衡塊向上運動，儲存能量。在平衡塊的作用下，可以減少抽油機上下沖程的負荷差別。
⑥懸繩器：它是連接光桿和驢頭的柔性連接件，還可以供動力儀測示功圖用。
（2）工作原理。
電動機將其高速旋轉運動通過皮帶和減速箱傳給曲柄軸，並帶動曲柄軸作低速旋轉運動；曲柄又通過連桿經橫梁帶動遊梁上下擺動。遊梁前端裝有驢頭，掛在驢頭上的懸繩器便帶動抽油桿作上下垂直往復運動，抽油桿帶動活塞運動，從而將原油抽出井筒。
2）深井泵
深井泵是油井的核心抽油設備，它是通過抽油桿和油管下到井中並沈沒在液面以下壹定深度，靠抽吸作用將原油送到地面。
深井泵主要由工作筒（包括外筒和襯套）、活塞、遊動閥（排出閥）及固定閥（吸入閥）組成，其工作原理見圖5-5。
圖5-5 泵的工作原理圖
1—排出閥；2—活塞；3—襯套；4—吸入閥
上沖程：驢頭上行，抽油桿柱帶著活塞上行，活塞上的遊動閥受內液柱的壓力而關閉。如管內已經充滿液體，則將在井口排出相當於活塞沖程長度的壹段液體。與此同時，活塞下面泵筒內的壓力降低，當泵內壓力低於沈沒壓力（環行空間液柱壓力）時，在沈沒壓力的作用下固定閥被打開，原油進入泵內占據活塞所讓出的體積，如圖5-5（a）所示。
下沖程：驢頭下行，抽油桿柱帶著活塞向下運動，吸入泵內的液體受壓，泵內壓力升高。當此壓力與環形空間液柱壓力相等時，固定閥靠自重而關閉。在活塞繼續下行中，泵內壓力繼續升高，當泵內壓力超過活塞以上液柱壓力時，遊動閥被頂開，活塞下部的液體通過遊動閥進入上部油管中，即液體從泵中排出，如圖5-5（b）所示。
3）抽油桿及井口裝置
（1）抽油桿。
抽油桿是抽油裝置的重要組成部分，它上連抽油機，下接深井泵，起中間傳遞動力的作用。抽油桿的工作過程中受到多種載荷的作用，且上下運動過程中受力極不均勻，上行時受力大，下行時受力小。這樣壹大壹小反復作用的結果，很容易使金屬疲勞，使抽油桿產生斷裂。因此，要求抽油桿強度高、耐磨、耐疲勞。
抽油桿壹般是由實心圓形鋼材制成的桿件。兩端均有加粗的鍛頭，下面有連接螺紋和搭扳手用的方形斷面。抽油桿柱最上面的壹根抽油桿稱為光桿。光桿與井口密封填料盒配合使用，起密封井口的作用。
（2）井口裝置。
抽油井井口裝置和自噴井相似，承受壓力較低。它主要由套管四通（或套管三通）、油管四通（或油管三通）、膠皮閘門和光桿密封段（或密封填料盒）組成，其他附件的多少及連接方法，視各油田的具體情況而定。但無論采取什麽形式，抽油井井口裝置必須具備能測示功圖、動液面，能取樣、觀察壓力等功能，並且要方便操作和管理。圖5-6是抽油井摻水井口裝置。
圖5-6 抽油機摻水井口裝置
1—膠皮閘門；2—油管放空閥門；3—總閘門；4—套管測試閘門；5—套管閘門；6—回壓閘門；7—直通閥門（小循環）；8—熱洗閥門；9—摻水閥門（大循環）；10—單流閥；11—摻水調節閥；12—生產閘閥門；13—油壓表；14—光桿密封段；15—套壓表；16—套管出液閥
2．地面驅動螺桿泵抽油裝置
20世紀70年代後期，螺桿泵開始應用於原油開采。螺桿泵是壹種容積式泵，按驅動形式可分為地面驅動螺桿泵和井下驅動螺桿泵。
地面驅動螺桿泵設備如圖5-7所示。它是由地面驅動系統、抽油桿柱、抽油桿柱扶正器、螺桿泵等部分組成。其工作原理是：螺桿泵是靠空腔排油（即轉子與定子間形成的壹個個互不連通的封閉腔室），當轉子轉動時，封閉空腔沿軸線方向由吸入端向排出端方向運移。封閉腔在排出端消失，空腔內的原油也就隨之由吸入端均勻地擠到排出端，同時又在吸入端重新形成新的低壓空腔將原油吸入。這樣，封閉空腔不斷地形成、運移和消失，原油便不斷地充滿、擠壓和排出，從而把井中的原油不斷地吸入，通過油管舉升到井口。
圖5-7 螺桿泵采油示意圖
1—電控箱；2—電動機；3—皮帶；4—減速箱；5—方卡子；6—專用井口；7—套壓表；8—抽油桿；9—油管；10—抽油桿扶正器；11、16—油管扶正器；12—定子；13—轉子；14—定位銷；15—油管防脫裝置；17—篩管；18—套管；19—絲堵
螺桿泵采油裝置結構簡單，占地面積小，有利於海上平臺和叢式井組采油；只有壹個運動件（轉子），適合稠油井和出砂井應用；排量均勻，無脈動排油特征；閥內無閥件和復雜的流道，水力損失小；泵實際揚程受液體黏度影響大，黏度上升，泵揚程下降較大。
（二）無桿泵采油
無桿泵采油包括氣舉采油、電動潛油離心泵采油、井下驅動螺桿泵采油、水力活塞泵采油和射流泵采油。
1．氣舉采油
當油氣能量不足以維持油井自噴時，為使油井繼續出油，人為地將氣體（天然氣或空氣）壓入井底，利用氣體的膨脹能量將原油升舉到地面，這種采油方法稱為氣舉采油法。氣舉方式有環形空間進氣方式和中心進氣方式兩種。
氣舉采油法的井口、井下設備比較簡單，管理調節與自噴井壹樣方便。
1）氣舉原理
以環形空間進氣方式為例。油井停產時，油管、套管內的液面在同壹個位置上。開動壓風機向油套環形空間註入壓縮氣體（空氣或天然氣），環形空間液面被擠壓向下（如果不考慮液體被擠進油層，則環形空間內的液體全部進入油管），油管內液面上升，當環形空間的液面下降到管鞋時，壓風機達到最大壓力，稱為氣舉啟動壓力。當壓縮氣進入油管後，油管內原油混氣，液面不斷升高，直至噴出地面。
在開始噴出之前，井底壓力總是大於油層壓力。噴出之後，由於環形空間繼續壓入氣體，油管內混氣液體不斷噴出，使混氣液體的密度也越來越小，管鞋壓力急劇下降。當井底壓力低於油層壓力時，原油便從油層流入井底。由於油層出油，使油管內混氣液體的重度稍有增加，因而使壓縮機的壓力又有所上升，經過壹段時間後趨於穩定，穩定後的壓風機壓力稱為氣舉工作壓力。這時，油層連續不斷地穩定出油，井口連續不斷地生產。
2）氣舉方式
氣舉方式有兩種：
（1）環形空間進氣方式。該氣舉方式也稱反舉。它是指壓縮氣體從油套環形空間註入，原油從油管中舉出。
（2）中心進氣方式。它與環形空間進氣方式正好相反，即從油管註氣，原油從油套環形空間返出。該氣舉方式也稱正舉。
當油中含蠟、含砂時，如采用中心進氣，因油流在環形空間流速低，砂子易沈降下來，同時在管子外壁的蠟也難清除，所以在實際工作中，多采用環形空間進氣方式。
3）氣舉采油的特點
氣舉采油的優點：井下設備壹次性投資低，維修工作量小；井下無摩擦件，適宜於含砂、蠟、水的井；不受開采液體中腐蝕性物質和高溫的影響；易於在斜井、拐彎井、海上平臺使用；易於集中管理和控制。缺點：氣舉采油必須有充足的氣源；如在高壓下連續氣舉工作，安全性較差；套管損壞了的高產井、結蠟井和稠油井不宜采用氣舉；小油田和單井使用氣舉采油效果較差。
圖5-8 潛油電泵井裝置示意圖
2．電動潛油離心泵采油
電動潛油離心泵（簡稱潛油電泵或電泵）屬於無桿泵抽油設備。它是用油管把離心泵和潛油電動機下入井中，用潛油電動機帶動離心泵把油舉升到地面。電泵的排量及揚程調節範圍大，適應性強，地面工藝流程簡單，管理方便，容易實現自動化，經濟效益高。
電泵設備由地面、中間和井下三大部分組成，如圖5-8所示。
地面部分由變壓器、接線盒、控制櫃（配電盤）、電纜及井口裝置等組成，主要起控制、保護、記錄的作用。
中間部分主要是電纜，有動力電纜和引線電纜。動力電纜將地面電流傳送到井下引線電纜；而引線電纜的作用是連接動力電纜和電動機。
井下部分壹般自上而下依次是泄油閥、單流閥和井下機組。井下機組包括多級離心泵、油氣分離器、保護器和潛油電動機。有的電泵井潛油電動機下部還裝有監測裝置，可測定井底壓力、溫度、電動機絕緣程度、液面升降情況，並將信號傳送給地面控制臺。
潛油電動機安裝在井下機組的最下部，是電泵的動力。地面的高壓電流經電纜傳輸給潛油電動機。潛油電動機把電能變為機械能輸出，通過軸帶動電泵工作。保護器安裝在潛油電動機的上部，起平衡電動機中的壓力，潤滑、密封電動機的作用。油氣分離器通常安裝在保護器的上端、多級離心泵的下端，用來分離原油中的遊離氣體，提高泵效。多級離心泵由固定部分和轉動部分組成。轉動部分有泵軸，軸上安裝有大量葉輪。當電動機帶動泵軸上的葉輪高速旋轉時，充滿在葉輪內的液體在離心力的作用下，被甩向葉輪的四周，給井液加速，使井液具有動能，並由導殼引入次壹級葉輪，這樣逐級疊加後就獲得壹定揚程，並將井液舉升到地面。
電泵機組的工作過程可簡單地敘述為：地面電源通過潛油電泵專用電纜輸入給井下的潛油電動機，潛油電動機就帶動多級離心泵旋轉，通過離心泵多級葉輪的旋轉離心作用，將井底原油舉升抽汲到地面。
實踐表明，對於強水淹井、高產井、不同深度井以及定向井、多砂和多蠟井，電泵的使用效果都很好。其排量範圍為16～14310m3/d；最大下泵深度可達4600m，井下最高工作溫度可達230℃。
3．井下驅動螺桿泵采油
與地面驅動螺桿泵不同的是，井下驅動螺桿泵動力置於井底，不用抽油桿。其工作原理是：用油管將泵與電動機、保護器下入井內液面以下，電動機通過偏心聯軸節帶動螺桿轉動，而螺桿又是裝在襯套中，螺桿與襯套所形成的腔室之間是隔離的，當螺桿轉動時，這些腔室逐漸由下而上運動，使液體壓力不斷提高，從而將井液送到地面。
就目前的情況來看，地面驅動螺桿泵從技術上比較成熟；井下驅動螺桿泵有很多優點，但還處於實驗階段。
4．水力活塞泵采油
水力活塞泵是壹種液壓傳動的無桿泵抽油裝置，是液壓傳動在抽油設備上的應用。與有桿泵相比，其根本特點是改變了能量的傳遞方式。水力活塞泵由地面、中間和井下三大部分組成，如圖5-9所示。
圖5-9 開式水力活塞泵采油系統
1—高壓控制管匯；2—地面動力泵；3—發動機；4—動力液處理罐；5—井口裝置；6—井下泵工作筒；7—沈沒泵
地面部分包括動力液處理罐、發動機、地面動力泵、高壓控制管匯、閥組及井口裝置，擔負提供動力的任務。
中間部分是動力液由地面到井下機組的中心油管，乏動力液和產出液排至地面的專門通道。
井下部分由工作筒和沈沒泵等組成，起抽油的主要作用。
水力活塞泵的工作原理是：電動機帶動地面動力泵，從儲液罐來的液體經動力泵升壓後進入中心油管，高壓動力液體進入井下的水力活塞泵後，帶動泵工作，抽汲的液體和做功後的動力液***同經外層油管返回地面。
水力活塞泵排量範圍較大（16～1600m3/d），對油層深度、含蠟、稠油、斜井及水平井具有較強的適應性，可用於各種條件的油井開采，並可在溫度相對較高的井內工作。但機組結構復雜，加工精度要求高，動力液計量困難。
圖5-10 射流泵工作原理圖
5．射流泵采油裝置
射流泵分為地面部分、中間部分和井下部分。其中地面部分和中間部分與水力活塞泵相同，所不同的是水力噴射泵只能安裝成開式動力液循環系統。井下部分是射流泵，由噴嘴、喉管和擴散管三部分組成，如圖5-10所示。
射流泵的工作原理：動力液從油管註入，經射流泵的上部流至噴嘴噴出，進入與地層液相連通的混合室。在噴嘴處，動力液的總壓頭幾乎全部變為速度水頭。進入混合室的原油則被動力液抽汲，與動力液混合後流入喉管，在喉管內進行動量和動能轉換，然後通過斷面逐漸擴大的擴散管，使速度水頭轉換為壓力水頭，從而將混合液舉升到地面。
射流泵的特點：井下設備沒有動力件；射流泵可坐入與水力活塞泵相同的工作筒內；不受舉升高度的限制；適於高產液井；初期投資高；腐蝕和磨損會使噴嘴損壞；地面設備維修費用相當高。