采油方法PPT學習教案

1、采油方法 電動潛油離心泵利用電纜傳遞電能 電動潛油螺桿泵 常規(guī)有桿泵利用抽油桿傳遞能量 地面驅(qū)動螺桿泵 氣 舉（補充氣體膨脹能）連續(xù)氣舉間歇氣舉 水力活塞泵 利用液體傳遞能量 射流泵 渦輪泵等（補充機械能） 泵 舉（機械采油） 人工舉升第1頁/共83頁第2頁/共83頁 tfrwfPPgHP 第3頁/共83頁一、油井流入動態(tài)1、采油指數(shù)油井日產(chǎn)量與生產(chǎn)壓差的比值。Pw產(chǎn)液指數(shù)產(chǎn)液指數(shù) 它表示單位生產(chǎn)壓差下油井的日產(chǎn)量它表示單位生產(chǎn)壓差下油井的日產(chǎn)量, ,用以衡量油井的生產(chǎn)能力。用以衡量油井的生產(chǎn)能力。如果油井既產(chǎn)油如果油井既產(chǎn)油, ,又產(chǎn)水：又產(chǎn)水：比采油指數(shù)比采油指數(shù)：單位油層厚度上的采油指數(shù)

2、單位油層厚度上的采油指數(shù)。wfrwoLPPqqPI第4頁/共83頁 呈外凸的曲線。呈外凸的曲線。PwfqPwfq2、油氣兩相滲流的流入動態(tài)Pr第5頁/共83頁無因次坐標系：橫坐標：不同流壓下的產(chǎn)量與最大產(chǎn)量比值縱坐標：流壓與地層壓力的比值，無因次。 當qo=0 Pwf= Pwf/ =1 當Pwf=0 qo=qomax qo/qomax=1PrPr第6頁/共83頁Pr1第7頁/共83頁2rwfrwfmaxoopp8 . 0pp2 . 01qq（6-2）第8頁/共83頁第9頁/共83頁二、垂直管流混氣液密度 持液率持液率(H(HL L):):單位管長內(nèi)液體體積與油管容積的比值。單位管長內(nèi)液體體積與

3、油管容積的比值。 持氣率持氣率(H(HG G):):單位管長內(nèi)氣體體積與油管容積的比值。單位管長內(nèi)氣體體積與油管容積的比值。m m= =G G H HG G+ +l lH HL L= =G G（1-1-H HL L）+ +l lH HL L H HG G+ +H HL L =1=1第10頁/共83頁vS = vG -vL GGGAqv LLLAqv 第11頁/共83頁第12頁/共83頁垂直管氣液兩相管流的流型 第13頁/共83頁第14頁/共83頁第15頁/共83頁第16頁/共83頁第17頁/共83頁HP油氣沿井筒噴出時的流型變化示意圖純油流；泡流；段塞流；環(huán)流；霧流第18頁/共83頁套壓(Pc

4、):指示油管和套管 環(huán)空的壓力。油壓(Pt):原油舉升到井口時 的剩余能量,又是 通過油嘴的動力.回壓(PB):油嘴后剩余壓力,又是地面管線流動的動力。三、嘴流動態(tài)1、油嘴流動的特點PtPBPcLH第19頁/共83頁2、流量與油嘴前后壓力比的關系當Pt=PB時，V=0，即PB/Pt=1時，q=0ab段：PB/Pt qb點,當PB/Pt=C時,q最大;bc段：PB/Pt q=C 達到最大流量時的壓力比(PB/Pt)c 稱為臨界壓力比。(PB/Pt)c這一點叫臨界點,這點的流動叫臨界流動。這時的流動速度為聲速。1PB/Ptabcq第20頁/共83頁 3、臨界流動 油氣流速可達臨界速度，油嘴前后宛若

5、兩個系統(tǒng)。 臨界流速流體的流速達到壓力波在流體介質(zhì)中的傳播速度，即聲速。 臨界流動狀態(tài)流體達到臨界速度時的流動狀態(tài)。第21頁/共83頁K氣體的絕熱指數(shù)，K=CP/CV，CP定壓比熱；CV定容比熱.對于空氣 k=1.4，（PB/Pt）c= 0.528對天然氣 K=1.3， （PB/Pt）c= 0.546氣體大都在0.5左右。根據(jù)熱力學根據(jù)熱力學, ,臨界壓力比臨界壓力比: :4、單相氣體嘴流 11212kkckpp第22頁/共83頁 當PB/Pt0.5，即Pt2PB時，油氣混合物在油嘴中的流動可達到臨界流動狀態(tài)，這時,油氣流量變化與回壓無關,僅由Pt決定。因此，油咀的作用：(1)改變油井的工作制

6、度，控制油井產(chǎn)量。(2)分隔咀前咀后的流動,保持油井生產(chǎn)穩(wěn)定.第23頁/共83頁pwh 油壓(Pt)，MPaRp生產(chǎn)氣油比，m3/m3qo產(chǎn)油量，m3/d d油嘴直徑，mm a、b、c經(jīng)驗常數(shù)0cbpwhqdaRp5、氣液兩相嘴流臨界流動：d1d2D2 d1qPt第24頁/共83頁 四、自噴井的協(xié)調(diào) 1、四個流動過程 (1)地層滲流：遵守滲流規(guī)律,IPR曲線； (2)垂直管流：兩相流動規(guī)律,油管曲線； (3)咀流：多相咀流規(guī)律,咀流曲線； (4)地面管流：被油嘴分隔開。第25頁/共83頁2、全井的協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)條件協(xié)調(diào)條件: :井底、井口產(chǎn)量相等井底、井口產(chǎn)量相等, ,壓力銜接。壓力銜接。協(xié)調(diào)點：協(xié)

7、調(diào)點：兩曲線的交點。兩曲線的交點。當q=qc時，Pwf-Pt有較低值。表明該產(chǎn)量下油管中壓力損失較低。qPPtPwfB Bd dqcC C第26頁/共83頁 自噴后期地層能量下降，所提供的壓力小于舉升時要消耗的壓力，油井停噴。 當油井自噴能力減弱時，向井中注入高壓氣體，降低井中油流密度，使油噴出地面。這種生產(chǎn)方法叫氣舉采油法。有兩種方法有兩種方法連續(xù)氣舉連續(xù)氣舉間歇氣舉間歇氣舉 采取何種方法取決于井的生產(chǎn)特征。采取何種方法取決于井的生產(chǎn)特征。第二節(jié)氣舉采油第27頁/共83頁一、特點優(yōu)點：井口、井下設備簡單，氣舉不受 套管尺寸限制，生產(chǎn)靈活，管理 比較方便。適用范圍廣，尤其適 用于海上采油、深井

8、、斜井、含 腐蝕性氣體或含砂多、不適于泵 抽的油井。缺點：地面設備復雜、投資大、需要氣 源，要求套管能承受高壓。第28頁/共83頁二、氣源二、氣源1、要求(1)具有足夠的壓力，(2)必須不含氧氣。2、來源 (1)高壓天然氣。 (2)低壓天然氣，經(jīng)壓縮機加壓注入。第29頁/共83頁三、氣舉系統(tǒng)構成1、壓縮站；2、地面配氣站；3、單井生產(chǎn)系統(tǒng)；4、地面生產(chǎn)系統(tǒng)。重點：單井生產(chǎn)系統(tǒng)。地面生產(chǎn)系統(tǒng)與其他舉升方式基本相同。 第30頁/共83頁第31頁/共83頁1、開式氣舉裝置：無封隔器 地面注氣壓力波動會引起油套環(huán)空液面升降,每次關井后,必須重新卸載。2、半閉式氣舉裝置：單封隔器完井 注入氣不能從油管底

9、部進入油管。且油井一旦卸載，流體就無法回到油套環(huán)空。適用于連續(xù)氣舉和間歇氣舉。四、氣舉裝置類型第32頁/共83頁圖圖6-12第33頁/共83頁單封隔器及單流閥完井 與半閉式裝置類似，并在油管柱底端裝有固定單流閥。避免了開式裝置的弊端，使高壓氣體和井筒液體不能進入地層。3、閉式氣舉裝置第34頁/共83頁1、氣舉前狀態(tài)油井停噴時,油管和環(huán)空液面處于同一位置。2、氣舉過程五、氣舉的啟動壓力和工作壓力 向環(huán)空注入壓縮氣時，環(huán)空液面被擠壓向下，油管中的液面則上升。當環(huán)空液面下降到管鞋時，壓風機達到最大壓力，稱為啟動壓力Pe。壓縮氣進入油管后，使油管內(nèi)原油充氣，液面不斷上升，直至噴出地面。第35頁/共83

10、頁 噴出前，Pwf Ps ； 噴后，使油管內(nèi)m越來越低，油管鞋壓力急劇降低，井底壓力及壓風機壓力隨之急劇下降。 當 Pwf Ps 時，地層開始產(chǎn)油，并使油管內(nèi)m稍有增加，致使壓風機壓力復而上升。最后，液面在管鞋處達到動態(tài)平衡，這時壓風機的壓力稱為工作壓力Po。第36頁/共83頁若：Pe P Pc c ，則氣舉無法實現(xiàn)。 P Pc c壓縮機的額定輸出壓力。PePtPo3、啟動時壓風機壓力變化曲線第37頁/共83頁 若Pe大于壓縮機的額定輸出壓力，該壓縮機就無法把環(huán)空中的液體壓入油管內(nèi)，氣體不能進入油管，就不能實現(xiàn)氣舉。 要想實現(xiàn)氣舉，需大功率的壓縮機來保證氣舉的啟動。但正常生產(chǎn)時不需要這么大的功

11、率，造成浪費，增加了設備的成本。 為實現(xiàn)氣舉，同時降低成本，必須減小Pe，有效的方法是安裝氣舉凡爾。第38頁/共83頁第39頁/共83頁1、U型管等壓面原理；2、壓縮機以Po氣舉，不能把環(huán)空液面完全壓入油管內(nèi)，只能把液面向下壓一定深度(液面位于油管內(nèi)壓力等于Po點)。六、氣舉的卸載過程第40頁/共83頁3、在這一位置上方的油管上打孔,氣體可將油管內(nèi)孔之上的這段液體舉出。4、液體舉出，油管內(nèi)壓力下降,環(huán)空液面下降到一定深度后達到穩(wěn)定,打第二個孔。5、當?shù)诙€孔進氣時，第一個應封住。第41頁/共83頁6 6、逐級將液面壓向一定位置。、逐級將液面壓向一定位置。 能滿足打開和封閉油管孔眼的裝置 叫氣舉

12、凡爾，這樣只需要工作壓力就能啟動氣舉。 正常氣舉時開啟的凡爾叫工作凡爾。 上面其余的凡爾稱啟動凡爾。第42頁/共83頁 機械采油方法（機械采油方法（90%90%） 生產(chǎn)井生產(chǎn)井 自噴采油方法（自噴采油方法（10%10%） 第三節(jié)有桿泵采油 氣舉氣舉 （10%10%） 深井泵深井泵 有桿泵（有桿泵（ 80%80%） 無桿泵（無桿泵（ 10%10%） 用深井泵采油的井叫抽油井。用深井泵采油的井叫抽油井。機械采油方法機械采油方法第43頁/共83頁 有桿泵一般是指利用有桿泵一般是指利用抽油桿上下往復運動所驅(qū)抽油桿上下往復運動所驅(qū)動的柱塞式抽油泵。動的柱塞式抽油泵。一、有桿抽油裝置 (Sucker Ro

13、d Pumping）典型有桿抽油裝置如圖典型有桿抽油裝置如圖 抽油機抽油機抽油裝置抽油裝置 抽油泵抽油泵 抽油桿抽油桿第44頁/共83頁1、抽油機 游梁式抽油機主游梁式抽油機主要由游梁要由游梁連桿連桿曲曲柄機構、減速機構、柄機構、減速機構、動力設備和輔助裝置動力設備和輔助裝置等四部分組成。等四部分組成。 常規(guī)型常規(guī)型 抽油機抽油機 異相型異相型 前置型前置型第45頁/共83頁第46頁/共83頁 2、抽油泵、抽油泵 有桿泵采油的井下設備有桿泵采油的井下設備基本要求基本要求：結構簡單、強度高；工作可靠，使用壽命長；便于起下，而且規(guī)格類型能滿足不同油田的采油工藝需要。第47頁/共83頁抽油泵的組成泵

14、筒第48頁/共83頁柱塞上下運動一次稱一個沖程柱塞上下運動一次稱一個沖程,也稱一個抽汲周期。也稱一個抽汲周期。上沖程上沖程：抽油桿帶動活塞向上運動。抽油桿帶動活塞向上運動。 a.a.游動凡爾關閉，游動凡爾關閉， 井口排液。井口排液。 b.b.泵內(nèi)壓力下降，泵內(nèi)壓力下降， 固定凡爾打開，固定凡爾打開， 泵內(nèi)吸油。泵內(nèi)吸油。 吸入條件：吸入條件： 泵內(nèi)壓力泵內(nèi)壓力 沉沒壓力沉沒壓力 c.c.抽油桿加載伸長，抽油桿加載伸長， 油管卸載縮短。油管卸載縮短。 (1) 泵的工作原理第49頁/共83頁 沉沒壓力沉沒壓力泵吸入口的壓力。泵吸入口的壓力。 動液面動液面生產(chǎn)時的環(huán)生產(chǎn)時的環(huán) 空液面高度?？找好娓叨?/p>

15、。 靜液面靜液面關井時的液關井時的液 面高度。面高度。 h hs s沉沒度；沉沒度； h hf f 動液面高度。動液面高度。h hs sh hf f第50頁/共83頁下沖程：下沖程：抽油桿帶動活塞向下運動抽油桿帶動活塞向下運動a.a.泵內(nèi)壓力升高，固定凡泵內(nèi)壓力升高，固定凡 爾關閉，停止吸油。爾關閉，停止吸油。b.b.游動凡爾打開，泵內(nèi)油游動凡爾打開，泵內(nèi)油 轉(zhuǎn)入活塞以上的油管，轉(zhuǎn)入活塞以上的油管， 井口出液。井口出液。泵排出液體的條件：泵排出液體的條件：泵內(nèi)壓力泵內(nèi)壓力 活塞以上液柱壓力活塞以上液柱壓力c.c.抽油桿卸載縮短，抽油桿卸載縮短， 油管桿加載伸長。油管桿加載伸長。第51頁/共83

16、頁22, 4/mDdm /3(2)(2)泵的理論排量泵的理論排量假設：假設： 活塞的沖程等于光桿的沖程；活塞的沖程等于光桿的沖程； 活塞讓出的體積完全被原油充滿；活塞讓出的體積完全被原油充滿； 抽油系統(tǒng)無漏失。抽油系統(tǒng)無漏失。即即: :柱塞上下吸入和排出的液體體積相等柱塞上下吸入和排出的液體體積相等泵的理論排量為泵的理論排量為: : (6-9)式中：Qt泵的理論體積排量， Ap柱塞截面積； Ap D泵徑，m； S光桿沖程，m； n沖次， 。SnAQpt14401min第52頁/共83頁按抽油泵在油管中的固定方式分為 桿式泵 柱塞、固定凡爾、游動凡爾和工作筒裝 成一個整體，隨抽油桿柱插入油管內(nèi)的

17、 預定位置固定，故又稱為“插入式泵”。 特點：操作方便、結構復雜、成本高，適應 于深度大、產(chǎn)量小的井。 桿式泵桿式泵管式泵管式泵(3)(3)抽油泵類型和結構抽油泵類型和結構第53頁/共83頁 管式泵管式泵 工作筒、固定凡爾裝在油管尾部；游動凡爾裝在柱塞上。先下工作筒，再下油管，最后用抽油桿下入柱塞。特點:結構：簡單、成本低,操作復雜。適用 于下泵深度不大、產(chǎn)量較高的井。第54頁/共83頁3、抽油桿柱 上經(jīng)光桿連接抽油機，下接抽油泵的柱塞，其作用是將地面抽油機懸點的往復運動傳遞給井下抽油泵。 附屬器具： 光桿: 位于抽油桿最上端,其作用是連接驢頭鋼絲繩與井下抽油桿，并同井口盤根配合密封抽油井口。

18、第55頁/共83頁抽油桿扶正器: 用于斜井和叢式井，使抽油桿處于油管中心，不直接與油管接觸，減少抽油桿的磨損、振動和彎曲。 還有用于減少抽油桿振動的減振器、防止抽油桿接箍旋松的防脫器等。加重桿: 用于大泵抽油、稠油井和深井，抽油桿柱的下部采用加重桿，防止抽油桿柱下部發(fā)生縱向彎曲,減少抽油桿的斷脫事故。 第56頁/共83頁二、抽油機懸點載荷 在上沖程中，游動閥關在上沖程中，游動閥關閉，柱塞上下流體不連通。閉，柱塞上下流體不連通。產(chǎn)生懸點靜載荷的力包括抽產(chǎn)生懸點靜載荷的力包括抽油桿柱重力和柱塞上液柱的油桿柱重力和柱塞上液柱的壓力。壓力。1、懸點靜載荷第57頁/共83頁(1)抽油桿柱重力prrrgL

19、AW(2)作用在柱塞上的液柱載荷)(rpPLLAAgLW上沖程懸點靜載荷lrjWWW1下沖程：rjWW2第58頁/共83頁3、摩擦載荷(1)抽油桿柱與油管之間的摩擦力F1(2)柱塞與泵筒之間的摩擦力F2(3)(3)抽油桿柱與液柱之間的摩擦力抽油桿柱與液柱之間的摩擦力F3(4) (4) 液柱與油管之間的摩擦力液柱與油管之間的摩擦力F4(5) (5) 液體通過游動閥的阻力液體通過游動閥的阻力F52、懸點動載荷慣性載荷和振動載荷慣性載荷和振動載荷第59頁/共83頁 4、懸點最大和最小載荷 上沖程的最大載荷若取r/l=1/4，則17902maxSnWWWWrLr 發(fā)生在下沖程的最小載荷17902min

20、SnWWWrr第60頁/共83頁三、泵效分析 實際產(chǎn)液量與泵的理論排量之比稱為泵的容積實際產(chǎn)液量與泵的理論排量之比稱為泵的容積效率，油田習慣稱之為泵效。效率，油田習慣稱之為泵效。影響泵效的因素：影響泵效的因素： （1 1）抽油桿柱和油管柱的彈性變形的影響）抽油桿柱和油管柱的彈性變形的影響; ; （2 2）氣體和泵充不滿的影響）氣體和泵充不滿的影響; ; （3 3）漏失的影響）漏失的影響; ; （4 4）地面脫氣和冷卻后液體體積收縮的影響）地面脫氣和冷卻后液體體積收縮的影響. .LLsVB/tvQQ/第61頁/共83頁對于組合桿柱:1 1、靜載荷對柱塞沖程的影響rpLrEALWtpLtEALW

21、抽油桿和油管柱的變形量為抽油桿和油管柱的變形量為: : 總的靜載變形量總的靜載變形量為：trpLtrAAELW11第62頁/共83頁 在靜載荷作用下，抽油泵柱塞的沖程長度SP較抽油機懸點的沖程長度S減少變形量，故也稱靜載沖程損失。 選用較長選用較長S S，有利于減少沖程損失對泵效的，有利于減少沖程損失對泵效的影響程度。慣性力作用產(chǎn)生使柱塞沖程增加。盡影響程度。慣性力作用產(chǎn)生使柱塞沖程增加。盡管提高沖次有利于增大柱塞沖程，但快速抽汲增管提高沖次有利于增大柱塞沖程，但快速抽汲增加了慣性力，會使懸點最大靜載荷增大，最小載加了慣性力，會使懸點最大靜載荷增大，最小載荷減少，使桿柱受力條件變差。荷減少，使

22、桿柱受力條件變差。 SSP第63頁/共83頁2、氣體對泵效的影響泵的充滿系數(shù)：pLVV / 它表示泵在工作過程中被液體充滿的程度。充滿系數(shù)越高充滿系數(shù)越高, 泵效越高泵效越高.LgSPVVVVR泵內(nèi)氣液比,R=Vg/VLVLVL圖圖6-216-21RKRKRK1111K K余隙系數(shù)余隙系數(shù),K=V,K=VS S/V/VP P第64頁/共83頁提高充滿系數(shù)的途徑提高充滿系數(shù)的途徑：(1)盡量減小防沖距,以減小余隙。(2)適當增加泵的沉沒度 以提高泵的沉沒壓力(3)使用氣錨，使氣體在 泵外分離。VLVL圖圖6-216-21第65頁/共83頁3、漏失對泵效的影響 (1)泵排出部分漏失:柱塞與襯套的間

23、隙漏失、 游動閥漏失，均會減少泵內(nèi)排出的液量。 (2)泵吸入部分漏失 固定閥漏失會減少進泵的液量。 (3)其他部分漏失 由于油管絲扣、泵的連接部分及泄油器 密封不嚴所產(chǎn)生的漏失都會降低泵效。第66頁/共83頁 井內(nèi)液體含腐蝕性介質(zhì)井內(nèi)液體含腐蝕性介質(zhì) 油井出砂油井出砂 結蠟結蠟 磁化現(xiàn)象導致漏失磁化現(xiàn)象導致漏失 井身彎曲井身彎曲漏失原因漏失原因: :第67頁/共83頁(1) 使用油管錨減少沖程損失 =r+t t=0 =r(2)調(diào)小防沖距為了防止碰泵，要求活塞下死點與固定凡爾有一定的距離，叫防沖距。 防沖距越小，Vs越小，K， 反之，防沖距越大，越保險。 4、提高泵效的措施第68頁/共83頁(3

24、)(3)選擇合理的下泵深度選擇合理的下泵深度 L Lp p2 2, L, Lp p小小, , 小。小。 P P大大,L,Lp p就大，就大， 可能大，會降低泵效可能大，會降低泵效; ;就氣體影響而言就氣體影響而言,P,P越大越大, ,則則R R越小越小, ,可提高泵效；可提高泵效；要對比分析，綜合考慮。要有一定的沉沒度，要對比分析，綜合考慮。要有一定的沉沒度，使泵效最高的沉沒度。使泵效最高的沉沒度。第69頁/共83頁(4) (4) 選擇合理的泵徑選擇合理的泵徑 D D2 2 D D越大越大 就越大就越大 深井不宜用大泵。深井不宜用大泵。(5) (5) 選用大選用大S S K=V K=Vs s/

25、V/Vp p, V, Vs s與沖程無關，與沖程無關， V Vp p S Sp p S S S Sp p K K ，氣體影響下降，氣體影響下降第70頁/共83頁 (6)(6)安裝氣錨安裝氣錨, ,減少進泵氣量減少進泵氣量 上沖程：氣體有向上分速度，上沖程：氣體有向上分速度， 一部分氣體被擋在氣錨外，另一部一部分氣體被擋在氣錨外，另一部分氣體剛進氣錨又流向頂部。分氣體剛進氣錨又流向頂部。 下沖程：氣錨內(nèi)氣體被分離掉下沖程：氣錨內(nèi)氣體被分離掉, ,氣泡直徑越大氣泡直徑越大, ,效果越好效果越好, ,但不能成但不能成段塞。環(huán)空越大越好，液流速度越段塞。環(huán)空越大越好，液流速度越低越好。長度越長越好。低越好。長度越長越好。第71頁/共83頁總之總之(1)(1)一般油井：選長沖程、小泵徑、中沖數(shù)一般油井：選長沖程、小泵徑、中沖數(shù) S S K K s s D D s s (2)(2)稠油井：大泵徑稠油井：大泵徑( (流動阻力小流動