中级工基础知识

第五部分 中级工基础知识 第一章 储集层与油气藏 第一节 储集层的性质 石油、天然气聚集在油藏中，它（们）存在于油藏里的如同水豆腐（也有形象比喻成 含水的海绵）似的岩层中。这就是本节重点要介绍的储集层及其特征。 一、储集层的概念 储集层在油田勘探开发中的地质概念：能够储存和渗滤流体的岩层，称为储集层。所 以储集层具备了两个基本特征孔隙性和渗透性。也就是说：孔隙性的好坏直接决定着 储集层储存油气的数量（能力） ，渗透性的好坏则控制着储集层内所含油气的产能。 虽然储集层的含义强调了具备储存油气和允许油气渗滤的能力，并不是意味着其中一 定储存了油气。如果储集层中含有了油气，则该储集层就称为含油气层油层（气层、 油气层） 。 储集层的岩石基本类型，通常分为砂（砾）储集层、碳酸盐岩储集层、岩浆岩和变质 岩及泥页岩储集层三大类。这几大储集层岩石的结构特点如颗粒性、分选型、胶结等，与 采油工关系不大，这里不再详述。 二、储集层的孔隙性 储集层的孔隙性实质是储集岩中未被固体物质所填充的空间部分。它包括粒间孔隙、 粒内孔隙、裂缝、溶洞等各种类型。 （一） 孔隙的大小 根据孔隙直径和裂缝宽度以及对流体的作用将孔隙的大小划分 3 种类型。 （1）超毛细管孔隙：孔隙直径大于 0.5mm 或裂缝宽度大于 0.25mm。其中流体在重力 作用下可以自由流动，服从水动力学一般规律。 （2）毛细管孔隙：孔隙直径在 0.5-0.0002mm 之间或裂缝宽度在 0.25-0.0001mm 之间。 孔隙中的流体内及流体和孔隙壁之间都处在分子引力的作用下，所以流体已不能在其中自 由流动，只有当外力大于毛细管阻力时，流体才能在其中流动。 （3）微毛细管孔隙：孔隙直径小于 0.0002mm 或裂缝宽度小于 0.0001mm。孔隙中的 流体内及流体和孔隙壁之间都处在相当大的分子引力作用下，所以在地层条件下，流体已 不能在其中自由流动。 所以，上述 3 种孔隙中只有前两者对油气的储集才有意义。 （二） 孔隙度 孔隙度是为了衡量岩石中孔隙体积的大小以及孔隙的发育程度而提出的概念，分为绝 对孔隙度、有效孔隙度、流动孔隙度。 （1）绝对孔隙度：岩石（样）中所有孔隙空间体积之和与该岩石（样）总体积的比值， 称为该岩石（样）的绝对孔隙度，用小数或百分数表示。 （2）有效孔隙度：是指岩石（样）中那些参与渗流的、相互连通的孔隙空间体积之和 与该岩石（样）总体积的比值，称为该岩石（样）的有效孔隙度，用小数或百分数表示， 符号为。有效孔隙度是油层储油好坏的重要标志之一，它被用于计算地质储量。 （3）流动孔隙度：流动孔隙度是各油田开发实际需要提出的概念，即在一定条件下， 流体可以在岩石中流动的孔隙体积与该岩石（样）总体积的比值，称为该岩石（样）流动 孔隙度。 三、储集层的渗透性 储集层的渗透性是指在一定压差下，储集层本身允许流体通过的能力。同孔隙性一样， 渗透性也是储集层重要参数之一，它不仅控制着储能，还控制着产能。岩石渗透性的好坏 用渗透率来表示。渗透率可分为绝对渗透率、有效渗透率和相对渗透率。 （一） 绝对渗透率 当单相流体充满岩石孔隙，且流体不与岩石发生任何物理化学反应，流体的流动性符 合达西直线渗透定律时，所测得的岩石对流体的渗透能力称为该岩石的绝对渗透率。计算 公式（达西公式）为： QL K=- (5-1-1) Ap 试中 K岩石的绝对渗透率， m2； A岩样截面积，cm 2； L-岩样长度，cm ； -流体粘度， mPa.s； p-岩样两端压差，Mpa； Q-压差为 p 下的流量，cm 3/s。 渗透率的旧单位是达西，它的物理意义是：当粘度为 1mPa.s 的液体在其两端的压差 为 0.1 Mpa 的压差作用下，经过长度为 1cm、桔面积为 1 cm2 的岩石（渗流） ，那么在 1s 内 流过的液体体积为 1cm3，则该岩石的渗透率为 1D（1D=0.987m 2） 。 绝对渗透率理论上讲它反映的是岩石本身属性。如用空气测定的油层渗透率叫绝对渗 透率，也叫空气渗透率。它反映岩石的物理性质，其单位为微米平方（m 2） 。 （二） 有效渗透率 在实际油层内，岩石孔隙并非只被单相流体所饱和，而是两相（油水、气水、油 气）或者是三相（油气水）流体共同存在。它们不仅与岩石发生各种物理化学作用， 而且各相流体之间相互干扰，岩石对每种相的渗透作用与单相流体有很大的差别。为了表 示岩石对每一种相流体的渗透性，提出了有效渗透率或相对渗透率的概念，其单位为微米 平方（m 2） 。 所谓岩石有效渗透率是指当岩石孔隙为多相流体通过时，岩石对每一种流体的渗透率。 它既反映了油层岩石本身的属性，而且还反映了流体性质及其在岩石中的分布。 （三） 相对渗透率 在实际应用中，为了应用方便，也为了便于对比出各相流体阻力的比例大小，提出了 相对渗透率的概念。 某一相流体的相对渗透率是指该相流体的有效渗透率与绝对渗透率的比值，它是衡量 某一流体通过岩石的能力大小的直接指标，为无因次量。 大量的油田开发及实验证明：有效渗透率和相对渗透率不仅与岩石性质有关，而且与 流体的性质和饱和度有关。 这里先学习一个相关的重要概念：岩石中所含油或水的体积与岩石孔隙体积的比值就 叫含油饱和度或含水饱和度，常用百分数表示： 含油饱和度=岩石中含油的体积/岩石孔隙体积100% 含水饱和度=岩石中含水的体积/岩石孔隙体积100% 相对渗透率曲线：相对渗透率曲线就是把某相的相对渗透率与饱和度的关系用曲线表 示出来，如图 5-1-1 所示： 从曲线中可以看出：随着某相流体饱和度的增加，其有效渗透率和相对渗透率均增加， 直到全部为该种单相流体的饱和度，此时其有效渗透率等于绝对渗透率，相对渗透率等于 1。 四、孔隙度与渗透率的关系 孔隙度与渗透率是储集层岩石的两个基本属性，它们之间没有严格的函数关系，因为 影响它们的因素很多，一般来说有效孔隙度大，则绝对渗透率也高，在有效孔隙度相同的 条件下，孔隙直径小的岩石比直径大的岩石渗透率低，孔隙形状复杂的岩石比形状简单的 岩石渗透率低。 第二节 油层及其分类 前面介绍的储集层已是把油藏放大且拉近了一步，现在我们再把它拉近放大一次，即 油层这个油田开采过程中始终离不开的研究对象，详细地学习掌握有关油层的概念内 涵。 油层广义概念是指，储集层内凡是含有油气条件的岩层都叫油（气）层。在地质上又 把它进一步划分为：单油层、隔层、夹层、油层组、油砂体等，如图 5-1-2 所示。 单油层：是指上下泥岩分隔的具有含油条件的砂岩、粉砂岩等岩层，如图 5-1-4 所示， 本图共有 7 个油层。 油层组：是指油层分布状况、油层性质基本相同，在一套相似的沉积环境下形成的油 层的组合，如图 5-1-3 所示，有、个油层组。 隔层：是油层剖面中渗透率相对很低或不渗透的岩层。在注水开发的油田中可以利用 隔层来封隔开上下不同层系的油层而防止注入水时发生相互窜通，如图 5-1-4 所示，共有 6 个隔层。 夹层：一是指油层以外的其他特低渗透或不渗透岩层；二是指在较厚的油层内部有一 段很薄的不渗透泥岩，或是有一段在物性上与油层本身相比，渗透率较低的物性夹层，如 图 5-1-4 所示，为物性夹层，它是油田开发中后期调整挖潜的对象。 图 5-1-2 某油藏油层局部剖面图 图 5-1-3 图 5-1-2 的局部放大图 油层厚度：一般是指某井某层段的砂岩（岩层）的厚度或油层组整体厚度。 有效厚度：是指某一油层（或油层组）在现有开采工艺技术条件下能够开采出具有工 业价值的原油的油层厚度。它比油层厚度小，单位为米（m） 。 有效厚度与有效渗透率是油田开发过程中方案调整、挖潜等两个非常重要参数；两者 之积叫地层系数，是油层（单井、区块等）产油能力的主要参数（标志） 。 图 5-1-4 图 5-1-3 的局部又一次放大图 第二章 油田开发方案 第一节 开发层系的划分 一、开发层系划分的意义 开发层系的划分是非常重要的，特别是我国大多数油田是非均质多油层油田，各油层 的特性往往彼此差异很大，合采是不行的。其意义是： （1）合理划分开发层系，有利于充分发挥各类油层的作用； （2）划分开发层系是部署井网和规划生产设施的基础； （3）采油工艺技术的发展水平要求进行划分开发层系等。 二、开发层系划分的原则 开发层系划分主要目的是把特征相近的油层合在一起，以注水开发油田为例，一般原 则是（结合后面的开采方式理解）： （1）独立的开发层系，必须具有一定的经济上允许的可采储量，满足一定的采油速度 和稳产时间； （2）独立的开发层系上下必须具有良好的隔层，确保层系间不发生窜通和干扰； （3）同一开发层系内的各油层物性应尽可能接近，减少层间矛盾； （4）同一开发层系的各油层，其构造形态、油水分布、压力系统和原油性质，应基本 接近； （5）同一开发层系必须具有经济上合理的、较稳定的生产能力，不宜过细以及满足采 油工艺技术的要求。 第二节 油藏驱动方式 油藏驱动就是油层采用什么能量来驱油。一般油藏内油层中油、气、水构成一个统一 的水运动系统，在油层未被打开时，油、气、水处于平衡状态，油层内部承受着较大压力 而具有潜在的（天然）能源，这些潜在能量，在开采时就是油气在油层中流动的动力来源， 而油层中这种天然能量有以下五种。 （1）边水或底水压头：通常是油气流动的主要动力，在开采过程中，油水界面不断向 油井方向移动，向油藏内部移动。 （2）气顶压头：当地层压力下降时，依靠气顶气膨胀驱油，在开采过程中，油气界面 下移，移向油井方向。 （3）溶解气：当油层压力低于饱和压力时，气体从原油中逸出并不断膨胀，达到驱油 目的。随着原油中气体消耗增多，油层能量就逐渐趋近枯竭。 （4）流体和岩石的弹性：当油层压力降低时，油层中的流体和岩石产生弹性膨胀，达 到驱油的目的。油层的含水区往往很大，它的膨胀总体积也就很大。 （5）石油的重力：当地层倾角较大，渗透性较好时有驱油作用。 根据上述驱油能量，油藏驱动分为五种类型：即水压驱动、弹性驱动、气压驱动、溶 解气驱动和重力驱动。 一、水压驱动 水压驱动是靠油藏的边水、底水或注入水的压力作用把石油推向井底的，如图 5-2-1 所 示。在水压驱动方式下，当采出量不超过注入量时，油层压力、气油比比较稳定，油井生 产能力旺盛，如图 5-2-2 所示的生产特征曲线。 图 5-2-1 油藏水压驱动示意图 二、弹性驱动 弹性驱动是钻开油层后，地层压力下降，引起地层及其中液体发生弹性膨胀，体积增 大，从而把石油从油层推向井底，这种驱动方式称为弹性驱动，是油藏的主要驱油动力来 源。如图 5-2-3 所示的生产特征曲线，其驱油特点是，开采过程中天然气处于溶解状态， 日产油量不变，气油比稳定，油层压力逐渐下降。 图 5-2-2 水压驱动生产特征曲线 图 5-2-3 弹性驱动生产特征曲线 三、溶解气驱动 溶解气驱动依靠石油中溶解气分离时所产生的膨胀力推动石油流向井底，叫溶解气驱 动。这种驱动方式驱油效果差，采收率低，一般不采用。 气压驱动和重力驱动不是通常采用的，此处略。 第三节 油田的开发方式 井网布置及油田注水方式已经在初级部分介绍，本节重点介绍井网与层系的关系，及 配产配注。 一、井网与层系的关系 井网与层系的关系实际是平面与剖面的关系，是学习掌握的难点。在不同的油田、同 一油田不同地质条件的各区块，井网与层系的关系都有差别，下面就以某油田 EF 区块的 井网与层系为例详细介绍。 如图 5-2-4、图 5-2-5 所示，该区块共分为三套井开发，均采用反九点法面积注水；油 层共有七组，其中最上一组有气顶没有射孔，最下面一组油层发育较差也没有射孔；第三 油层组发育较好，单独作为一个层系开采，即第一套井网（11、12、13、19 井） ；第 二、四油层组油层物性较接近合为一个层系开采，即第二套井网（21、22、23、29 井） ；第五、六油层组油层发育都较差，故也划分为一个层系开采，即第三套井网 （31、32、33、39 井） 。 图 5-2-4 某油田 EF 区块井网（共计三套反九点法）平面示意图 图 5-2-5 某油田 EF 区块层系注采关系（A1 向）剖面示意图 二、配产配注 配产配注是油田开发过程中一项非常重要的工作内容，是油田开发原则、层系划分、 井网布置及开采方式确定后的首要任务，即配产配注方案的编制。 配产配注就是对于注水开发的油田，为了保持地下流动处于合理状态，根据注采平衡、 减缓含水率上升等开发原则，对全油田、层系、区块、井组、单井直至小层，确定其合理 产量和合理注水量。从开采过程和时间上配产配注可分为某一个时期（3-5 年）的配产配 注方案编制与某一个阶段（6-12 月）配产配注方案的调整编制。 第三章 机械采油 机械采油在各油田基本都是主力军，它是油田开发初期（无自喷能力的） 、中后期的主 要采油方式。 随着油田开采生产实践的不断深入以及科学的发展，机械采油的种类越来越多，一般 分类如下： 机械采油 其中各油田应用最广的是游梁式抽油机井采油、电动潜油泵井采油以及电动螺杆泵井 采油；而水力活塞泵采油、射流泵采油、无梁式抽油机井采油只在特殊井上采用。 第一节 抽油机深井泵采油 抽油机深井泵采油，由于其地面机械设备结构简单，机械性能稳定，并与井下深井 泵通过高强度的抽油杆连接，故承载能力大，且操作简单，现在是油田上采油的绝对主力 有杆泵采油 抽油机深井泵采 油 电动螺杆泵采油 游梁式抽油机井采油 无梁式抽油机井采油 无杆泵采油 电动潜油泵采油 水力活塞泵采油 射流泵采油 军，它由抽油机、深井泵、抽油杆三大部分组成的。 一、抽油机装置 抽油机结构装置，如图 5-3-1 所示，为常规游梁式曲柄平衡抽油机结构。 图 5-3-1 常规游梁式曲柄平衡抽油机结构示意图 从图中可以看出游梁式抽油机主要由游梁连杆曲柄机构、减速装置、电力设备和 辅助设备四大部分组成，其各部分的作用如下： 动力设备：动力设备主要是电动机、电动机以三相异步封闭式鼠笼型电动机为主。 减速装置：减速装置的作用是将电动机的高速旋转运动变为减速箱输出轴的低速旋转 运动。它主要包括减速箱齿轮传动减速和皮带传动减速。减速箱是抽油机的关键部件之一， 它主要是把电动机的高速旋转降低到抽油机工作所需要的转速；并把输入轴的低扭矩放大 到抽油机提升液柱和抽油杆柱所要求的扭矩，通过减速箱把动力传给减速箱两侧输出轴上 的曲柄连杆机构。 游梁连杆曲柄机构：该机构主要包括曲柄、连杆、横梁、游梁、驴头等主要部件， 其作用是将曲柄轴的旋转运动变为驴头随游梁绕支架轴承的上下往复运动。 （1）游梁：它是装在支架轴承上，绕支点轴承做摇摆运动，其作用是传递动力、承受 载荷的。通过调整游梁前后、左右，就可以校准驴头中心与井口中心一致。 （2）驴头：装在游梁最前端，通过悬绳器将光杆、抽油机、活塞等杆柱悬挂在抽油机 上，作用是保证抽油时，光杆始终对准井口中心位置，为此驴头的前端是圆弧。它是以游 梁支点为圆心，以轴承到驴头前端长为半径画圆弧。这样可以保证抽油机在工作时，驴头 前端中心点投影与井眼（口）中心基本重合。 辅助装置：辅助装置主要是基础、底座、支架、及固定螺丝等零部件，它的主要作用 是连接和固定抽油机各部件，是抽油机不可缺少的部分。 二、抽油机的工作原理 抽油机由电动机供给动力，经减速箱将电动机高速旋转变为抽油机曲柄的低速运动， 并由曲柄连杆游梁机构将旋转运动变为抽油机驴头的往复运动，通过抽油杆带动深井 泵（抽油泵）工作。也就是电动机将高速旋转运动传递给减速箱的输入轴，经中间轴和输 出轴减速后带动曲柄低速旋转运动，同时曲柄通过连杆经横梁拉着游梁后端上下摆动。游 梁前端装有驴头，活塞以上液柱及抽油杆等载荷均通过悬绳器挂在驴头上，由于驴头随游 梁一起上下摆动，驴头便带动深井泵活塞做上下垂直往复运动，这样就将油抽出井筒。 三、新系列游梁式抽油机代号 目前国内各油田矿场使用的游梁式抽油机类型很多，但基本结构与图 5-3-1 所示相同， 只是外形尺寸或某些部位略有区别；常见的游梁式抽油机还有异相型、前置型等。 （一）前置型游梁式抽油机 常规游梁式抽油机的特点为结构简单、制造容易、维修方便，可全天候运转；缺点是 平衡效果差，效率低。而前置型游梁式抽油机结构特点是曲柄连杆机构与驴头均位于支架 前边，存在一定的极位夹角（15 左右）和平衡相位角（20 左右） ，上冲程时曲柄旋转约 195，下冲程时约 165，这样不但光杆加速度小，还降低了悬点载荷，而且使减速器输出 扭矩在上冲程时滞后，下冲程时超前，降低了电动机功率，具有节能效果。缺点是：不平 衡重加大，减速器需安装在支架下面，维修不方便，工作时前冲力较大，影响了机架的稳 定性。 （二）异相型游梁式抽油机 异相型游梁式抽油机与常规游梁式抽油机主要有以下两点不同：一是将减速器背离支 架后移，形成较大的极位夹角；二是平衡块重心与曲柄轴中心连线和曲柄销中心与曲柄轴 中心连线之间构成一定的夹角，即平衡相位角。 四、抽油机规格系列标准 按照抽油机规格系列标准，如 CYJ12-3.3-70（H）B（F， QY）抽油机型号说明如下 （见下页） 。最大冲程为 3m，其减速箱曲柄轴最大扭矩为（ 37100）kNm，减速箱齿轮 为见开线齿轮传动型式，平衡方式为曲柄平衡。 另外还有一些其他特殊系列型号：CYJQ前置型、CYJY异相型、YCYJ双驴头型、 CYJBZ双摆增程型、CYJP 偏轮式、 XCYJ斜直井可调式等。特殊代号：465-365B- 120 型（最早国内仿美系列型号） ，其中，465 表示最大允许扭矩（4651000） 1bin（35.60kNm） ；365 表示悬点最大载荷为（ 365100）1bin （143.08kN ） ；120 表 示光杆最大冲程（in） ，120in=3.048m。 CYJ 123.370（H）B （F，Q，Y） F复合平衡；Y游梁平衡；B曲柄平衡；Q气动平衡 点啮合圆弧齿轮（无 H 时为渐开线齿轮传动形式） 减速箱曲柄轴最大允许扭矩，100，kNm 光杆最大冲程，m 选点最大载荷，kN 游梁式抽油机系列代号 五、无游梁式抽油机简介 无游梁式抽油机优点是：一是长冲程，可满足深井、大排量抽油的需要；二是悬点运 动规律近似简谐运动，变向加速小，动载小，机器运转平稳；三是平衡效果好；四是占地 面积小。缺点是：机型高度较高；顶部较重；不太适合高冲次。 第二节 抽油泵与抽油杆 抽油泵也称深井泵，它是抽油井装置中的一个重要组成部分，是通过油管和抽油杆下 到井中，沉没在液面以下一定深度，靠抽汲作用将油抽至地面的井下设备。 一、抽油泵的类型与结构 根据油井的深度、生产能力、原油性质不同，所需要的抽油泵的类型也不同。目前国 内各油田采用的抽油泵基本都是管式泵和杆式泵，如图 5-3-2 所示。 （一）管式泵 管式泵的结构特点泵筒连接在油管下部。按阀的数目分为双阀和三阀管式泵。双阀管 式泵结构简单，如图 5-3-2 所示。在活塞上部只有一个排出阀（游动阀） ，而三阀管式泵在 活塞上装有两个排出阀。它的优点是：泵径较大、排量大，适用于产量高，油井较浅含砂 较多，气量较小的井中；结构简单，加工方便，价格便宜。缺点是：不适用于深井；由于 管式泵工作筒接在油管下端，所以检泵和换泵时需要起出油管。 （二）杆式泵 杆式泵是把活塞、阀及工作筒装配成一个整体，可以用抽油杆直接起下。杆式泵的结 构和管式泵相似，但它多一个外工作筒，外工作筒和油管连接，并带有卡簧和锥体座。内 工作筒卡在卡簧处坐在锥体座上。当活塞上下运行时，内工作筒固定不动，这样工作与管 式泵相同。它的优点是：检泵方便，起出抽油杆即可起出泵来；由于杆式泵固定没有打捞 装置，所以余隙小了，因此适用于气较大的井；泵径小，适用于产量低的井；在下泵前可 以试抽，保证了下泵质量。缺点是：泵结构复杂，加工难度大，成本高；由于多一个工作 筒，所以泵径小，排量低；不能用于出砂的井，内外工作筒之间容易因砂堵而把泵卡在油 管内。 （四） 抽油泵组成部件 抽油泵是由许多零部件组成的，它的质量好坏直接影响着抽油泵的使用期限和排油效 率的高低。 图 5-3-2 抽油泵结构及简化示意图 1、工作筒 工作筒是抽油泵的主体，它由外管、衬套、接箍组成。外管也叫泵筒，外管内装有多 节同心圆柱管的衬套，上、下两端靠压紧接箍压紧，上接箍上连油管，下接箍接固定阀及 进油设备。 2、活塞 活塞也叫柱塞，是用无缝钢管制成的空心圆柱体，两端有内螺纹，用以连接游动阀或 其他零件。柱塞两端均有倒角，便于组装，表面镀铬并有环状防砂槽。 3、游动阀 游动阀也叫排出阀，一般油田现场习惯称游动阀，它由阀球、阀座及阀罩组成。双阀 泵只有一个游动阀装在活塞的上端，三阀泵有两个游动阀，分别装在活塞的上下端。 4、固定阀 也叫吸入阀，固定阀等。它除了有阀球、阀座、阀罩外还有打捞头，供油井作业时捞 出或便于其他作业等。 （四）抽油泵型号 抽油泵型号的表示方法如下： CYB 57 R H A M 4.5 1.5 0.6 加长短节长度，m 柱塞长度，m 泵筒长度，m 定位部件型式：C皮碗式；M机械式 定位部件：A顶部定筒式；B底部定筒式；C 底 部动筒式 泵筒型式：H厚壁泵筒；L组合泵筒；W 薄壁泵 筒（金属柱塞泵） ；P组合泵筒；S薄壁泵筒 （软密封柱塞泵） 抽油泵型式：R杆式泵；T 管式泵 公称直径，mm 抽油泵代号 抽油泵基本参数，见表 5-3-1。 表 5-3-1 抽油泵基本参数 基本公式 甭的直径 mm 柱塞长 度系列 m 加长短 节长度 m 连接油管外 径 mm 柱塞冲程长 度范围 m 理论排量 m3/d 连接抽油杆螺纹直径 mm （SY/T5029-2003） 公称 直径 基本 直径 32 31.8 0.6 48.3，60.3 1.2-6 14-69 23.813 38 38.1 0.9 0.3 60.373.0 1.2-6 20-112 26.988 44 44.5 1.2 73.0 1.2-6 27-138 26.988 51 50.8 1.5 0.6 73.0 1.2-6 35-173 26.988 57 57.2 1.8 88.9 1.2-6 44-220 26.988 杆 式 泵 63 63.5 2.1 0.9 88.9 1.2-6 54-259 30.163 32 31.8 60.3，73.0 0.6-6 7-69 23.813 38 38.1 0.6 60.3，73.0 0.6-6 10-112 26.988 44.544 45.2 60.3，73.0 0.6-6 14-138 26.988 57 57.2 73.0 0.6-6 22-220 26.988 70 69.9 0.9 88.9 0.6-6 33-328 30.163 83 83 101.6 1.2-6 93-467 30.163 整 体 泵 筒 95 95 114.3 1.2-6 112-613 34.925 32 32 1.2 60.3，73.0 0.6-6 7-69 23.813 38 38 60.3，73.0 0.6-6 10-128 26.988 44 44 73.0 0.6-6 13-138 26.988 56 56 73.0 0.6-6 21-220 26.988 管 式 泵 组 合 泵 筒 70 70 1.5 88.9 0.6-6 33-328 30.163 二、抽油泵工作原理 抽油泵工作原理如图 5-3-3 所示，当活塞上行 见（a）图时，游动阀受油管内液柱 压力的作用而关闭，排出活塞上部泵筒内液体。同时活塞下面泵筒内压力降低，固定阀在 油套环形空间液柱压力的作用下被顶开，井内液体进入泵筒，充满活塞上行所让出的空间。 当活塞下行见（b）图，泵筒内液体受压，压力增高，当此压力等于或大于油套环形空间 的液柱压力时，固定阀关闭，活塞继续下行，泵筒内压力继续上升，当泵筒内压力超过油 管内液柱压力时，游动阀被泵内液体顶开，液体从泵筒内经过活塞上行进入油管。在一个 冲程过程中，深井泵应完成一次进油和一次排油过程。这样在活塞不断上下运动，游动阀 与固定阀不断的交替关闭和打开，井内液体就不断进入工作筒，从而上行进入油管，使油 管液面不断上升到井口排入出油管线。泵的工作原理也可以简单地概括为：活塞上行时吸 液入泵，排液出井；活塞下行时泵筒内液体进入油管，不排液出井。 三、抽油杆 抽油杆是有杆泵抽油装置中的一个重要组成部分。通过抽油杆柱将抽油机的动力传递 到深井泵活塞上，使深井泵活塞往复运动。 抽油杆型号为：CYG25/2500C 其中 CYG 表示抽油杆代号，25 表示抽油杆直径， “2500”表示短抽油杆长度。 （一）抽油杆的技术规范 如图 5-3-4 所示，抽油杆主体是圆形断面的实心杆体，两端有加粗的锻头，在锻头上 有连接螺纹和供扳手用的方形断面（扳手方） ，抽油杆公称直径有 16mm（5/8in ） ， 19mm（3/4in） ，22mm（7/8in）和 25mm（1in）等四种，抽油杆长度一般为 8m 左右，但 为了方便配杆柱而特别加工的 1.0m，1.5m ，2.5m，3.0m，4.0m 五种长度。 （二）抽油杆及接箍的机械性能 国产抽油杆有两种钢材制成。一种叫碳钢抽油杆，另一种叫合金钢抽油杆。碳钢抽油 杆一般是用 40 号优质碳素钢制成，合金钢抽油杆一般是用 15 号铬镍合金或 20 号铬镍合金 钢制成的。抽油杆许用折算应力为抽油杆在工作中承受驴头最大负荷下的最大拉应力，同 时承受着在一个冲程中由最大负荷、最小负荷作用下的不对称循环应力。抽油杆许用折算 应力，就是考虑了这二者的综合作用，根据材料抗拉、抗疲劳性质而确定的数值，在工作 中，实际折算应力不允许超过许用折算应力。光杆是用高强度的 50-55 号优质碳素钢制造 的。抽油杆所受的力：在传递动力的过程中，抽油杆的负荷因抽油杆柱的位置不同而不同， 上部的抽油杆负载大，下部的抽油杆负载小，抽油杆的负载通常有以下几种：（1）抽油杆 本身重量；（2）油管内柱塞以上液柱重量；（3）柱塞与泵筒、抽油杆与油管、抽油杆与 液柱、油管与液柱之间的摩擦力；（4）抽油杆与液柱的惯性力；（5）由于抽油杆的弹性 而引起的振动力；（6）由于液体和柱塞运动不一致或泵未充满等因素引起的冲击载荷。有 时把后三种载荷统称为“动载荷” 。各种载荷具体大小参见后面参数计算等内容。 四、抽油机井工作原理 （一）工作原理 抽油机井工作原理是指抽油机井采油过程中的地面抽油机和井下的深井泵通过采用机 杆连接一个整体的工作原理；而地面抽油设备抽油机的工作原理（其自身本质只是机 械运动） 、井下深井泵的工作原理都不能单一地代替抽油机井的工作原理，这一点初学者往 往容易混同在一起；抽油机井工作原理是：抽油机把电动机供给的机械能，经减速箱及曲 柄连杆游梁、驴头（四连杆）机构将高速旋转的机械能变为抽油机驴头低速往复运动 的力， 再通过抽油杆把力传递给深井泵（抽油泵） ，使其随同驴头的上下往复做抽吸运动， 进而不断地把井筒液举升到地面。它是抽油机井采油原理中举升动力的细节描述。 （二）抽吸参数及泵效 上面对抽油机井采油整个过程已进行了介绍，那么抽油机井抽油的能力如何描述呢， 这要从抽油机井抽油参数开始。 1.抽油机井抽油参数 抽油机井抽油参数是指地面抽油机运行时的冲程、冲速（冲次）及井下抽油泵的泵径， 是抽油机井生产管理过程中重要的生产参数，其各自的意义为： 冲程（S）指抽油机驴头上下往复运动时在光杆上的最大位移，m； 冲速（n）指每分钟抽油机驴头上下往复运动的次数，min -1； 泵径（D）指井下抽油泵活塞截面积的直径， mm。 2.抽油机井泵效 抽油机井泵效是指抽油机井的实际产液量与抽油泵的理论排量的比值叫做泵效；严格 地讲，这只能叫做视泵效，因为深井泵抽吸时考虑液体的体积系数和油管、抽油杆的伸长， 缩短引起的冲程损失等因素，但这样计算较繁琐，而且生产实践已证明没有必要一一地详 细计算，因此现场一般以视泵效来代替实际泵效。 （三）抽油泵理论排量 理论排量就是深井泵在理想的情况下，活塞一个冲程可排出的液量叫泵的理论排量， 在数值上等于活塞上移一个冲程时所让出的体积。其计算公式为： Q 理 =1440Sn(D 2/4) （5-3-1 ） 式中 Q 理 抽油泵理论排量， m3/d； S抽油机井冲程，m ； n抽油机井冲速，min -1； D抽油泵泵径，mm。 （四）抽油机井泵效 抽油机井的实际产液量与抽油泵的理论排量的比值，其计算公式为： =Q 实 /( 液 Q 理 ) 100% （5-3-2） 式中 Q 实 抽油机井实际产液量， t/d； 液 采出液相对密度，无因次量； 抽油机井泵效，%。 第三节 电动潜油泵采油 电动潜油泵是机械采油中相对排量较大的一种无杆泵采油方式，它是很多油田不可缺 少的采油力量。 一、电动潜油泵装置的组成及工作原理 （一）电动潜油泵装置 电动潜油泵装置已有三大部分、七大件组成的，如图 5-3-5 所示。 （1）井下部分包括：多级离心泵；潜油电动机；保护器；油气分离器。 （2）中间部分指电缆。 （3）地面部分包括：变压器；控制屏；接线盒 （二）电动潜油泵各装置作用及特点 1.潜油电动机 潜油电动机是机组的动力设备，是将地面输入的电能转化为机械能，进而带动多级离 心泵高速旋转；它位于井内机组最下端，与普通的三相鼠笼式异步感应电动机一样，其区 别就在于： （1）机身长。由于潜油电动机受到油井套管内径尺寸的限制，但还要满足负荷能力的 需要，细长是必然的；一般是随着其功能的大小而变的，最短几米，最长的有十几米。 （2）转轴为空心。 （3）启动转矩大。在 15 转（约 0.3s）可以满载下全速启动。 （4）转动惯量小。 （5）绝缘等级高。 （6）附带保护器装置及油浴冷却。 2.多级离心泵 多级离心泵是给井液增加压头并举升到地面的机械设备，它由两个部分组成的，即转 动部分（轴、键、叶轮及轴套等）和固定部分（导壳、泵壳、轴承外套等） 。它与普通多级 离心泵相比，有以下特点： （1）直径小、长度大、级数多。主要满足压头高的要求。例如雷达泵流量 550m3/d， 扬程（压头）1000m 的多级离心泵有五节 394 级，总长度为 18.63m。 （2）轴向卸载、径向扶正。主要是消除轴向力而引起的泵轴弯或偏摆及叶轮振动等。 （3）吸入口有脱气装置。为了防止井液中的气体进入多级离心泵，在泵的吸入口处装 有油气分离器，以提高泵效。 3.保护器 保护器是安装在潜油电动机的上部，是用来保护潜油电动机的，潜油电动机虽然结构 上和地面电动机基本相同，但它在井下工作环境比较恶劣（油、气、水压力、温度等） ，因 此要求密封高以保证井液体不能进入电动机内；还要有补偿电动机内润滑油的损失、平衡 电动机内外腔的压力、传递扭矩。 4.油气分离器 油气分离器是使井液通过时（在进入多级离心泵前）进行油气分离，减少气体对多级 离心泵特性的影响；目前各油田所使用的油气分离器有沉降式和旋转式两种。 5.控制屏 控制屏是电动潜油泵机组的专用控制设备，电动潜油泵机组的启动、运转和停机都是 依靠控制屏来完成的。 它主要是由主回路、控制回路、测量回路三个部分组成的。其功能是：能连接和切断 供电电源与负载之间的电路；通过电流记录仪，把机组在井下的运行状态反映出来；通过 电压表检测机组的运行电压和控制电压；有识别负载短路和超负载来完成机组的超载保护 停机功能；借助中心控制器，能完成机组的欠载保护停机；还能按预定的程序实现自动延 时启动；通过选择开关，可以完成机组的手动、自动两种启动方式；通过指示灯可以显示 机组的运行、欠载停机、过载停机三种状态。 6.接线盒 接线盒是用来连接地面与井下电缆的；具有方便测量机组参数和调整三相电源相序 （电机正反转）功能；还可以防止井下天然气沿电缆内层进入控制屏而引起的危险。 7.电缆 电缆是供给井下潜油电机输送电能的专用电线。 8.单流阀 单流阀用来保证电动潜油泵在空载情况下能够顺利启动；停泵时可以防止油管内液体 倒流而导致电动潜油泵反转。 9.卸压阀 卸压阀是在修井作业起泵时，剪断其阀芯，使油管与套管连通便于作业。 （三）电动潜油泵井工作原理 电动潜油泵井工作原理：地面控制屏把符合标准电压要求的电能，通过接线盒及电缆 输给井下潜油电动机，潜油电动机再把电能转换成高速旋转的机械能传递给多级离心泵， 从而使经油气分离器进入多级离心泵内的液体被加压举升到地面；与此同时井底压力（流 压）降低，油层液进而流入井底。还可叙述为两大流程： 一是潜油电泵供电流程：地面电源变压器潜油电缆潜油电机。 二是潜油电泵抽油流程：油气分离器多级离心泵单流阀卸油阀井口。 二、电动潜油泵型号及参数 电动潜油泵机组型号通常由下列代号表示： QY D B 425 1000 - 114 最大轴向投影尺寸，mm； 机组额定扬程，m； 机组额定排量，m 3/d； 表示（多级）离心泵； 表示泵为电力（电动机）驱动； 表示（机组）潜油运行。 电动潜油泵主要参数为： 排量即电动潜油泵的最大额定排量，m 3/d； 扬程即电动潜油泵机组打水时的最大扬程，m ； 功率即潜油电机输出额定功率，kW； 效率即排量效率，油井实际产液量与额定排量之比，%。 三、电动潜油泵机组保护 电动潜油泵井由于其下泵投入费用以及检泵施工费用都比较高，所以对井下机组的保 护是相当重要的。 电动潜油泵井井下机组保护可分为两大部分： 一是地面保护： （1）电源电路保护，有电压、相序、短路、延时等； （2）载荷整流值保护：有过载、欠载电流保护（重点介绍的内容） ； 二是井下保护： 有单流阀、扶正器、潜油电动机保护器等。 电动潜油泵井井下机组的地面保护都集中在控制屏上，所以要对机组运行电流的过载、 欠载保护值的设定，首先要掌握控制屏的组成，由前面的学习可知；电动潜油泵井的控制 屏一般都是由三个回路组成的，即主回路、控制回路、测量回路；其功能分别是： （1）主回路：电路元器件直接与电源变压器（900-1100V 变压）相连，由隔离闸刀来 实现接通和断开，电路控制开关是真空交流接触器。 （2）控制回路：电路是由控制电压调整开关，控制电流自动开关，控制方式选择开 关等元器件组成。由于它们不直接与电源连接，所以又叫二次控制回路。控制回路中还应 包括中间继电器，压敏电阻，整流电路等部分。 （3）测量回路：电路有电流互感器、电压互感器、电流记录仪、电压电流表等组成， 通过这些仪表可对井下机组运行状况及电压与二次回路配合对整个机组运行进行自动控制。 第四节 电动螺杆泵采油 目前电动螺杆泵正在各油田被逐步推广使用到采油行列中来，这主要取决于它自身的 技术特点和采油者在实践中对它的认识；电动螺杆泵采油系统按不同驱动形式分为地面驱 动和井下驱动两大类；这里只介绍地面驱动井下螺杆泵。 一、电动螺杆泵装置及原理 根据地面驱动螺杆泵的传动形式可分为皮带传动（以如图 5-3-6 所示为例）和直接传 动（略）两种，其系统组成主要包括地面驱动部分、井下泵部分、电控部分、配套工具及 其井下管柱等。 （1）地面驱动部分：包括减速箱、皮带传动、电动机、密封盒、支撑架、方卡子等。 （2）井下泵部分：主要由抽油杆、接头、转子、导向头和油管、接箍定子尾管等组成。 （3）电控部分：包括电控箱、电缆等。 （4）配套工具部分：包括防脱工具、防蜡器、泵与套管锚定装置、卸油阀、封隔器等。 （5）常规及简易井口装置、正扣及反扣油管、实心及空心抽油杆、抽油杆扶正器、光 杆扶正器、专用井口设备等。 地面电源由配电箱供给电动机电能，电动机把电能转换为机械能并通过皮带带动减速 装置来启动光杆，进而把动力再通过光杆传递给井下螺杆泵转子，使其旋转给井筒液加压 举升到地面；与此同时井底压力（流压）降低。 二、电动螺杆泵的型号表示方法 电动螺杆泵的型号表示方法为： K G LB 120 27 泵的总级数（例 27 级） 泵的每转公称排量（例 120 m3/d） 单级螺杆抽油泵 抽油杆传动 空心转子 三、电动螺杆泵的优缺点 优点：一是节省投资；二是地面装置结构简单，安装方便；三是泵效高，节能，管理 费用低；四是适应性强，可举升稠油；五是适应高含砂量、高含气井。 缺点（电动螺杆泵的局限性）：一是定子寿命短，检泵次数多；二是泵需要润滑；三 是操作技术要求较高。 四、螺杆泵的理论排量 螺杆泵的理论排量是由于螺杆泵的外径、转子偏心距、定子导程及其转速决定，计算 公式为： Q=2760eDTn （5-3-3 ） 试中 e转子偏心距，m； D螺杆（转子）外径，m； T定子导程，m； n转速，r/min； Q螺杆泵的理论排量，m 3/d。 五、螺杆泵采油井的管理 螺杆泵采油井的管理比其他机械采油井的生产管理虽然简单方便，但也有困难的地方， 如：地面驱动装置漏油、皮带易断更换不及时、防杆断脱问题、热洗较困难、测试问题、 不压井作业问题。 一般比较突出的是： （1）停机时间不能长。如皮带断后不能像抽油机那样易被发现可及时更换，测压长时 间停机都会使再次起泵困难。 （2）洗井时温度及排量要求高。洗井时温度不能过高（不能超过定子橡胶所承受耐热 温度） ；排量不能过大，否则过大排量的洗井液就会使螺杆泵超速旋转导致抽油杆柱承受的 是退扣扭矩，造成杆柱退扣。 第四章 油水井站管理 第一节 油水井间（站）工艺流程 井间（站）生产工艺流程是油田集油的起点，是采油工如何既把从井里采出的油气混 合液顺利外输又便于生产管理以及产量调控的根本基础，所以掌握井间（站）生产工艺流 程是采油工必需的，井间注水系统生产流程也是如此。 一、井间注水系统生产流程 （一）井间注水系统生产流程图 根据各油田注水生产工艺流程特点及其通用性，这里主要介绍两种流程。 1.单井配水间注水流程 如图 5-4-1 所示，配水间与井口在同一井场，管损小控制注水量或测试调控准确。它适 用于行列注水井网。 图 5-4-1 单井配水间注水流程示意图 2.多井配水间注水流程 如图 5-4-2 所示，数口井通用一个配水间，调控水量方便，但管损（井间距离长）较大， 测试调整不方便。它适用于面积注水井网，而且井口必须装有油压表。 （二）注水流程 注水干线（汇管）内的动力水从水表上流阀进入水表，经下流阀调控到井口，有以下 三种注水方式： （1）由来水闸阀通过注水总闸阀由油管（正注）向油层注水； （2）由直通闸阀通过套管（反注）向油层注水； （3）以上三个闸阀均打开油管和套管一起向油层注水（合注） 。 二、井间（站）集油系统生产工艺流程 根据各油田集油系统生产工艺流程不同差异和特点，本着其通用性的原则，这里主要 介绍双管集油流程，如图 5-4-3 所示。 图 5-4-3 井间双管集油流程示意图 双管流程的特点是集油能力强、面积大，适应各种常规采油生产作业，且调控方便， 操作简单；特别是气候寒冷地区更便于掺水保管线。图 5-4-3 中包含以下流程。 1.单管生产流程 计量间掺水液经掺水阀由掺水管（高压管）到井口，再由掺水调节阀调节适当的掺水 量后，同井口采出液一起经生产阀从生产管（低压管）输到计量间的来油汇管，最后通过 计量间外输阀输出（见图中的 1#井、2#井） 。 2.双管生产流程 计量间内的掺水阀关闭，单井来油阀下部的高低压连通阀（这里是根据生产实际需要 加装的）打开，井口的高低压直通阀也打开，这样油井采出液经生产阀后就可以从生产管 和掺水管一同输油，即双管生产，输到计量间的来油汇管，最后通过计量间外输阀输出 （见图中的 3#井、4#井） 。双管生产流程主要是用来满足高产液量油井生产的。 3.单井热洗流程（压井流程） 计量间外热洗液（温度、压力均较高）从热洗汇管经热洗阀（此时掺水阀关闭）由掺 水管到井口，再由套管热洗阀（井口掺水调节阀此时关闭）从油套环空顶向井底，再由井 下泵的吸入口随同油层液一起经深井泵、油管喷（或抽）出，最后经总阀、 （一次）生产阀、 （二次）生产阀从生产管返回计量间。 4.量油流程 首先关闭量油井掺水阀（双管生产的不用） ，再开量油汇管总阀及单井量油阀和关紧来 油汇管阀，这样单井采出液经计量管进入量油分离器内。 （1）玻璃管量油流程 开关分 离器量油出口阀（此时流量计与外输汇管的直通阀是开的）即可实现数次量油；（2）流量 计量油流程开分离器量油出口阀及流量计进出口阀（此时关上流量计与外输汇管的直 通阀） ，即可实现连续量油。 5.测气流程 以双波纹管差压计为例，在上述量油的同时，开分离器气出口阀，再开测气挡板前后 连接差压计的两个阀、关测气平衡阀，在气体经单流阀并连续进入外输汇管时即可从差压 计上读数测气。 以上五项井间主要生产流程可参照后面的相关内容学习。 第二节 注水井资料整理与分析 注水井资料中的注水量、泵压、油压、井口油套压已在初级工中介绍，本节重点介绍 注水井的测试资料的整理与分析。 一、测试资料 注水井测试资料是非常重要的资料，是通过井下测试流量计与井下配水管柱配合测试 出的各段（分层注水井）或全井水量与压力的关系测试资料（注水井指示曲线） ；这一测试 过程一般都是由专业测试工来完成的，具体测试过程是把校验合格的井下流量计从井口油 管下入到井下分层注水管柱，由下向上地按各层段配注水量测出各层及全井水量与压力关 系，下面将详细介绍测试资料的整理过程及注水中如何应用其测试成果。 （一）测试卡片 测试卡片是注水井井下测试时由测试仪器把测试的各层注水量，直接画在专用的测试 卡片上的，是测试第一手资料；目前测试卡片随着测试技术的发展正由以前的机械式变成 电子式卡片；如图 5-4-5 所示为某井的实测卡片。 图 5-4-4 某油田 3-3722 注水井分层测试卡片 图中四张卡片均为机械式卡片，其中前三张（一、二、三）为正常测试卡片，第四张 （检）为检配卡片；该井分三个层段注水，图中四个台阶（柱状）的第一个为仪器下井过 程，第二、三、四为三个层段测试水量；四张卡片在技术上均为合格卡片，每张卡片左上 角的标注依次为：井号（3-3722 ） 、测试时的泵压（13.9MPa ） 、油压、井口油压、卡片序号， 右上角测试日期。另外，电子式测试卡片如图 5-4-5 所示，其特点是可记录全过程压力， 分层水量及压力均可直接打印出来。 图 5-4-5 某注水井分层测试（电子式）卡片 （二）测试水量 测试水量计算是先用直尺（mm）在卡片上测量出每个测试台阶高度，再由仪器流量校 验曲线上查出相应的水量（视水量） ；由于测试时是由下往上逐段测试的，即各层的实际水 量是前一台阶与后一台阶的差，结果见表 5-4-1。 表 5-4-1 3-3722 井分层流量测试记录 测试点 泵压，MPa 油压，MPa 注入水量，m 3/d 备注 第一点 13.90 13.40 187 配 水