采油方法机械PPT课件.ppt

自喷采油法 完全依靠流体自身的能量将原油采出地面的方法叫自喷采油法 这样的生产井叫自喷井 优点 不需要补充能量 设备简单 操作方便 投资少 尽管自喷井数少 但产量很高 经济效益高 第一节自喷采油 1 油井自喷的条件 gH 井内静液柱压力Pfr 摩擦阻力Pt 油压 2 一 油井流入动态1 采油指数油井日产量与生产压差的比值 产液指数 它表示单位生产压差下油井的日产量 用以衡量油井的生产能力 如果油井既产油 又产水 比采油指数 单位油层厚度上的采油指数 3 在不同的开采时期 地层中含气饱和度不同 采油指数不同 IPR曲线不是平行后退 而是随地层压力变化 呈外凸的曲线 溶解气驱 不同时期IPR曲线不平行 弹性驱IPR曲线平行后退 2 油气两相渗流的流入动态 随着原油不断采出 Sg Ko 4 5 在不同条件下 IPR曲线不同 但无因次IPR曲线基本重合 可近似地用一条无因次IPR曲线来代替 6 描述无因次IPR曲线的方程叫Vogel方程 利用这一方程可较容易地获得油井的IPR曲线 6 2 7 已知地层压力 只需一个点的生产数据就可作出IPR 否则要4至5个实测点的生产数据才能作IPR曲线 或已知两个稳定生产点的数据 可作出IPR曲线 利用Vogel方程作IPR曲线误差早期5 晚期20 且绝对误差较小 8 二 垂直管流1 混气液密度持液率 HL 单位管长内液体体积与油管容积的比值 持气率 HG 单位管长内气体体积与油管容积的比值 则混气液密度 m GHG lHL G 1 HL lHLHG HL 1 9 2 滑脱现象由于油气密度不同 在垂直管中气体比液体上升快的现象称为滑脱现象 两相的速度差叫气体的滑脱速度 vS vG vL VSL 液相表观速度VSL qL A VSG 气相表观速度VSG qG A AL 油相截面积 AG 气相截面积 10 密度所引起的压力变化是油气流动时不可避免的压力损耗 叫有效损耗 滑脱引起的压力变化叫滑脱损失 11 纯液流 从井底到井筒压力等于Pb的点之间 无气相 管内流动的是均质液体 叫纯液流 流体密度最大 压力梯度最大 压力分布曲线为直线 3 垂直管气液两相管流的流型 12 泡流 管内从压力等于Pb起 有天然气析出 呈现泡状 分散在液相中 随着油流上升 压力下降 气泡渐渐膨胀 液相是连续相 气相是分散相 这时气体的体积流量仍较小 总流量不大 流速较低 摩阻小 密度比纯液流低 但滑脱损失较大 压降分布曲线呈上凹型 13 段塞流 随混气液上升 压力下降 小气泡膨胀成大气泡 当气泡断面几乎与油管直径相当时 井筒内形成一段气 一段液的流动结构 气段外有液膜 液相仍是连续相 气相是分散相 气体体积流量较泡流大 摩阻较泡流大 密度较小 滑脱较小 气段膨胀时顶着液段上升 举油效果好 总的压力损失最小 14 环流 过渡流 气体体积膨胀 气段增长 液段被突破 气段与上部气段相连形成中心是气 外环为液膜的流态 液体靠中心气流的摩擦携带作用向上运移 气相 液相均为连续相 这时体积流量较大 密度小 压降以重力为主过渡为以摩阻为主 总压降比段塞流大 压降曲线呈上凸型 15 雾流 气体体积流量越来越大 管壁的油膜越来越少 液相主要以雾状分散到气相中 气为连续相 液为分散相 这时密度很小 但流速很大 压降主要消耗在摩阻上 压降梯度变得更大 压能损失更为严重 16 油气沿井筒喷出时的流型变化示意图 纯油流 泡流 段塞流 环流 雾流 17 套压 Pc 指示油管和套管环空的压力 油压 Pt 原油举升到井口时的剩余能量 又是通过油嘴的动力 回压 PB 油嘴后剩余压力 又是地面管线流动的动力 三 嘴流动态 1 油嘴流动的特点 18 19 3 临界流动油气流速可达临界速度 油嘴前后宛若两个系统 临界流速 流体的流速达到压力波在流体介质中的传播速度 即声速 临界流动状态 流体达到临界速度时的流动状态 20 K 气体的绝热指数 K CP CV CP 定压比热 CV 定容比热 对于空气k 1 4 PB Pt c 0 528对天然气K 1 3 PB Pt c 0 546气体大都在0 5左右 根据热力学 临界压力比 4 单相气体嘴流 21 当PB Pt 0 5 即Pt 2PB时 油气混合物在油嘴中的流动可达到临界流动状态 这时 油气流量变化与回压无关 仅由Pt决定 因此 油咀的作用 1 改变油井的工作制度 控制油井产量 2 分隔咀前咀后的流动 保持油井生产稳定 22 pwh 油压 Pt MPaRp 生产气油比 m3 m3qo 产油量 m3 dd 油嘴直径 mma b c 经验常数 5 气液两相嘴流 临界流动 23 四 自喷井的协调1 四个流动过程 1 地层渗流 遵守渗流规律 IPR曲线 2 垂直管流 两相流动规律 油管曲线 3 咀流 多相咀流规律 咀流曲线 4 地面管流 被油嘴分隔开 24 2 全井的协调协调条件 井底 井口产量相等 压力衔接 协调点 两曲线的交点 当q qc时 Pwf Pt有较低值 表明该产量下油管中压力损失较低 25 自喷后期地层能量下降 所提供的压力小于举升时要消耗的压力 油井停喷 当油井自喷能力减弱时 向井中注入高压气体 降低井中油流密度 使油喷出地面 这种生产方法叫气举采油法 采取何种方法取决于井的生产特征 第二节气举采油 26 一 特点优点 井口 井下设备简单 气举不受套管尺寸限制 生产灵活 管理比较方便 适用范围广 尤其适用于海上采油 深井 斜井 含腐蚀性气体或含砂多 不适于泵抽的油井 缺点 地面设备复杂 投资大 需要气源 要求套管能承受高压 27 二 气源1 要求 1 具有足够的压力 2 必须不含氧气 2 来源 1 高压天然气 2 低压天然气 经压缩机加压注入 28 三 气举系统构成1 压缩站 2 地面配气站 3 单井生产系统 4 地面生产系统 重点 单井生产系统 地面生产系统与其他举升方式基本相同 29 30 1 开式气举装置 无封隔器地面注气压力波动会引起油套环空液面升降 每次关井后 必须重新卸载 2 半闭式气举装置 单封隔器完井注入气不能从油管底部进入油管 且油井一旦卸载 流体就无法回到油套环空 适用于连续气举和间歇气举 四 气举装置类型 31 图6 12 32 单封隔器及单流阀完井与半闭式装置类似 并在油管柱底端装有固定单流阀 避免了开式装置的弊端 使高压气体和井筒液体不能进入地层 3 闭式气举装置 33 1 气举前状态油井停喷时 油管和环空液面处于同一位置 2 气举过程 五 气举的启动压力和工作压力 向环空注入压缩气时 环空液面被挤压向下 油管中的液面则上升 当环空液面下降到管鞋时 压风机达到最大压力 称为启动压力Pe 压缩气进入油管后 使油管内原油充气 液面不断上升 直至喷出地面 34 喷出前 Pwf Ps 喷后 使油管内 m越来越低 油管鞋压力急剧降低 井底压力及压风机压力随之急剧下降 当Pwf Ps时 地层开始产油 并使油管内 m稍有增加 致使压风机压力复而上升 最后 液面在管鞋处达到动态平衡 这时压风机的压力称为工作压力Po 35 若 Pe Pc 则气举无法实现 Pc 压缩机的额定输出压力 3 启动时压风机压力变化曲线 36 若Pe大于压缩机的额定输出压力 该压缩机就无法把环空中的液体压入油管内 气体不能进入油管 就不能实现气举 要想实现气举 需大功率的压缩机来保证气举的启动 但正常生产时不需要这么大的功率 造成浪费 增加了设备的成本 为实现气举 同时降低成本 必须减小Pe 有效的方法是安装气举凡尔 37 注入气 工作凡尔 38 1 U型管等压面原理 2 压缩机以Po气举 不能把环空液面完全压入油管内 只能把液面向下压一定深度 液面位于油管内压力等于Po点 六 气举的卸载过程 39 3 在这一位置上方的油管上打孔 气体可将油管内孔之上的这段液体举出 4 液体举出 油管内压力下降 环空液面下降到一定深度后达到稳定 打第二个孔 5 当第二个孔进气时 第一个应封住 40 2020 1 7 41 6 逐级将液面压向一定位置 能满足打开和封闭油管孔眼的装置叫气举凡尔 这样只需要工作压力就能启动气举 正常气举时开启的凡尔叫工作凡尔 上面其余的凡尔称启动凡尔 42 第三节有杆泵采油 43 有杆泵一般是指利用抽油杆上下往复运动所驱动的柱塞式抽油泵 一 有杆抽油装置 SuckerRodPumping 典型有杆抽油装置如图 44 1 抽油机 游梁式抽油机主要由游梁 连杆 曲柄机构 减速机构 动力设备和辅助装置等四部分组成 45 46 2 抽油泵有杆泵采油的井下设备基本要求 结构简单 强度高 工作可靠 使用寿命长 便于起下 而且规格类型能满足不同油田的采油工艺需要 47 游动凡尔 活塞 泵筒衬套 固定凡尔 抽油泵的组成 泵筒 48 柱塞上下运动一次称一个冲程 也称一个抽汲周期 上冲程 抽油杆带动活塞向上运动 a 游动凡尔关闭 井口排液 b 泵内压力下降 固定凡尔打开 泵内吸油 吸入条件 泵内压力 沉没压力c 抽油杆加载伸长 油管卸载缩短 1 泵的工作原理 49 沉没压力 泵吸入口的压力 动液面 生产时的环空液面高度 静液面 关井时的液面高度 hs 沉没度 hf 动液面高度 50 下冲程 抽油杆带动活塞向下运动a 泵内压力升高 固定凡尔关闭 停止吸油 b 游动凡尔打开 泵内油转入活塞以上的油管 井口出液 泵排出液体的条件 泵内压力 活塞以上液柱压力c 抽油杆卸载缩短 油管杆加载伸长 51 2 泵的理论排量假设 活塞的冲程等于光杆的冲程 活塞让出的体积完全被原油充满 抽油系统无漏失 即 柱塞上下吸入和排出的液体体积相等泵的理论排量为 6 9 式中 Qt 泵的理论体积排量 Ap 柱塞截面积 ApD 泵径 m S 光杆冲程 m n 冲次 52 按抽油泵在油管中的固定方式分为 杆式泵柱塞 固定凡尔 游动凡尔和工作筒装成一个整体 随抽油杆柱插入油管内的预定位置固定 故又称为 插入式泵 特点 操作方便 结构复杂 成本高 适应于深度大 产量小的井 3 抽油泵类型和结构 53 管式泵工作筒 固定凡尔装在油管尾部 游动凡尔装在柱塞上 先下工作筒 再下油管 最后用抽油杆下入柱塞 特点 结构 简单 成本低 操作复杂 适用于下泵深度不大 产量较高的井 54 3 抽油杆柱上经光杆连接抽油机 下接抽油泵的柱塞 其作用是将地面抽油机悬点的往复运动传递给井下抽油泵 附属器具 光杆 位于抽油杆最上端 其作用是连接驴头钢丝绳与井下抽油杆 并同井口盘根配合密封抽油井口 55 抽油杆扶正器 用于斜井和丛式井 使抽油杆处于油管中心 不直接与油管接触 减少抽油杆的磨损 振动和弯曲 还有用于减少抽油杆振动的减振器 防止抽油杆接箍旋松的防脱器等 加重杆 用于大泵抽油 稠油井和深井 抽油杆柱的下部采用加重杆 防止抽油杆柱下部发生纵向弯曲 减少抽油杆的断脱事故 56 二 抽油机悬点载荷 在上冲程中 游动阀关闭 柱塞上下流体不连通 产生悬点静载荷的力包括抽油杆柱重力和柱塞上液柱的压力 1 悬点静载荷 57 1 抽油杆柱重力 2 作用在柱塞上的液柱载荷 上冲程悬点静载荷 下冲程 58 3 摩擦载荷 1 抽油杆柱与油管之间的摩擦力F1 2 柱塞与泵筒之间的摩擦力F2 3 抽油杆柱与液柱之间的摩擦力F3 4 液柱与油管之间的摩擦力F4 5 液体通过游动阀的阻力F5 2 悬点动载荷 惯性载荷和振动载荷 59 4 悬点最大和最小载荷 上冲程的最大载荷 若取r l 1 4 则 发生在下冲程的最小载荷 60 三 泵效分析 实际产液量与泵的理论排量之比称为泵的容积效率 油田习惯称之为泵效 影响泵效的因素 1 抽油杆柱和油管柱的弹性变形的影响 2 气体和泵充不满的影响 3 漏失的影响 4 地面脱气和冷却后液体体积收缩的影响 61 对于组合杆柱 1 静载荷对柱塞冲程的影响 抽油杆和油管柱的变形量为 总的静载变形量 为 62 在静载荷作用下 抽油泵柱塞的冲程长度SP较抽油机悬点的冲程长度S减少变形量 故 也称静载冲程损失 选用较长S 有利于减少冲程损失对泵效的影响程度 惯性力作用产生使柱塞冲程增加 尽管提高冲次有利于增大柱塞冲程 但快速抽汲增加了惯性力 会使悬点最大静载荷增大 最小载荷减少 使杆柱受力条件变差 63 2 气体对泵效的影响 泵的充满系数 它表示泵在工作过程中被液体充满的程度 充满系数越高 泵效越高 R 泵内气液比 R Vg VL K 余隙系数 K VS VP 64 提高充满系数的途径 1 尽量减小防冲距 以减小余隙 2 适当增加泵的沉没度以提高泵的沉没压力 3 使用气锚 使气体在泵外分离 65 3 漏失对泵效的影响 1 泵排出部分漏失 柱塞与衬套的间隙漏失 游动阀漏失 均会减少泵内排出的液量 2 泵吸入部分漏失固定阀漏失会减少进泵的液量 3 其他部分漏失由于油管丝扣 泵的连接部分及泄油器密封不严所产生的漏失都会降低泵效 66 井内液体含腐蚀性介质油井出砂结蜡磁化现象导致漏失井身弯曲 漏失原因 67 1 使用油管锚减少冲程损失 r t t 0 r 2 调小防冲距为了防止碰泵 要求活塞下死点与固定凡尔有一定的距离 叫防冲距 防冲距越小 Vs越小 K 反之 防冲距越大 越保险 4 提高泵效的措施 68 3 选择合理的下泵深度 Lp2 Lp小 小 P大 Lp就大 可能大 会降低泵效 就气体影响而言 P越大 则R越小 可提高泵效 要对比分析 综合考虑 要有一定的沉没度 使泵效最高的沉没度 69 4 选择合理的泵径 D2D越大 就越大深井不宜用大泵 5 选用大SK Vs Vp Vs与冲程无关 Vp SpS Sp K 气体影响下降 70 6 安装气锚 减少进泵气量上冲程 气体有向上分速度 一部分气体被挡在气锚外 另一部分气体刚进气锚又流向顶部 下冲程 气锚内气体被分离掉 气泡直径越大 效果越好 但不能成段塞 环空越大越好 液流速度越低越好 长度越长越好 71 总之 1 一般油井 选长冲程 小泵径 中冲数S K s D s 2 稠油井 大泵径 流动阻力小 长冲程 小冲数 充满系数大 3 连喷带抽井 压力较高 油气比低 井以大冲数诱喷 72 1 不平衡原因 1 上冲程 Pu Wr Wl电机对驴头作功PuS 2 下冲程 Pd Wr 驴头对电机作功PdS电机不但无载荷还吸收功 做功不平衡 四 抽油机平衡 73 2 危害 1 电机不