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第三章采油工程基础知识 1 引言 油层 采油工程部分 水井 油井 油藏工程部分 人工补充能量 人工举升采油 液气 集输油气 脱水处理 污水 原油 回注或排放液 气 天然气 2 第一节油水井结构 一 生产井井身结构 井身结构 是指完钻井身和相应井段的钻头直径 下入的套管层数 直径和深度 各层套管外的水泥返高和人工井底等 3 套补距 钻井时的方补心与套管头的距离 单位为米 m 套管深度 下入油层套管的深度 单位为米 m 套管直径 下入油层套管的公称直径 单位为毫米 mm 人工井底深度 完井时套管内最下部水泥顶界面至方补心的距离 单位为米 m 射开油层顶部深度 射开井段最上部至方补心的距离 单位为米 m 射开油层底部深度 射开井段最下部至方补心的距离 单位为米 m 4 二 注水井结构及生产原理 一 注水井结构 注水井结构 是指在完钻井基础上 在井筒套管内下入油管 配水管柱 再配以井口装置 5 1 套管规范 下入的套管直径与壁厚 如 141mm 7 72mm 2 油管规范及下入深度 下入油管的直径与壁厚 62mm 5 5mm 及下入油管的底部到方补心的距离 米 3 注水管柱深度及级数 即下入管柱有几级几段封隔器 4 油层中部深度 主力油层深度至方补心的距离 米 5 井口装置 所采用的采油树型号 6 二 注水井生产原理 p井口 H井深 r注入水 p损失 p油层 注水能量传递过程 7 三 采油井结构及生产原理 一 自喷井结构及生产原理 自喷井结构 是指在完钻井基础上 在井筒套管内下入油管及喇叭口 再配以井口装置 井口装置 油层 油管 套管 喇叭口 喷出液量 8 一 自喷井结构及生产原理 自喷井生产原理 油层流体从油层流到井底 依靠自身的能量由喇叭口进入油管 到达井口 通过油嘴喷出 能量传递过程 P井底流压 H井深 r混合液 p损失 p井口油压 9 三 采油井结构及生产原理 二 抽油机井结构及生产原理 抽油机井结构 包括井口装置 地面抽油机设备 井下抽油泵设备 抽油杆 油管 套管等组成 10 生产原理 地面抽油机的机械能通过抽油杆带动井下抽油泵往复抽吸井筒内的液体降低井底压力 从而使油层内的液体不断的流入井底 泵抽出的液体由井口装置不断的抽出 二 抽油机井结构及生产原理 11 1 抽油泵规格 泵径 mm 2 抽油泵深度 泵筒下入深度 m 3 吸入口深度 泵进液孔深度 m 4 抽油杆深度及规范 活塞深度及抽油杆的直径 5 油管规格 下入油管的直径 6 套管规格及深度 下入套管直径及深度 7 采油树型号 井口实际安装的 8 抽油机型号 即井口实际安装的抽油机型号 12 三 采油井结构及生产原理 三 电动潜油泵井结构及生产原理 电潜泵井结构 是指在完钻井基础上 在井筒套管内下入油管及电潜泵装置 再配以井口装置及地面电能输入设备 变压器 控制屏 接线盒 潜油电机 电机保护器 电缆 多级离心泵 油气分离器 单流阀 泄油阀 井口 13 生产原理 地面电能通过电缆传递给井下潜油电机 潜油电机再把电能转换为机械能带动多级离心泵 把井内液体加压通过油管经采油树举升到地面 在多级离心泵不断抽汲过程中 井底流压降低 从而使油层流体不断流入井底 三 电动潜油泵井结构及生产原理 14 1 多级离心泵排量 离心泵的最大排量 m3 d 2 潜油电机功率 潜油电机额定功率 kW 3 下泵深度 离心泵下入深度 m 4 吸入口深度 油气分离器进液口深度 m 5 油管规格 下入油管的公称直径及壁厚 mm mm 6 套管规格 下入套管公称直径及壁厚 mm mm 7 井下电缆 随电机下入并附在油管外壁的电缆 8 采油树型号 井口采油控制装置 15 第二节井口设备及维护保养 一 采油树的结构 总闸门 装在油管头的上面 是控制油 气流入采油树的主要通道 生产闸门 安装在油管四通或三通的侧面 控制油 气流向出油管线 测试闸门 装在采油树的最上端 在进行清蜡或测试时 将其打开 清蜡和测试完毕后 再将它关闭 16 一 采油树的结构 油嘴 安装在采油树一侧的油嘴套内 在生产过程中 直接控制油层的合理的生产压差 调节油井产量 取样闸门 安装在油嘴后面的出油管线上 用来取样或检查 更换油嘴时放空的 回压闸门 在检查 更换油嘴 维修生产闸门及井下作业时 防止集油管线的流体倒流 17 一 采油树的结构 套管四通 是油管套管汇集分流的主要部件 通过它密封油套环空 油套分流 下部连接套管短接 油管四通 用以连接测试闸门与总闸门及左右生产闸门 它是油井出油 水井测试等必经通道 18 二 采油树的作用 悬挂油管 承托井内全部油管的重量 密封油 套管之间的环形空间 控制和调节油井的生产 录取油 套压力资料 测试 清蜡等日常管理 保证各项作业的顺利进行 19 三 采油树的维护保养 保持设备清洁无渗漏 无油污 无锈 无松动 无缺件 各部件开关灵活好用 20 第三节抽油机设备与保养 一 抽油机的组成 主机 底座减速箱曲柄平衡快连杆横梁支架游梁驴头悬绳器刹车装置各种连接轴承 辅机 电动机电路控制系统 21 结构特点 曲柄连杆机构和驴头分别位于支架的前后两边 曲柄轴中心基本上位于游梁尾轴承的正下方 22 新系列游梁式抽油机代号 CYJ3 1 2 7 H F 23 二 游梁式抽油机主要部件的作用 1 底座 担负着抽油机的全部重量 通过螺栓 下部与水泥混凝土基础连接成一体 上部与支架 减速器连接成一体 2 电机座 承载电机的重量 通过螺丝与抽油机底座连接 上面有井字钢 目的是为了调整电机的前 后 左 右位置 保证电机轮与减速器轮的 四点一线 3 电机 电机是抽油机动力的来源 一般采用感应式三相交流电动机 24 4 刹车装置 有内胀式和外抱式两种 是靠刹车片和车轮毂接触时发生摩擦而起到制动作用 外抱式刹车装置 内胀式刹车装置 25 5 减速箱 作用 是将电动机的高速转动 通过三轴二级减速转变成曲柄轴的低速转动 同时支撑平衡块 26 6 大皮带轮 作用 电动机通过皮带将旋转的动力传给大皮带轮 再由大皮带轮带动输入轴 是减速器作功的桥梁 27 7 曲柄 装在减速器的输出轴上 在曲柄上开有调节冲程用的冲程孔 两侧外缘有牙槽并有刻度标记 侧面开有凹槽是装配配重块所用 尾部有一吊孔 曲柄头部开有与减速器输出轴直径相匹配的孔 并开有键槽 与输出轴连接 28 8 平衡块 通过螺丝固定在曲柄上 当驴头下行时储存能量 上行时释放能量 帮助电机作功 通过平衡块在曲柄上前后的调整 可达到抽油机前后的平衡 29 9 连杆 是曲柄与尾梁之间的连接杆件 上部与尾梁连接 下部与曲柄连接 10 游梁 装在支架轴承 中轴承 上 可绕支架轴承上下摆动传递动力 尾端与尾梁连接 前部焊有驴头座 承担驴头重量 游梁可前后左右移动调节 以便使驴头始终对准井口中心 30 11 驴头 作用 将游梁前端的往复圆弧运动变为抽油杆柱的垂直直线往复运动 同时可保证抽油时光杆始终对准井口中心 承担井下各种载荷的作用 31 12 悬绳器 是连接光杆和驴头的柔性连接件 可供动力仪测示功图用 13 曲柄销 将曲柄和连杆连接在一起 它在冲程孔的位置决定了抽油机产出的大小 因此可通过调整他的位置来调整抽汲参数 32 抽油机是24h连续运转的采油机械设备 抽油机在工作中除承受液拄和抽油杆柱的静载荷外 还承受着惯性 摩擦和振动等一系列交变载荷 容易造成机件磨损 连接零件松动等现象 长期野外工作也容易造成润滑油料的损耗或变质 要保证抽油机能够长期正常工作 延长使用寿命 就需要定期进行维护保养 维护保养工作可以概括为十个字 紧固 润滑 调整 清洗 防腐 第三节抽油机设备与保养 三 抽油机保养 33 紧固 是指紧固各部件间的连接螺栓 润滑 各轴承处加注黄油 检查减速箱机油是否足够 调整 检查刹车片磨损情况 并调整张合度 调整皮带松紧度 检查减速箱齿轮有无损坏 破裂等伤痕 对电器设备应检查接地 绝缘 触点接触情况等 清洗 清洗呼吸阀 刹车片 防腐 对脱漆 生锈部位进行除锈 刷漆或涂油 34 一 例行保养 例行保养是由采油工每班或每日进行的检查保养 其保养内容如下 1 检查各部位紧固螺栓 用手锤击打一下主要部位的螺栓 应无松动 滑扣现象 2 检查减速箱 中轴 尾轴 曲柄销应无异常声响 不缺油 不漏油 3 保持抽油机清洁 无油污 35 二 一级保养 当抽油机运行一个月 800h 时 由大班工人在小队维修班的协助下进行一级保养 其保养内容如下 1 进行例行保养的全部内容 2 打开减速箱上部视孔 检查齿轮啮合情况 并检查齿轮磨损和损坏情况 分析磨损和损坏原因 检查清洗呼吸阀应卸开清洗 3 检查减速箱油面并加 补 足机油到规定位置 上液面不高于2 3位置 下液面不低于1 3位置 即齿轮齿刚浸没为宜 检查减速箱是否有渗漏 判断渗漏的原因 并维修和控制 36 4 各轴承处加注润滑油 要加足 加满 如果油脂变质应全部更换 5 检查抽油机的平衡情况 6 检查抽油机的紧固情况 对各部位的紧固螺栓应逐一检查紧固 关键部位如曲柄销 中央轴承座 尾轴 底座紧固螺栓及减速箱紧固螺栓 必须紧固并画好安全检查线 7 检查三角皮带 应无损伤 电动机轮与减速箱轮端面应在一条直线上 各皮带的松紧应一致 37 8 检查刹车片的磨损情况 检查刹车形成与刹车间隙 检查刹车可靠性 如果磨损严重 断裂等 应更换刹车片 并调节刹车的松紧度 刹车销锁死牙块应卡在刹车槽的1 3 2 3之间 9 检查驴头中心与井口中心对中情况 如不对中应进行调整 10 检查毛辫子 有起刺 断股现象应更换 检查悬绳器 上下夹板应完好 绳辫子的断股在同部位断三丝的钢绳就需要更换 钢绳粗细不均匀应更换 钢绳生锈应加油润滑和外部抹黄油润滑 11 检查电动机运行声音及温升 检查电动机轴承 风扇 检查配电箱线路 启动器 过电流保护装置及仪表 检查接地装置及电缆等 38 第四节计量间及其辅助设备 一 分离器的种类 按外形可分为 立式 卧式 球形 按用途可分为 生产分离器 计量分离器 三相分离器 按压力大小可分为 真空分离器 低压分离器 中压分离器 高压分离器 按内部结构分为 伞状和箱伞状 39 40 41 分离器的分离原理 碰撞分离 离心分离 重力沉降 依靠油气混合物作回转运动时产生的离心力使油气分离 主要用来分离大量液体和大直径的液滴 适应于初分离段 主要靠气液相对密度不同实现气液分离 它只能除去100um以上的液滴 气体遇到障碍撞击 改变流向和流速 使气体中的液滴与障碍面内的液膜凝聚 小油滴聚结成大油滴 靠重力沉降下来 二 油气分离器的基本原理 42 三 立式分离器的工作原理 当油气混合物沿着切线方向进入分离器后 立即沿着分离器壁旋转散开 油的相对密度大 被甩到分离器壁上而下滑 气的相对密度小则集中上升 部分小液滴落在挡油帽上散开 油 气进一步分离 油沿挡油帽下滑 气上升 上升的气体经下层分离伞收集集中 从顶部开口处上升进入上层分离伞 沿上层分离伞面上升 这样一收一扩并几次改变流动方向 尤其在通过伞斜面过程中 使初分离出来的气体中携带的小油滴吸附在分离伞的斜面上 聚集成较大的油滴而下滑落入分离器的下部 然后经油出口排出分离器 而经两次分离脱出的比较纯净的天然气则从分离器顶部的气排出口排出 43 四 安全阀 工作原理 分离器内压力较低时 压缩的弹簧具有弹性能量使阀关闭 当分离器中气体作用在阀芯上的压力大于弹簧对阀芯的压力时 安全阀被顶开 气体冲出 安全阀发出叫声 分离器内压力降低 达到安全工作压力 防止由于分离器憋压超过安全压力而损坏 44 五 阀组 集油流程 单井来油气 集油汇管 外输至中转站 单井油气计量流程 单井来油气 计量汇管 计量分离器 油水混合物 量油 外输 天然气 测气 外输 掺水流程 中转站来掺水 掺水汇管 井口 进出油管 热洗流程 中转站来热洗水 热洗汇管 井口 45 第四章油水井站管理 46 第一节油水井开关 一 油水井开关的概念 地质 资料 关井 油井连续24h无产量 不管井是否处在采油状态 注水井连续24h不吸水均称为关井 与流程无关 生产关井 油井生产闸门或总闸门关死 注水井井口闸门或配水间注水阀门关死称为关井 井间生产流程不通 暂闭井 关井时间超过48h 计划关井 在开发中把油井因高含水等原因指令性的关井 47 二 抽油机井的生产流程 生产总阀 生产阀 回压阀 套管热洗阀 套管测试阀 油压阀 封井器 直通阀 掺水阀 井下管柱 生产管 掺水管 48 1 正常生产流程 正常生产时井口关闭的闸阀有 套管热洗阀 直通阀 半开的阀有 套管测试阀 油压阀 全开的阀有 生产总阀 生产阀 回压阀 控制的阀 掺水阀 49 2 双管生产流程 如果抽油机井产能较高 不需要掺水伴热 就可改为双管生产流程 在正常生产流程状态下打开直通阀 注意 在计量间及时打开双管生产回油阀 同时关闭掺水总阀 关闭掺水阀就可出油生产 50 3 热洗流程 在正常生产流程状态下 先打开直通阀 目的是使地面双管畅通 再关闭掺水阀 打开套管热洗阀 关直通阀 51 4 压井流程 压井目的 一是井口某部件需要卸压并防止井喷而进行的洗井 二是因井下泵 管 杆灯有问题需要检泵等作业时进行洗井 最终达到增加井液密度和冲洗干净井下泵 管 杆等 压井流程与热洗流程完全一样 区别只是对洗井时的压力 温度 排量要求不一样 52 5 憋压流程 通过抽憋和停憋两种情况来分析和判断抽油泵的工作状况 油管漏等 抽憋 抽油井运行中关闭回压闸门和连通闸门 然后在井口观察油管压力变化情况 最高憋到2 5MPa 从压力上升情况可以分析判断井下故障 停憋 当抽憋压力达到2 5MPa时停抽 再憋10 15min 观察压力的下降情况 若压力不变或略有下降 说明没有漏失 若压力下降快 说明漏失越严重 53 5 憋压流程 在正常生产流程状态下 关生产阀或回压阀和掺水阀 待压力上升到一定值时 停止抽油机 观察压力变化 54 6 关井 短期关井 指临时处理井口或流程中的其他问题关井 需关生产阀或回压阀 长期关井 指根据油田开发或生产管理需要有计划地关井 关闭生产阀即可 共同点 关闭阀门前都必须先停机 不同点 短期关井不需要扫线 长期关井必须扫线 55 三 电动潜油泵井的生产流程 生产总阀 56 1 正常生产流程 正常生产时井口关闭的闸阀有 套管热洗阀 直通阀 测试阀 半开的阀有 套管测试阀 油压阀 全开的阀有 生产总阀 生产阀 回压阀 双管出油阀 57 2 掺水伴热流程 在正常生产流程状态下打开计量间掺水阀同时关闭计量间双管出油阀 根据生产实际情况用双管出油阀调节掺水量 58 3 压井 洗井 流程 压井目的 一是防止井喷 二是冲洗井下机组 便于检泵作业 洗井流程 在正常生产流程状态下 打开套管热洗阀 关闭双管出油阀 59 4 套管放气流程 在正常生产流程状态中用套管定压放气阀直接把套管气放至生产管中 60 5 憋压流程 在正常生产流程状态下 关生产阀 待压力上升到一定值时迅速打开生产阀 最大位置 恢复正常生产 61 四 注水井的生产流程 62 1 正常注水流程 正常注水流程井口关闭的闸阀有 油套连通阀 油管放空阀 测试阀 半开的阀有 套压阀 全开的阀有 注水上流阀 来水阀 注水总阀 控制的阀 注水下流阀 63 2 洗井流程 洗井流程 在正常注水流程状态下 关来水阀 开油管放空阀 再开油套连通阀 64 3 吐水流程 吐水流程 在正常注水流程状态下 关来水阀 开油管放空阀 4 关井 降压 流程 关井 降压 流程 关来水阀或注水下流阀 65 第二节油水井资料录取及整理分析 一 油水井资料全准的内容 标准 一 抽油机井资料九全九准 1 油压 套压全准 正常情况下油压 套压按规定天数录取 特殊情况加密录取 以每月不少于规定次数的具有代表性的压力资料为全 录取压力所用仪表量程必须再量程的1 3 2 3范围之内 且以每月校对一次合格的压力表为准 2 电流全准 每天测一次上下冲程电流 正常生产井每月有25d以上资料为全 达到测量仪表规范为准 66 3 产量全准 玻璃管量油 按规定每n天量油一次 每月量油不少于规定次数 正常每两次之间间隔不少于n天为全 每次量油按产量多少量m遍 且取平均值为准 若措施井开井后应加密量油 4 气油比全准 正常生产井每月必须测气两次并且与量油同步 两次测气间隔不少于10d 使用双波纹管压差计每10s记录一次压差数 共取10个数值 求平均数并于当日产量计算出气油比为全 双波纹管压差计必须是校验合格的为准 5 原油含水全准 见水井每n天取样一次 且至少有两次与量油同步进行 化验含水分析为全 含水不小于40 的前后两次波动不超过 5 含水小于40 的前后两次波动不超过 10 为准 67 6 示功图全准 示功图每月测试两次 其中有一次必须与动液面同时测试为全 示功仪每月校对一次合格的为准 7 动液面全准 每月测试一次 与示功图同时测试 为全 回声仪每月校对一