第六章-采油方法(机械)PPT课件

.,1,原油怎样从地层采至地面？自喷采油(NaturalFlow)气举采油(GasLift)有杆泵抽采油(Pumping)无杆泵抽采油(RodlessPump),机械采油方法,第六章采油方法,.,2,.,3,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,.,4,油井自喷的条件,gH井内静液柱压力Pfr摩擦阻力Pt油压,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。,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,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。,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）,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。,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=1,2、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。,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。,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,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。,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。,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。,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。,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,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,.,21,3、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。,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,当PB/Pt0.5，即Pt2PB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.,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：,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。,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。,.,28,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,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。,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。,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。,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,图6-12,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,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。,喷出前，PwfPs；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PwfPs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。,若：PePc，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,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。,.,40,注入气,工作凡尔,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,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。,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。,.,44,第三节有杆泵采油,.,45,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,.,46,1、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。,.,47,.,48,2、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。,.,49,游动凡尔,活塞,泵筒衬套,固定凡尔,抽油泵的组成,泵筒,.,50,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,.,51,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。,.,52,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。,.,53,(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，。,.,54,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,.,55,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。,.,56,3、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。,.,57,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。,.,58,二、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,.,59,(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：,.,60,3、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,.,61,4、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,.,62,三、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.,.,63,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：,.,64,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。,.,65,2、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,.,66,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。,.,67,3、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。,.,68,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:,.,69,(1)使用油管锚减少冲程损失=r+tt=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,.,70,(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。,.,71,(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，VpSpSSpK，气体影响下降,.,72,(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。,.,73,总之(1)一般油井：选长冲程、小泵径、中冲数SKsDs(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。,.,74,1.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,.,75,2.危害(1)电机不储能、浪费；(2)负荷不均匀，发生激烈振动，影响寿命(3)破坏曲柄旋转速度的均匀性，影响杆、泵工作。,.,76,3.平衡方式,目前游梁式抽油机平衡采用气动平衡和机械平衡两种方