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文档简介

.,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

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