管柱结构设计讲义PPT课件

排采管柱结构现状及设计,提纲,一、煤层气排采工艺现状二、排采工艺完善历程1、井筒工艺完善2、地面设备载荷计算,HUABEIoilfieldCBMbranchcompany华北油田煤层气分公司,煤层气排采工艺现状,煤层气排采工艺,抽油机+管式泵,普通抽油机,数字化抽油机（先导实验）,励磁电机,永磁节能电机,螺杆泵,一级减速（3：1）,二级减速（9：1）,直驱驱动头,同心管无杆泵（先导实验）,数控电潜管式泵等其它新式举升工艺,高压射流泵（先导实验）,有杆排采,无杆排采,电潜离心泵,HUABEIoilfieldCBMbranchcompany华北油田煤层气分公司,抽油机型号主要为：三、四、五、六、八型；管式泵为二级密封，泵径以38mm、44mm、57mm、70mm为主，少量使用24mm、28mm、32mm、83mm泵径。抽油杆主要使用D19mm、D22mm、D25mm。分公司98.1%井使用抽油机+管式泵排采工艺。,煤层气排采工艺现状,1、抽油机+管式泵,HUABEIoilfieldCBMbranchcompany华北油田煤层气分公司,螺杆泵主要用于水平井排采，型号主要有：GLB40-25、GLB75-25、GLB190-25、GLB300-25、GLB400-25。螺杆泵地面驱动头有3种：,一、煤层气排采工艺现状,2、螺杆泵,工作原理为通过地面高压驱动液通过中心管驱动同心管泵的泵筒，使通过为解决油管排采设备的杆管偏磨问题，分公司在华固40-10井、樊试U1H、樊试U2H、郑2-053使用同心管无杆排采设备，从整体实验效果看，该工艺技术效果较好，目前有进一步推广实验和使用的价值。,一、煤层气排采工艺现状,3、同心管无杆排采,工作原理为从地面的高速动力液经过水力泵后，在喷嘴与喉管之间形成负压，由于喉管外与外管之间的夹缝与地层是连通的，这样，地层流动就会被抽吸上来，泵压越高流速越快，产生负压越大，对流体抽吸力就越大，相应产量就越高。目前分公司在郑试平3H和郑1平3H井进行射流泵先导实验，目前郑试平3H日产水量1方，日产气100方，煤没度75米，郑试1平3H刚投产，日产水量3方，动液面469米。,一、煤层气排采工艺现状,4、射流泵,数控电潜管式泵配套采油技术主要由直线潜油电机、柱塞式抽油泵、潜油电缆、电缆保护配件、地面配套控制系统组成。目前在华固40-2、华固40-12试验运行，效果还有待观察。,5、数控电潜管式泵,提纲,一、煤层气排采工艺现状二、排采工艺完善历程1、井筒工艺完善2、地面设备载荷计算,固相颗粒较多：主要是煤层产出的煤粉煤屑，也有压裂砂和偏磨产生的铁屑。（1）压裂液作用：压裂液及支撑剂对煤层裂缝表面的磨蚀及冲击作用产生大量煤粉、煤屑。（2）应力作用：排采降压，煤基质应力改变，煤岩的弹性自调节效应导致煤粉、煤屑的产生。（3）煤岩性质：沁南3#煤层底部软煤层发育，煤粉远远高于原生结构煤。,固定凡尔堵死,活塞拉坏,浦南3-6出煤粉,煤泥堵塞油管,常见问题,杆管设计优化过程,第一种方式（2008年以前）采用割缝筛管或普通筛管孔径为510mm，下入深度基本正对煤层中部，筛管下连接1根沉砂管。抽油泵的抽吸力水平作用于煤层，造成大量煤粉进入泵筒，易发生卡泵。,第二种方式（2008年前）筛管改用气锚，深度位于煤层以上5m左右，气锚下连接1根沉砂管。气锚虽能防止气锁现象的产生，但在动液面下降接近煤层时，泵吸入口大量串气，严重影响井下泵的正常工作，卡泵问题仍未解决。,杆管设计优化过程,第三种、20082010年9月以有限防砂理念为指导，提出综合防卡泵工艺：即采用二级间隙抽油泵+100目绕丝筛管+吸入口深度在煤层以下510米，采用无防腐漆的抽油杆。缓解了卡泵，出现部分筛管下部堵塞情况。,井身结构示意图,杆管设计优化过程,表层套管：244.5mm*60.06m,人工井底：756.6m,煤层井段：709.30m-714.30m,管式泵D38mm714.5m80目筛管顶：724m丝堵：727.5m,回音标：200m,华蒲1-13-1完井井身结构示意图,第四种、2010年9月至11月出煤粉多，筛管内部堵塞的井，在筛管下部增加了沉砂短节。部分井筛管堵塞仍然没有解决。,杆管设计优化过程,表层套管：244.5mm*35.56m,人工井底：647.00m完钻井深：666.00m,管式泵D38mm603.5m压力计614m50目筛管顶：614m节箍：617.5m,FZP08-1v设计井身结构示意图,第五种、2010年12月至2012年对于出灰量大的井，筛管下部设油管短节，底部开口。进入筛管的煤粒沉降落入套管口袋，不堵塞筛管；短节起到水封作用，气体通过筛管时不至于带进大颗粒煤屑。,杆管设计优化过程,洞穴段598.17m-602.15m煤层井段：597.25m-603.35m,1、防砂措施选择,防砂措施,砂拱防砂,化学防砂,热力焦化防砂,机械防砂,炮眼口处形成砂拱，阻挡地层砂产出；易垮塌。,树脂胶结,人工井壁,其他化学固砂法,管柱滤砂,充填滤砂,防砂泵防砂,筛管和井壁之间加入充填材料，阻挡砂粒运移,滤砂管防砂,：树脂胶结地层砂,：制约条件多，使用不广泛,：将井壁材料送到产层，形成挡砂屏障,向油层提供热能，使原油在砂粒表面焦化薄层，不适合煤层气开采,施工简便、成本低，地层砂可进入井筒,若采用一级间隙管式泵，需选择200目以上的筛管，易堵塞；若采用三级间隙管式泵，漏失严重。,2、管式泵、筛管选择,二级间隙管式泵漏失量计算,第一阶段,泵作用力正对煤层，大量杂质进入泵筒，生产故障。,第二阶段,液面降至煤层时，大量窜气，杂质进入泵筒，生产故障。,管柱结构,固体颗粒,胶状混合物,（1）煤灰化验分析对口袋中煤灰、煤粒及泵筒中存留的胶状混合物进行粒径及化学成分分析：,化验结果煤粒的粒径范围为1mm-6mm。胶状混合物中含有沥青质、饱和烃、芳烃，较粘稠。煤灰、压裂砂、煤粒等杂质混合一起，具有较强的粘性，易堵塞筛管和凡尔，造成无液的生产现象。,第三阶段,第四阶段,100目筛管易被煤灰堵塞，造成无液现象。,沉砂短节和筛管内部被煤灰堵塞，造成无液现象。,俯视,仰视,内置筛管内置筛管壁上及底部有割缝，宽度在0.15-0.3mm之间，底部割缝宽度2mm。筛管外窄内宽，不卡煤粉，脏物自然脱落。,内置筛管关键技术（1）油管短接下部取消了丝堵，泵下管柱内不会有沉砂；（2）取消了泵下沉砂管；（3）改变了进液通道，煤屑等固体颗粒不易吸附在内置筛管的外表面，不会堵塞进液通道；（4）可以把吸入口下入口袋底部，防气效果更好；（5）由于取消了丝堵，避免了出现台阶而使砂埋管柱难以起出。目前，主要应用于套变井。,泵以下油管过流面积最大，相应的液体流速最低；泵上油管中有抽油杆，过流面积减小，流速升高。若在一定水量下能够经泵下油管进入泵筒的颗粒均可排至地面；不能进入泵筒的大颗粒需沉至人工井底，否则从内部堵塞筛管。,为给管柱结构合理设计提供依据，在华溪11-4井进行煤粉卡泵试验。,通过两次不同煤灰量、不同粒径、不同停机时间的煤灰卡泵试验，可以说明单纯的煤粒不会造成卡泵。经过分析和实际生产结合，认为杆管偏磨铁屑、大量丝扣油和煤灰混合后形成的泥饼、作业时抽油杆携带地面泥沙入井等是卡泵的主要原因。,4、煤灰卡泵实验,抽油杆节箍偏磨照片,卡泵柱塞上挤压的铁屑,杆管偏磨产生的铁屑是卡泵主要原因,现场取样池铁屑照片,卡泵井泵筒中的粘稠物质风干后呈饼状,总结以上分析：煤灰、压裂砂、煤粒混合后易堵塞细孔径筛管单纯煤颗粒不会造成卡泵大颗粒沉降需要一条顺畅的通道因此，防砂管柱结构中可扩大筛管的孔径；去除丝堵。形成以下管柱结构：油管+二级间隙泵+一根尾管+筛管（可去）（底部开口）,第五阶段,第六阶段,筛顶在煤层底界下10米，液面不能降至煤层底界以下,筛顶在煤层底界下20米，液面能降至煤层底界以下，维持煤没度为负。,.,34,结构主要由泵筒、柱塞、游动阀、固定阀等组成特点结构简单、作业方便、排量大，适用范围广主要规格与参数,创新服务.打造品牌,整筒泵,长柱塞防砂泵防卡泵,.,35,结构主要由泵筒、柱塞、游动阀、固定阀等组成特点结构简单、作业方便、排量大，适用范围广主要规格与参数,创新服务.打造品牌,整筒泵,长柱塞防砂泵防卡泵,.,36,结构该泵主要由两大部分组成：一是杆式泵部分，二是支承沉砂部分。特点该泵结合长柱塞防砂泵及杆式泵结构特点，防砂效果好，作业方便、费用低主要规格与参数,长柱塞防砂泵防卡泵,主要研究内容,防砂泵,防砂泵吸入口宽12mm,.,39,1、防砂卡、防砂埋：采用长柱塞、短泵筒密封配合，柱塞上端始终处在泵筒之外，下沉的砂粒沿沉砂环空沉入泵下尾管，不会在泵上聚积造成砂埋；长柱塞短泵筒结构无楔形间隙，不会造成砂卡。2、流道大、泵效高：由于该泵在下冲程的下死点时，柱塞的上出油阀罩仍暴露在泵筒之外，出油过流断面相应不受泵筒内径的限制，可比同规格泵的阀体直径大10-15mm，故出油量大、阻力小；,长柱塞防砂泵防卡泵,技术特点：,.,40,3、使用寿命长：在含砂井上使用的常规抽油泵，其失效形式大多为砂粒对泵筒和柱塞的磨损而造成间隙增大，漏失也相应增大，以及凡尔副被冲蚀造成漏失。长柱塞抽油泵的特殊结构能较好的解决这些难题，有效地防止砂卡、砂磨和冲蚀，从而大大提高泵的使用寿命。4、采用加强上出油阀罩：该泵的上出油阀罩因为不受泵筒内径的限制，壁厚加大，大大提高了强度，从而弥补了常规抽油泵的上出油阀罩壁薄易断裂的缺点。,长柱塞防砂泵防卡泵,光杆载荷简化计算,上冲程的最大载荷可简化为：Wmax=(Mr+ML)*(1+Sn2/1790)/1000下冲程最小载荷可简化为：Wmin=(Mr-Mr/7.8)*(1+Sn2/1790)/1000s冲程，m；n冲次;ML动液面深度全柱塞面积上的液柱载荷，kg；液柱载荷ML=泵径（mm）*泵径/4*3.14*动液面（m）/1000Mr抽油杆柱在空气中的重量，kg；其中19mm抽油杆每米2.3kg，22mm抽油杆每米3.07kg，25mm抽油杆每米4.17kg,井筒载荷计算方法,井筒载荷计算方法最大载荷M大=（M液+M抽）*（1+S*n2/1790）/1000最小载荷M小=（M抽-M抽/7.8）*（1+S*n2/1790）/1000根据最大、最小井筒载荷确定抽油机的机型，抽油机允许最大载荷值为理论值的80%。如五型抽油机允许井筒最大载荷值是4吨。,管式泵理论排量计算方法,管式泵理论排量计算公式Q=0.785*D2*S*n*1440/1000000式中：D