采油方法机械学习教案

1、采油方法(fngf)机械第一页，共78页。 tfrwfPPgHP 第1页/共78页第二页，共78页。一、油井流入动态1、采油指数油井日产量与生产压差(y ch)的比值。Pw产 液 指 数产 液 指 数(zhsh) 它表示单位生产压差它表示单位生产压差(y ch)(y ch)下油井的日产量下油井的日产量, ,用以衡量油井的生产能力。用以衡量油井的生产能力。如果油井既产油如果油井既产油, ,又产水：又产水：比采油指数比采油指数：单位油层厚度上的采油指数单位油层厚度上的采油指数。wfrwoLPPqqPI第2页/共78页第三页，共78页。 在不同的开采时期，地层中含气饱和度不同，在不同的开采时期，地层

2、中含气饱和度不同， 采油指数不同。采油指数不同。IPRIPR曲线曲线(qxin)(qxin)不是平行后退，而不是平行后退，而是随地层压力变化，呈外凸的曲线是随地层压力变化，呈外凸的曲线(qxin)(qxin)。PwfqPwfq2、油气两相渗流的流入动态Pr第3页/共78页第四页，共78页。无因次坐标系：横坐标：不同流压下的产量与最大产量比值纵坐标：流压与地层压力的比值，无因次。 当qo=0 Pwf= Pwf/ =1 当Pwf=0 qo=qomax qo/qomax=1PrPr第4页/共78页第五页，共78页。Pr1第5页/共78页第六页，共78页。2rwfrwfmaxoopp8 . 0pp2

3、. 01qq（6-2）第6页/共78页第七页，共78页。第7页/共78页第八页，共78页。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(bzh)。 持气率(HG):单位管长内气体体积与油管容积的比值(bzh)。 则混气液密度:m=G HG+lHL=G（1-HL）+lHL HG+HL =1第8页/共78页第九页，共78页。vS = vG -vL GGGAqv LLLAqv 第9页/共78页第十页，共78页。第10页/共78页第十一页，共78页。第11页/共78页第十二页，共78页。第12页/共78页第十三页，共78页。第13页/共78页第十四页，共78页。第14

4、页/共78页第十五页，共78页。,第15页/共78页第十六页，共78页。HP油气(yuq)沿井筒喷出时的流型变化示意图纯油流；泡流；段塞流；环流(hun li)；雾流第16页/共78页第十七页，共78页。套压(Pc):指示油管和套管 环空的压力(yl)。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(yl),又是地面管线流动的动力。三、嘴流动态(dngti)1、油嘴流动(lidng)的特点PtPBPcLH第17页/共78页第十八页，共78页。2、流量与油嘴前后压力比的关系当Pt=PB时，V=0，即PB/Pt=1时，q=0ab段：PB/Pt qb点

5、,当PB/Pt=C时,q最大;bc段：PB/Pt q=C 达到最大流量时的压力比(PB/Pt)c 称为临界压力比。(PB/Pt)c这一点叫临界点,这点的流动叫临界流动。这时的流动速度为声速。1PB/Ptabcq第18页/共78页第十九页，共78页。 3、临界流动 油气流速可达临界速度，油嘴前后宛若(wn ru)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。第19页/共78页第二十页，共78页。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(kngq) k=1.4，（PB/Pt）c= 0.528对天然气

6、 K=1.3， （PB/Pt）c= 0.546气体大都在0.5左右。根据根据(gnj)(gnj)热力学热力学, ,临界压临界压力比力比: :4、单相(dn xin)气体嘴流 11212kkckpp第20页/共78页第二十一页，共78页。 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(zhd)，控制油井产量。(2)分隔咀前咀后的流动,保持油井生产稳定.第21页/共78页第二十二页，共78页。pwh 油压(Pt)，MPaRp生产气油比，m3/m3qo产油量，m3/d d油嘴直径

7、，mm a、b、c经验(jngyn)常数0cbpwhqdaRp5、气液两相嘴流临界(ln ji)流动：d1d2D2 d1qPt第22页/共78页第二十三页，共78页。 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(dmin)管流：被油嘴分隔开。第23页/共78页第二十四页，共78页。2、全井的协调协调条件:井底、井口产量相等,压力(yl)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(yl)损失较低。qPPtPwfB Bd dqc

8、C C第24页/共78页第二十五页，共78页。 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(dmin)。这种生产方法叫气举采油法。有两种方法有两种方法连续气举连续气举间歇气举间歇气举 采取何种方法取决于井的生产采取何种方法取决于井的生产(shngchn)(shngchn)特征。特征。第二节气举采油(ci yu)第25页/共78页第二十六页，共78页。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(shngchn)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、

9、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。第26页/共78页第二十七页，共78页。二、气源二、气源1 1、要求、要求(1)(1)具有足够的压力，具有足够的压力，(2)(2)必须必须(bx)(bx)不含氧气。不含氧气。2 2、来源、来源 (1) (1)高压天然气。高压天然气。 (2) (2)低压天然气，经压缩机加压注入。低压天然气，经压缩机加压注入。第27页/共78页第二十八页，共78页。三、气举系统(xtng)构成1、压缩站；2、地面配气站；3、单井生产系统(xtng)；4、地面生产系统(xtng)。重点：单井生产系统(xtng)。

10、地面生产系统(xtng)与其他举升方式基本相同。 第28页/共78页第二十九页，共78页。第29页/共78页第三十页，共78页。1、开式气举装置(zhungzh)：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(zhungzh)：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(zhungzh)类型第30页/共78页第三十一页，共78页。图图6-12第31页/共78页第三十二页，共78页。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

11、弊端(b dun)，使高压气体和井筒液体不能进入地层。3、闭式气举装置(zhungzh)第32页/共78页第三十三页，共78页。1、气举前状态油井停喷时,油管和环空液面处于同一位置(wi zhi)。2、气举过程五、气举的启动(qdng)压力和工作压力 向环空注入压缩(y su)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(y su)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。第33页/共78页第三十四页，共78页。 喷出前，喷出前，Pwf Pwf Ps Ps ； 喷后，使油管内喷后，使油管内mm越来越低，油管鞋

12、压越来越低，油管鞋压力急剧降低，井底压力及压风机压力随之急剧力急剧降低，井底压力及压风机压力随之急剧下降。下降。 当当 Pwf Pwf Ps Ps 时，地层开始产油，并使时，地层开始产油，并使油管内油管内mm稍有增加，致使稍有增加，致使(zhsh)(zhsh)压风机压压风机压力复而上升。最后，液面在管鞋处达到动态平力复而上升。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衡，这时压风机的压力称为工作压力PoPo。第34页/共78页第三十五页，共78页。若：Pe Pc ，则气举无法实现(shxin)。 Pc压缩机的额定输出压力。PePtPo3、启动时压风机压力变化(binhu)曲线

13、第35页/共78页第三十六页，共78页。 若若PePe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。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(xyo)(xyo)这么大的功率，造成浪费，增加了设备的成本。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，必须减小为实现气举，同时降低成本，必须减小PePe，有效的方法是安装气举凡尔。，

14、有效的方法是安装气举凡尔。第36页/共78页第三十七页，共78页。第37页/共78页第三十八页，共78页。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(ydng)深度(液面位于油管内压力等于Po点)。六、气举的卸载(xi zi)过程第38页/共78页第三十九页，共78页。3、在这一位置上方的油管上打孔,气体(qt)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。第39页/共78页第四十页，共78页。6 6、逐级将液面压向一定位置。、

15、逐级将液面压向一定位置。 能满足能满足(mnz)(mnz)打开和封闭油管孔打开和封闭油管孔眼的装置眼的装置 叫气举凡尔，这样只需要叫气举凡尔，这样只需要工作压力就能启动气举。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。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。上面其余的凡尔称启动凡尔。第40页/共78页第四十一页，共78页。 机械采油方法（机械采油方法（90%90%） 生产井生产井 自喷采油方法（自喷采油方法（10%10%） 第三节有杆泵采油(ci yu) 气举气举 （10%10%） 深井泵深井泵 有杆泵（有杆泵（ 80%80%） 无杆泵（无杆泵（ 10%10%）

16、 用深井泵采油的井叫抽油井。用深井泵采油的井叫抽油井。机械采油方法机械采油方法第41页/共78页第四十二页，共78页。 有杆泵一般(ybn)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(zhungzh) (Sucker Rod Pumping）典型典型(dinxng)(dinxng)有杆抽油有杆抽油装置如图装置如图 抽油机抽油机抽油装置抽油装置 抽油泵抽油泵 抽油杆抽油杆第42页/共78页第四十三页，共78页。1、抽油机 游梁式抽油机主要游梁式抽油机主要由游梁由游梁连杆连杆曲柄机曲柄机构、减速机构、动力设构、减速机构、动力设备和辅助装置备和辅助装置(zhungzh)(zhu

17、ngzh)等四部分等四部分组成。组成。 常规型常规型 抽油机抽油机 异相型异相型 前置型前置型第43页/共78页第四十四页，共78页。第44页/共78页第四十五页，共78页。 2、抽油泵、抽油泵 有杆泵采油的井下设备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，基本要求：结构简单、强度高；工作可靠，使用寿命长；便于起下，而且规格类型能满使用寿命长；便于起下，而且规格类型能满足不同足不同(b tn)油田的采油工艺需要。油田的采油工艺需要。第45页/共78页第四十六页，共78页。抽油泵的组成泵筒第46页/共78页第四十七页，共78页。柱塞上下运动一次称一个柱塞上下运动一次称一个(y )

18、冲程冲程,也称一个也称一个(y )抽汲周期。抽汲周期。上冲程上冲程(chngchng)(chngchng)：抽油杆带动活塞：抽油杆带动活塞向上运动。向上运动。 a. a.游动凡尔关闭，游动凡尔关闭， 井口排液。井口排液。 b. b.泵内压力下降，泵内压力下降， 固定凡尔打开，固定凡尔打开， 泵内吸油。泵内吸油。 吸入条件：吸入条件： 泵内压力泵内压力 沉没压力沉没压力 c. c.抽油杆加载伸长，抽油杆加载伸长， 油管卸载缩短。油管卸载缩短。 (1) 泵的工作(gngzu)原理第47页/共78页第四十八页，共78页。 沉没压力沉没压力(yl)(yl)泵吸入口的泵吸入口的压力压力(yl)(yl)。

19、 动液面动液面生产时的环生产时的环 空液面高度。空液面高度。 静液面静液面关井时的液关井时的液 面高度。面高度。 hshs沉没度；沉没度； hf hf 动液面高度。动液面高度。h hs sh hf f第48页/共78页第四十九页，共78页。下冲程：下冲程：抽油杆带动活塞向下运动抽油杆带动活塞向下运动a.a.泵内压力升高，固定凡泵内压力升高，固定凡 尔关闭尔关闭(gunb)(gunb)，停止，停止吸油。吸油。b.b.游动凡尔打开，泵内油游动凡尔打开，泵内油 转入活塞以上的油管，转入活塞以上的油管， 井口出液。井口出液。泵排出液体的条件：泵排出液体的条件：泵内压力泵内压力活塞以上液柱活塞以上液柱压

20、力压力c.c.抽油杆卸载缩短，抽油杆卸载缩短， 油管杆加载伸长。油管杆加载伸长。第49页/共78页第五十页，共78页。22, 4/mDdm /3(2)(2)泵的理论排量泵的理论排量假设：假设： 活塞的冲程等于光杆的冲程；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；活塞让出的体积完全被原油充满； 抽油系统无漏失。抽油系统无漏失。即即: :柱塞上下吸入和排出的液体体积相等柱塞上下吸入和排出的液体体积相等泵的理论排量为泵的理论排量为: : (6-9)式中：Qt泵的理论体积排量， Ap柱塞截面积； Ap D泵径，m； S光杆冲程，m； n冲次， 。SnAQpt14401min第50页/共

21、78页第五十一页，共78页。按 抽 油 泵 在 油 管 中 的 固 定 方 式(fngsh)分为 杆式泵 柱塞、固定凡尔、游动(yu dn)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。 杆式泵杆式泵管式泵管式泵(3)(3)抽油泵类型抽油泵类型(lixng)(lixng)和结构和结构第51页/共78页第五十二页，共78页。 管式泵管式泵 工作筒、固定凡尔装在油管尾部；游动工作筒、固定凡尔装在油管尾部；游动(yu dn)(yu dn)凡尔装在柱塞上。先下工作筒，再凡尔装在柱塞上。先下工作筒，

22、再下油管，最后用抽油杆下入柱塞。下油管，最后用抽油杆下入柱塞。特点特点: :结构：简单、成本低结构：简单、成本低, ,操作复杂。适用操作复杂。适用 于下泵深度不大、产量较高的井。于下泵深度不大、产量较高的井。第52页/共78页第五十三页，共78页。3、抽油杆柱 上经光杆(un n)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(pn n)配合密封抽油井口。第53页/共78页第五十四页，共78页。抽油杆扶正器: 用于斜井和丛式井，使抽油杆处于(chy)油管中心，不直接与油管

23、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(jinsho)抽油杆的断脱事故。 第54页/共78页第五十五页，共78页。二、抽油机悬点载荷(zi h) 在上冲程中，游动阀关在上冲程中，游动阀关闭，柱塞上下流体不连通。闭，柱塞上下流体不连通。产生悬点静载荷产生悬点静载荷(zi h)(zi h)的的力包括抽油杆柱重力和柱塞力包括抽油杆柱重力和柱塞上液柱的压力。上液柱的压力。1、悬点静载荷(zi h)第55页/共78页第五十六页，共78页。(1)抽

24、油杆柱重力(zhngl)prrrgLAW(2)作用(zuyng)在柱塞上的液柱载荷)(rpPLLAAgLW上冲程(chngchng)悬点静载荷lrjWWW1下冲程：rjWW2第56页/共78页第五十七页，共78页。3、摩擦(mc)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(yt)通过游动阀的阻力F52、悬点动载荷(zi h)惯性载荷和振动载荷惯性载荷和振动载荷第57页/共78页第五十八页，共78页。 4、悬点最大和最小载荷(zi h) 上冲程(chngchng)的最大载荷若取r/l=

25、1/4，则17902maxSnWWWWrLr 发生在下冲程(chngchng)的最小载荷17902minSnWWWrr第58页/共78页第五十九页，共78页。三、泵效分析(fnx) 实际实际(shj)产液量与泵的理论排量之比称为泵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。的容积效率，油田习惯称之为泵效。影响泵效的因素：影响泵效的因素： （1 1）抽油杆柱和油管柱的弹性变形）抽油杆柱和油管柱的弹性变形(bin (bin xng)xng)的影响的影响; ; （2 2）气体和泵充不满的影响）气体和泵充不满的影响; ; （3 3）漏失的影响）漏失的影响; ; （4 4）地面脱气和冷

26、却后液体体积收缩的影响）地面脱气和冷却后液体体积收缩的影响. .LLsVB/tvQQ/第59页/共78页第六十页，共78页。对于(duy)组合杆柱:1 1、静载荷、静载荷(zi h)(zi h)对柱塞冲程的影响对柱塞冲程的影响rpLrEALWtpLtEALW 抽油杆和油管柱的变形抽油杆和油管柱的变形(bin xng)(bin xng)量量为为: : 总的静载变形量总的静载变形量为：trpLtrAAELW11第60页/共78页第六十一页，共78页。 在静载荷作用(zuyng)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

27、的影响程度。惯性力作用(zuyng)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。 SSP第61页/共78页第六十二页，共78页。2、气体(qt)对泵效的影响泵的充满(chngmn)系数：pLVV / 它表示(biosh)泵在工作过程中被液体充满的程度。充满系数越高充满系数越高, 泵效越高泵效越高.LgSPVVVVR泵内气液比,R=Vg/VLVLVL图图6-216-21RKRKRK1111K K余隙系数余隙系数,K=V,K=VS S/V/VP P第62页/共78页第六十三页，共78页。提高充满提高充满(ch

28、ngmn)(chngmn)系数的途径：系数的途径：(1)(1)尽量减小防冲距尽量减小防冲距, ,以减小余隙。以减小余隙。(2)(2)适当增加泵的沉没度适当增加泵的沉没度 以提高泵的沉没压力以提高泵的沉没压力(3)(3)使用气锚，使气体在使用气锚，使气体在 泵外分离。泵外分离。VLVL图图6-216-21第63页/共78页第六十四页，共78页。3、漏失(lu sh)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(jinsho)泵内排出的液量。 (2)泵吸入部分漏失 固定阀漏失会减少(jinsho)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

29、器 密封不严所产生的漏失都会降低泵效。第64页/共78页第六十五页，共78页。 井内液体含腐蚀性介质 油井出砂 结蜡 磁化现象(xinxing)导致漏失 井身弯曲漏失漏失(lu sh)(lu sh)原因原因: :第65页/共78页第六十六页，共78页。(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(ydng)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(t go)泵效的措施第66页/共78页第六十七页，共78页。(3)(3)选择合理的下泵深度选择合理的下泵深度 Lp2, Lp Lp2,

30、Lp小小, , 小。小。 P P大大,Lp,Lp就大，就大，可能大，会降低泵效可能大，会降低泵效; ;就气体影响而言就气体影响而言,P,P越大越大, ,则则R R越小越小, ,可提高可提高(t (t go)go)泵效；泵效；要对比分析，综合考虑。要有一定的沉没度要对比分析，综合考虑。要有一定的沉没度，使泵效最高的沉没度。，使泵效最高的沉没度。第67页/共78页第六十八页，共78页。(4) (4) 选择合理的泵径选择合理的泵径 D2 D D2 D越大越大 就越大就越大 深井不宜用大泵。深井不宜用大泵。(5) (5) 选用大选用大S S K=Vs/Vp, Vs K=Vs/Vp, Vs与冲程与冲程(chngchng)(chngchng)无关，无关， Vp Vp Sp S Sp S Sp Sp K K ，气体，气体影响下降影响下降第68页/共78页第六十九页，共78页。 (6) (6)安装气锚安装气