有杆抽油系统

1、第五章第五章 采油工程采油工程5.1.2 5.1.2 自喷采油自喷采油 在原始条件下，油层岩石与孔隙空间内的流体处于压力在原始条件下，油层岩石与孔隙空间内的流体处于压力平衡状态，一旦钻开油层，由于井中的压力低于油层内部的平衡状态，一旦钻开油层，由于井中的压力低于油层内部的压力，在井筒与油层之间就造成了压差，油层压力就推动石压力，在井筒与油层之间就造成了压差，油层压力就推动石油向压力低的井底流去。油向压力低的井底流去。 如果油层具有足够的能量，不仅能将原油从油层内驱入如果油层具有足够的能量，不仅能将原油从油层内驱入井底，而且还能够将其由井底连续不断的举升到地面上来。井底，而且还能够将其由井底连续

2、不断的举升到地面上来。这样的生产井，称为这样的生产井，称为自喷井自喷井。用这种自喷的方式进行采油，。用这种自喷的方式进行采油，称为称为自喷采油自喷采油。 由于油层天然能量不足或经自喷开采后能量逐渐下降，由于油层天然能量不足或经自喷开采后能量逐渐下降，此时的地层能量不能保持油井自喷或产量过低时，就必须此时的地层能量不能保持油井自喷或产量过低时，就必须利用机械能量举升进行采油。其方法主要有利用机械能量举升进行采油。其方法主要有抽油机深井泵抽油机深井泵采油采油、电动潜油离心泵采油电动潜油离心泵采油、水力活塞泵采油水力活塞泵采油和和气举采油气举采油等四种。等四种。5.1.3 5.1.3 机械采油机械采

3、油5.1.3 5.1.3 机械采油机械采油1.1.抽油机深井泵采油抽油机深井泵采油 主要部件：主要部件： 抽油机、抽油杆、抽油泵（又抽油机、抽油杆、抽油泵（又叫深井泵）叫深井泵） 抽油机按其外形结构和工作原理不抽油机按其外形结构和工作原理不同，可分为游梁式抽油机和无梁式同，可分为游梁式抽油机和无梁式抽油机。抽油机。5.1.3 5.1.3 机械采油机械采油深井泵工作原理深井泵工作原理 深井泵由抽油泵筒、活塞、固定及深井泵由抽油泵筒、活塞、固定及游动凡尔所组成。游动凡尔所组成。 抽油活塞上行时抽油活塞上行时，游动凡尔受活塞，游动凡尔受活塞内以上液柱的压力而关闭，将液体排出内以上液柱的压力而关闭，将

4、液体排出地面，固定凡尔由于泵筒内压力降低，地面，固定凡尔由于泵筒内压力降低，在油层和套管环形空间液柱的压力下被在油层和套管环形空间液柱的压力下被顶开，井内液体进入泵筒内，充满活塞顶开，井内液体进入泵筒内，充满活塞上行泵筒中所空出的空间；上行泵筒中所空出的空间； 抽油活塞下行时，抽油活塞下行时，由于泵筒内液由于泵筒内液柱受压，压力增高，而使固定凡尔关闭，柱受压，压力增高，而使固定凡尔关闭，当泵筒压力超过油管内液柱压力时，游当泵筒压力超过油管内液柱压力时，游动凡尔被顶开，泵内液体进入油管。动凡尔被顶开，泵内液体进入油管。 在一个冲程过程中，深井泵完成在一个冲程过程中，深井泵完成一次进油和一次排油过

5、程，活塞如此不一次进油和一次排油过程，活塞如此不断上下运动而将原油举升至地面断上下运动而将原油举升至地面抽油杆抽油杆游动凡尔游动凡尔活塞活塞泵筒泵筒固定凡尔固定凡尔图图5-2 深井泵工作原理深井泵工作原理5.1.3 5.1.3 机械采油机械采油2.2.电动潜油离心泵采油电动潜油离心泵采油 电动潜油离心泵简称潜油电泵，是一种没有抽油杆的无杆泵，将电动潜油离心泵简称潜油电泵，是一种没有抽油杆的无杆泵，将动力机直接放在井下带动离心泵抽油。动力机直接放在井下带动离心泵抽油。 离心泵的特征是排量大而且均匀，适合泵送低、中粘度的液体，离心泵的特征是排量大而且均匀，适合泵送低、中粘度的液体，可用于直井，也可

6、用于定向井。在地面条件恶劣、海上平台上使用更可用于直井，也可用于定向井。在地面条件恶劣、海上平台上使用更有其优点。有其优点。3.3.水力活塞泵采油水力活塞泵采油 水力活塞泵是另一种无杆抽油设备，其工作原理是利用井下的液水力活塞泵是另一种无杆抽油设备，其工作原理是利用井下的液压驱动机带动井下泵往复运动，代替抽油机和抽油杆带动深井泵抽油。压驱动机带动井下泵往复运动，代替抽油机和抽油杆带动深井泵抽油。4.4.气举采油气举采油 气举采油也是无杆泵的机械采油方法。即从套管与油管的环形空气举采油也是无杆泵的机械采油方法。即从套管与油管的环形空间注入天然气，通过油管下部的凡尔进入油管，注入油管内的天然气间注

7、入天然气，通过油管下部的凡尔进入油管，注入油管内的天然气降低井筒内液柱密度，从而降低对油层的回压，使原油有可能流入井降低井筒内液柱密度，从而降低对油层的回压，使原油有可能流入井内，并将原油举升到地面。内，并将原油举升到地面。5.1.4 5.1.4 向油层内补充能量开发向油层内补充能量开发 随着油田开发的深入随着油田开发的深入, ,油层能量不断下降油层能量不断下降, ,为了向油层内补充能量为了向油层内补充能量, ,往往采取向油层注水或注气的办法。往往采取向油层注水或注气的办法。注水开发油田分两类：注水开发油田分两类： 早期注水开发：油田开发初期，或开发一阶段即开始注水，始早期注水开发：油田开发初

8、期，或开发一阶段即开始注水，始终保持油层有足够的能量，延长自喷采油时间。终保持油层有足够的能量，延长自喷采油时间。 晚期注水开发：油田靠天然能量开采已无法维持生产时，采用晚期注水开发：油田靠天然能量开采已无法维持生产时，采用注水来进行二次采油。注水来进行二次采油。 注水水质：注水水质：为避免水中杂质堵住油层空隙和腐蚀设备为避免水中杂质堵住油层空隙和腐蚀设备, ,要求每公升注要求每公升注入水中入水中不能超过两毫克的杂质和不能超过两毫克的杂质和0.50.5毫克的铁毫克的铁。5.1.4 5.1.4 向油层内补充能量开发向油层内补充能量开发注水开发地面流程注水开发地面流程: :水源水水源水 净化站净化

9、站 注水站注水站 配水间配水间采油污水采油污水污水污水处处 理站理站注注 水水 井井5.2 5.2 采油工艺技术采油工艺技术5.2.1 5.2.1 分层注水分层注水 多油层的油田由于各油层的渗透性是不同的多油层的油田由于各油层的渗透性是不同的, ,如果在一口注水井里不分好坏油层笼统注水如果在一口注水井里不分好坏油层笼统注水, ,虽虽然也能达到保持压力的目的然也能达到保持压力的目的, ,但是注进去的水在但是注进去的水在渗透性好的油层跑的快渗透性好的油层跑的快, ,而在渗透性不好的油层而在渗透性不好的油层内跑得很慢内跑得很慢, ,采油井上见不到好的注水效果采油井上见不到好的注水效果, ,而好而好油

10、层已经大量出水。油层已经大量出水。 为解决这个问题实行了分层注水为解决这个问题实行了分层注水, ,专门设计专门设计了能将好坏油层分开注水的工具了能将好坏油层分开注水的工具, ,称其为封隔器。称其为封隔器。封隔器是一个细长的管状柱体封隔器是一个细长的管状柱体, ,其外径要比油井其外径要比油井或水井的套管小。或水井的套管小。5.2.2 5.2.2 分层采油分层采油油井仍采用多层合采存在问题：油井仍采用多层合采存在问题： 注水井在高渗透层控制注水注水井在高渗透层控制注水, , 可是在油井中的高渗透层产油得可是在油井中的高渗透层产油得不到控制。结果不到控制。结果, , 在同一油井中高渗透油层是产油多在

11、同一油井中高渗透油层是产油多, ,注入水少注入水少, , 能能量得不到及时补充量得不到及时补充, , 造成地层压力下降造成地层压力下降, , 影响了高渗透层的出油影响了高渗透层的出油; ; 低渗透层出油能力差又受高渗透油层的影响低渗透层出油能力差又受高渗透油层的影响, , 不能充分发挥它不能充分发挥它的产油能力。的产油能力。 为了解决这个矛盾为了解决这个矛盾, , 人们采用新的技术措施人们采用新的技术措施, , 实行分层定量采油。实行分层定量采油。它和分层注水用的封隔器相似它和分层注水用的封隔器相似, , 是用是用配产器配产器来实现分层定量采油的。来实现分层定量采油的。5.2.3 5.2.3

12、堵水和防砂堵水和防砂1.1.分层堵水分层堵水 注水开发的油田注水开发的油田, , 开采一个阶段以后开采一个阶段以后, ,注入油层的水量越来越高注入油层的水量越来越高, ,而且会而且会出现油水分布参差不齐的现象。这时光靠分层配注和分层配产已经解决不了出现油水分布参差不齐的现象。这时光靠分层配注和分层配产已经解决不了这个生产问题这个生产问题, , 必须配合分层堵水才能取得较好的开发效果。必须配合分层堵水才能取得较好的开发效果。 分层堵水就是采取各种工艺技术措施分层堵水就是采取各种工艺技术措施, , 封堵压力很高、产水量很多的见封堵压力很高、产水量很多的见水层。因为这种见水油层对其它油层干扰很严重水

13、层。因为这种见水油层对其它油层干扰很严重, , 把高含水层堵住以后把高含水层堵住以后, , 同同时放大相邻的低含水或未见水层的采油压差时放大相邻的低含水或未见水层的采油压差, , 就能提高产油量。就能提高产油量。2.2.防砂防砂 原因：油层岩石颗粒胶结疏松。如何防止油井出砂和怎样将井底的积砂原因：油层岩石颗粒胶结疏松。如何防止油井出砂和怎样将井底的积砂清除干净清除干净, , 是保证油井正常生产的重要技术措施。是保证油井正常生产的重要技术措施。 油井防砂工艺技术分为油井防砂工艺技术分为机械方法防砂和化学方法防砂。机械方法防砂和化学方法防砂。 5.2.4 5.2.4 分层改造分层改造1. 1. 油

14、井酸化油井酸化 酸化酸化是用高压泵将酸液注入地层，酸液与碳酸盐或是用高压泵将酸液注入地层，酸液与碳酸盐或油层中的矿物和胶结物起化学反应，从而扩大裂缝和油层油层中的矿物和胶结物起化学反应，从而扩大裂缝和油层的孔隙，或解除油层堵塞，提高油层渗透能力，起到增产的孔隙，或解除油层堵塞，提高油层渗透能力，起到增产的作用。的作用。 各油田广泛采用的酸化措施有盐酸处理和土酸处理各油田广泛采用的酸化措施有盐酸处理和土酸处理两种。盐酸酸化主要用于碳酸盐岩油气层。两种。盐酸酸化主要用于碳酸盐岩油气层。 土酸是用盐酸和氢氟酸按一定比例配合成的酸液，土酸是用盐酸和氢氟酸按一定比例配合成的酸液，它既可溶解碳酸钙盐类和铁

15、铝化合物，也可以溶解岩石中它既可溶解碳酸钙盐类和铁铝化合物，也可以溶解岩石中的硅酸盐类和粘土，所以土酸是砂岩油田经常使用的酸液。的硅酸盐类和粘土，所以土酸是砂岩油田经常使用的酸液。5.2.4 5.2.4 分层改造分层改造2. 2. 油井压裂油井压裂 利用地面上的高压泵，将高粘度液体以大大超过地层吸收能力利用地面上的高压泵，将高粘度液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中的排量注入井中, , 随即在井底附近产生很高的压力。此压力将油井随即在井底附近产生很高的压力。此压力将油井周围的油层压开裂缝，形成的裂缝带具有很高的渗透性，大大改善周围的油层压开裂缝，形成的裂缝带具有很高的渗透性，大大改善了油气

16、层的导流能力。这种靠强大压力将油层压开裂缝的方法就叫了油气层的导流能力。这种靠强大压力将油层压开裂缝的方法就叫油井压裂。油井压裂。 为了不让裂缝闭合，在压裂时要加入一定量的支撑剂（石英砂、为了不让裂缝闭合，在压裂时要加入一定量的支撑剂（石英砂、核桃壳等），以支撑已形成的裂缝。核桃壳等），以支撑已形成的裂缝。 压裂主要用于低渗透油气层的改造。压裂主要用于低渗透油气层的改造。5.2.5 5.2.5 稠油开采稠油开采 有一些油田的石油是属于高粘度重质原油有一些油田的石油是属于高粘度重质原油, , 在常温常压条件下在常温常压条件下, , 是不能是不能流动的。为此流动的。为此, , 针对稠油粘度高的特点

17、针对稠油粘度高的特点, , 创出了热力开采方法和化学开采方创出了热力开采方法和化学开采方法。法。 蒸汽吞吐蒸汽吞吐工艺技术是向稠油层注入高温、高压蒸汽工艺技术是向稠油层注入高温、高压蒸汽, , 使稠油的粘度降低使稠油的粘度降低, , 这样石油就可以从油层中流入井筒而开采出来。这样石油就可以从油层中流入井筒而开采出来。 蒸汽驱蒸汽驱也是这个道理也是这个道理, , 是利用热蒸汽来驱动稠油是利用热蒸汽来驱动稠油, , 这样来提高稠油油田这样来提高稠油油田的开采效果。的开采效果。 常规方法开采常规方法开采, ,采出率采出率1010左右。蒸汽吞吐方法开采左右。蒸汽吞吐方法开采, , 采出率采出率2525

18、左右左右, , 再用蒸汽驱方法开采，采出率再用蒸汽驱方法开采，采出率50506060。5.3 5.3 提高原油采收率技术提高原油采收率技术 所谓所谓采收率采收率就是指油田累计采出的油量占地质储量的百分就是指油田累计采出的油量占地质储量的百分比。比。 累计采油量累计采油量 油田采收率油田采收率( ()= )= 100100 地质储量地质储量5.3 5.3 提高原油采收率技术提高原油采收率技术 根据石油开采及油田开发的投资过程，可分为三个阶段：一次根据石油开采及油田开发的投资过程，可分为三个阶段：一次采油、二次采油和三次采油。采油、二次采油和三次采油。 一次采油一次采油是指利用油藏天然能量开采的过

19、程，如利用溶解气驱、是指利用油藏天然能量开采的过程，如利用溶解气驱、气顶驱、天然水驱、岩石和流体弹性能驱及重力排驱等能量。通常气顶驱、天然水驱、岩石和流体弹性能驱及重力排驱等能量。通常这种方法开采的原油采收率都比较低，只有这种方法开采的原油采收率都比较低，只有8%8%15%15%。 二次采油二次采油是指利用外部补充地层能量（如注水、注气），以保是指利用外部补充地层能量（如注水、注气），以保持地层能量为目的的提高采收率的采油方法。经二次采油的采收率持地层能量为目的的提高采收率的采油方法。经二次采油的采收率大致为大致为25%25%45%45%，个别条件好的油藏可达，个别条件好的油藏可达50%50%

20、左右。左右。 三次采油三次采油就是指通过注入其他流体，采用物理、化学、热量、就是指通过注入其他流体，采用物理、化学、热量、生物等方法改变油藏岩石及流体性质，提高水驱后油藏采收率。经生物等方法改变油藏岩石及流体性质，提高水驱后油藏采收率。经三次采油的最终采收率可达三次采油的最终采收率可达45%45%70%70%。5.3 5.3 提高原油采收率技术提高原油采收率技术热力法热力法注蒸汽层内燃烧注热水蒸汽吞吐蒸汽驱烃混相驱高压注干气富气驱注液化石油气CO2混相驱惰性气体驱氮气驱烟氮气驱混相驱混相驱聚合物驱表面活性剂驱胶束/聚合驱中相微乳液活性水驱，泡沫驱碱水驱微生物驱微生物驱化学驱化学驱提高采收率方法

21、提高采收率方法5.3.1 5.3.1 混相驱混相驱混相驱混相驱就是向油层中就是向油层中注入一种能完全溶解石油的溶剂注入一种能完全溶解石油的溶剂来驱替原油，来驱替原油，由于相界面消失，界面张力为零，从而使驱油效率大幅度提高。由于相界面消失，界面张力为零，从而使驱油效率大幅度提高。化学药剂驱化学药剂驱油就是在油就是在注入水中添加化学药剂注入水中添加化学药剂来提高驱油效率来提高驱油效率, , 目前目前应用最多的是聚合物驱油。应用最多的是聚合物驱油。聚合物驱就是聚合物驱就是把高分子量水溶性聚合物加到注入井中把高分子量水溶性聚合物加到注入井中以增加注入水以增加注入水的粘度，使油的流动能力相对提高。当前的

22、粘度，使油的流动能力相对提高。当前, , 使用的聚合物主要是水使用的聚合物主要是水解聚丙烯酰胺。解聚丙烯酰胺。热力驱热力驱是通过热量传递是通过热量传递, , 使油层的原油温度升高使油层的原油温度升高, , 体积膨胀体积膨胀, , 降低降低粘度粘度, , 改善流动性改善流动性, , 从而达到提高采收率的目的。从而达到提高采收率的目的。5.3.4 5.3.4 微生物采油微生物采油 大量的试验表明大量的试验表明, , 有很多种细菌能把石油当成营养而吃下去有很多种细菌能把石油当成营养而吃下去, , 并合成各种各样的代谢产物，这些产物主要是生物气（甲烷、氢、并合成各种各样的代谢产物，这些产物主要是生物气

23、（甲烷、氢、二氧化碳、硫化氢）和表面活性剂，使原油与水结合出现乳化现象。二氧化碳、硫化氢）和表面活性剂，使原油与水结合出现乳化现象。原油的乳化降低了油水界面张力和原油的粘度，大大提高了原油的原油的乳化降低了油水界面张力和原油的粘度，大大提高了原油的流动能力，从而提高原油采收率。流动能力，从而提高原油采收率。 特点：成本低、操作简单，现场不需要大型设备，产出液不需特点：成本低、操作简单，现场不需要大型设备，产出液不需要特殊处理，同时能耗低，不污染环境。要特殊处理，同时能耗低，不污染环境。5.4 5.4 采油过程与环境污染采油过程与环境污染5.4.1 5.4.1 含油污水含油污水1.1.含油污水的

24、来源含油污水的来源 在采油生产过程中，含油污水主要来自油田采出水和注水井的在采油生产过程中，含油污水主要来自油田采出水和注水井的洗井水。洗井水。 采出水是与原油和油田气一起自采油井产出，经沉降和电化学采出水是与原油和油田气一起自采油井产出，经沉降和电化学脱水后，脱出的含油污水。脱水后，脱出的含油污水。 注水井洗井水包括试注井及注水井洗井排出的含油污水。这部注水井洗井水包括试注井及注水井洗井排出的含油污水。这部分含油污水，由于井位分散，往往现场排放。有的油田建设了洗井分含油污水，由于井位分散，往往现场排放。有的油田建设了洗井水回收流程，集中处理。水回收流程，集中处理。5.4.1 5.4.1 含油

25、污水含油污水2.2.含油污水的特性含油污水的特性油水密度差值小。油水密度差值小。有些油田稠油密度非常大有些油田稠油密度非常大, , 与污水的密度与污水的密度相差甚微。相差甚微。水中悬浮固体含量高、颗粒粒径小。水中悬浮固体含量高、颗粒粒径小。细菌含量高。细菌含量高。细菌大量繁殖不仅腐蚀管线细菌大量繁殖不仅腐蚀管线, ,而且还会造成地而且还会造成地层的严重堵塞。层的严重堵塞。有机物含量高。有机物含量高。油田采出水中存在多种有机物油田采出水中存在多种有机物, ,如挥发酚、如挥发酚、硫化物等。硫化物等。矿化度高。矿化度高。5.4.2 5.4.2 落地原油落地原油1.1.落地原油的产生及来源落地原油的产

26、生及来源 落地原油系指油井中生产的未进入集输管线而散落在地面的原落地原油系指油井中生产的未进入集输管线而散落在地面的原油。原油落地的原因很多油。原油落地的原因很多, ,其中落地原油量大而又经常发生的原因有其中落地原油量大而又经常发生的原因有以下几个方面以下几个方面: : 油井投产前。自喷油井投产前地面集输管线尚未建成，射空油井投产前。自喷油井投产前地面集输管线尚未建成，射空替喷时原油进入土油池替喷时原油进入土油池; ; 试油、试采。试油、试采作业主要是探井所产原油部分进土试油、试采。试油、试采作业主要是探井所产原油部分进土油池；油池； 井下作业。油井作业中井下作业。油井作业中, ,压井替喷压井替喷, ,不压井作业的跑、冒油以不压井作业的跑、冒油以及在起出油管及在起出油管, ,抽