采油方法课件

1、采油方法,第六章 采油方法 （Oil Production）,原油怎样从地层采至地面？ 自喷采油(Natural Flow) 气举采油(Gas Lift) 有杆泵抽采油(Pumping) 无杆泵抽采油(Rodless Pump),机械采油方法,采油方法,采油方法,采油方法,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,采油方法,井口实况,自喷井的井口装置,采油方法,采油方法,油井自喷的条件,gH井内静液柱压力 Pfr摩擦阻力 Pt油压,采油

2、方法,一、油井流入动态 1、采油指数 垂直井单相油流产量公式,( 6-1 ),采油方法,例： A井 100吨/天 B井 80吨/天 A井 110吨/天 B井 120吨/天 如果 Pwf ，则P， qA ，qB 若 qB qA ，则B井产能大。,衡量产能: 采油指数,采油方法,采油指数：油井日产量与生产压差的比值。,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,叫产液指数。,比采油指数：单位油层厚度上的采油指数。,采油指数反映了地层参数，反过来说，地层参数影响采油指数。,采油方法,2、流入动态关系曲线,产量与井底流压的关系叫流入动态关系(IPR) Infl

3、ow Performance Relationship 流入动态关系曲线 描绘q=f(Pwf)的曲线叫流入 动态关系曲线(IPR 曲线)。, 流入动态关系,采油方法, 曲线的特征,c.当井底压力为零时,生产压差最大,所对应的产量是极限最大产量。,a.夹角的正切就是采油指数,夹角越大,采油指数越大,生产能力越强;反之,夹角越小,J越小,生产能力越弱。曲线很直观地反映油井的产能。 b.当井底压力为 时,生产压差为零,油井产量为零.即:产量为零的点,所对应的压力即地层压力。,采油方法,水平井单相流动示意图,采油方法,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

4、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,3、油气两相渗流的流入动态,随着原油不断采出， ,Sg , Ko,采油方法,采油方法,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。,采油方法,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）,采油方法,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

5、%，且绝对误差较小。,采油方法,二、垂直管流 1、多相垂直管流参数变化规律 Pt Pb， 单相垂直管流 PwfPb Pt ，多相垂直管流 气体体积流量qG 从压力等于Pb点起出现小气泡，越往上流，压力越低，气体体积膨胀，新气体析出，qG不断增加。,采油方法,液体的体积流量qL 随流体上升，压力低于Pb以后，气体 析出，qL略有下降，与qG的增加相比基本不变。 总混气液的体积流量: qm=qL+qG 混气液流速的变化与qm的变化一致。 混气液密度随流体上升而下降。,采油方法,压降梯度随位置变化,不是常数, 压力分布曲线不是直线。,采油方法,2、混气液密度 由于油气密度不同，在垂直管中气体比液体上

6、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。,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。 滑脱引起的密度增量所引起的压力变化叫滑脱损失。,采油方法,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,采油方法,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

7、型。,采油方法,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。,采油方法,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。,采油方法,雾流： 气体体积流量越来越大

8、,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。,采油方法,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,采油方法,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,采油方法,采油方法,采油方法,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

9、。 临界流动状态流体达到临界速度时的流动状态。,采油方法,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.,采油方法,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,采油方法,注入气,工作凡尔,采油方法,一、特点 优点：井口、井下设备简单，

10、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。,采油方法,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。,采油方法,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。,采油方法,采油方法,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

11、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,采油方法,图6-12,采油方法,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,采油方法,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

12、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。,采油方法,喷出前，Pwf Ps ； 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 Pwf Ps 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。,采油方法,若：Pe Pc ，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,采油方法,当地层K大，被挤压的液面下降很缓慢时，环空中的液体部分被地层吸收。极端情况，全部吸收。环空液面到达管鞋时，油管液柱几乎没有升高，此时，启动压力由沉没度决定

13、。,采油方法,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。,采油方法,间歇气举成本低、灵活性好， 常用于低压地层、中低产量井。,常规间歇气举它是连续气举的一种变型。,七、间歇气举,流体的举升可分为四个阶段：,采油方法,第三节 有杆泵采油,泵抽法是应用最广的一种采油方法。它是利用结构特殊的井下泵将原油举升到地面的采油方法。用深井泵采油的井叫抽油井。,采油方法,

14、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 (Sucker Rod Pumping）,典型有杆抽油装置如图,采油方法,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。,采油方法,采油方法,前置型多为重型长冲程抽油机，除采用机械平衡外还采用气动平衡。,CYJQ14-5-73HQ气动平衡游梁式抽油机,采油方法,采油方法,其它结构型式: 变形游梁式抽油机: 如:双驴头式 旋转驴头式 大轮驴头式 大轮式 斜直井游梁式 目的： 增大冲程、节能及改善抽油机的结构特性和受力状态。,YCYJ10-5-37HB特形双驴头游梁式抽油机,采

15、油方法,CYJYR3-2.1-9HF旋转驴头游梁式抽油机,采油方法,CYJX5-3-26HB斜井游梁式抽油机,采油方法,无游梁抽油机 (特别超长冲程抽油机) 如:链条式 增距式 宽带式等 主要特点： 多为长冲程和慢冲次目的:扩大有杆泵的适用范围,适应深井和稠油的特殊需要。,无游梁式抽油机,采油方法,链传式抽油机,KCJ5-3.6-7HZ宽皮带式抽油机,采油方法,增距式抽油机,采油方法,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。,采油方法,游动凡尔,活塞,泵筒衬套,固定凡尔,抽油泵的组成,泵筒,采油方法

16、,采油方法,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,采油方法,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。,采油方法,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

17、杆卸载缩短， 油管杆加载伸长。,采油方法,(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； Ap D泵径，m； S光杆冲程，m； n冲次， 。,采油方法,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,采油方法,管式泵 工作筒、固定凡尔装

18、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。,采油方法,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、加重杆、抽油杆扶正器、 减振器、防脱器,采油方法,刮蜡器,滚轮式扶正器,采油方法,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,采油方法,(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：,3、摩擦

19、载荷,2、悬点动载荷,惯性载荷和振动载荷,采油方法,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.,采油方法,图 6-20 杆、管变形过程,1、静载荷对柱塞冲程的影响,采油方法,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。,采油方法,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。

20、,充满系数越高, 泵效越高。,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。,采油方法,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。,采油方法,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:,采油方法,(1) 使用油管锚减少冲程损失 =r+t t=0 =r (2)调小防冲距

21、 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,采油方法,(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。,采油方法,(4) 选择合理的泵径 D2 D越大 就越大 深井不宜用大泵。 (5) 选用大S K=Vs/Vp, Vs与冲程无关， Vp Sp S Sp K ，气体影响下降,采油方法,(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

22、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。,采油方法,总之 (1)一般油井：选长冲程、小泵径、中冲数 S K s D s (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。,采油方法,1. 不平衡原因 (1)上冲程电机对驴头作功 (2)下冲程驴头对电机作功 电机不但无载荷还吸收功,做功不平衡。,四、抽油机平衡,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

23、速度的均匀性，影响杆、泵工作,采油方法,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式。其中，机械平衡又分为： (1)游梁平衡（beam balance） (2)曲柄平衡（crank balance） (3)复合平衡（combined balance）,4.平衡原理 下冲程过程中以某种方式把抽油杆柱所放出的能量、电动机提供的能量储存起来，到上冲程时再释放出来帮助电动机做功。,采油方法,五、 示功图,ABC为上冲程静载变化线，CDA为下冲程静载变化线。 AB为加载线,CD为卸载线;加载和卸载时,游、固阀均关闭,图6-20,图6-22 静载荷理论示功图,采油方法,是指某一因素的影响十分明显，其形状代表了该因素影响下的基本特征。,典型示功图,采油方法,(1)气体和充不满对示功图的影响,图6-23 气体影响,特点：呈刀把形,充不满的卸载线较气体影响的卸载线陡而直。,采油方法,实测功图,气体影响,液面低供液不足示功图,油稠来不及充满示功图,采油方法,(2)泵漏失对示功图的影响,图6-25 泵排出部分漏失,游动阀漏失的实测示功图,图6-26 吸入阀漏失,吸入阀漏失的实测示功图,采油方法,潜油电泵ESP （Electric Submersible Pump） 水力活塞泵HP (Hydraulic Pump)