石油工程與裝備課件--第七章-采油工藝概論(11版)

1、第二部分第二部分 采油工藝及設(shè)備采油工藝及設(shè)備第七章第七章 采油工藝概論采油工藝概論 第一節(jié)第一節(jié) 采油方法采油方法（分自噴采油法和機(jī)械采油法兩種分自噴采油法和機(jī)械采油法兩種）一、自噴采油法一、自噴采油法靠自身能量舉升原油?？孔陨砟芰颗e升原油。（采油作業(yè)過(guò)程）（采油作業(yè)過(guò)程） 1. 1. 誘噴誘噴 （完井后，原油不能自動(dòng)噴到地面上。）（完井后，原油不能自動(dòng)噴到地面上。）自噴采油首先要進(jìn)行誘噴。自噴采油首先要進(jìn)行誘噴。即即降低井筒內(nèi)液柱壓力，清除油層污物降低井筒內(nèi)液柱壓力，清除油層污物。使油氣能暢通入井筒，而后流舉到地面。使油氣能暢通入井筒，而后流舉到地面。 誘噴方法有：誘噴方法有：（1 1）替

2、噴法）替噴法完井之后，下完井之后，下油管油管洗井。洗井。將油管下到井底，將油管下到井底，用低比重泥漿循環(huán)，替出高比重用低比重泥漿循環(huán)，替出高比重泥漿。泥漿。目的：降低井底液柱壓力目的：降低井底液柱壓力；上提油管上提油管至油層中部，至油層中部，用清水洗用清水洗，見油花為止。，見油花為止。洗井液從洗井液從油、套管油、套管環(huán)空注入環(huán)空注入，從，從油管油管中中返出返出。目的：易控制井噴和放噴目的：易控制井噴和放噴。 （2 2）抽汲法）抽汲法替噴后，仍不能自噴，用抽汲法。替噴后，仍不能自噴，用抽汲法。方法方法：用特制抽子用特制抽子在油管中在油管中高速高速上下上下提放提放；目的目的：一是：一是抽出抽出井內(nèi)

3、井內(nèi)液體液體，減小減小井內(nèi)井內(nèi)液柱壓力液柱壓力； 二是在二是在抽力抽力下，下，吸出吸出浸入浸入油層油層中的中的泥漿、污物泥漿、污物。（3 3）提撈法）提撈法用提撈筒，用提撈筒，提出提出井內(nèi)井內(nèi)液體降壓液體降壓，達(dá)自噴目的。，達(dá)自噴目的。 2. 2. 自噴條件自噴條件原油由地層推向井筒，有剩余能量原油由地層推向井筒，有剩余能量?！尽翱死斠揽死斠馈币庾g意譯“黑油山黑油山”，即地下原油自噴形成的油山。，即地下原油自噴形成的油山。】取決于地層壓力。取決于地層壓力。未鉆井未鉆井，油層，油層壓力壓力處處平衡平衡狀態(tài)，狀態(tài)，原油不流動(dòng)原油不流動(dòng)。鉆井鉆井，油層內(nèi)，油層內(nèi)壓力平衡壓力平衡被被打破打破，井底

4、壓力低于油層壓，井底壓力低于油層壓力，在壓差作用下，力，在壓差作用下，原油原油從油層從油層流入井內(nèi)流入井內(nèi)，當(dāng)，當(dāng)剩余壓力大剩余壓力大于內(nèi)液柱壓力時(shí)，原油于內(nèi)液柱壓力時(shí)，原油自噴自噴到地面。到地面。油層油層：為砂巖為砂巖空隙度大，原油才流出?？障抖却?，原油才流出。 其上為泥巖其上為泥巖覆蓋層。覆蓋層。 3. 3. 原油驅(qū)動(dòng)力原油驅(qū)動(dòng)力 靜水壓力靜水壓力：油層與水源相通，：油層與水源相通，邊水邊水和和底水底水的靜水壓力的靜水壓力； 上覆巖壓上覆巖壓；（ ）gH 氣頂膨脹力氣頂膨脹力：聚集油頂氣體，降壓，：聚集油頂氣體，降壓，氣體膨氣體膨脹力脹力大于井筒壓力；大于井筒壓力； 油層彈力油層彈力：體積

5、膨脹擠壓原油；體積膨脹擠壓原油； 原油中溶解氣原油中溶解氣: : 降壓氣體膨脹力。降壓氣體膨脹力。【大慶油田早期均為自噴井。勝利油田原女子大慶油田早期均為自噴井。勝利油田原女子采油隊(duì)管自噴井（石大水庫(kù)南面）。采油隊(duì)管自噴井（石大水庫(kù)南面）?！?二、機(jī)械采油法二、機(jī)械采油法無(wú)自噴能力井必須采用無(wú)自噴能力井必須采用機(jī)械采油法。機(jī)械采油法。機(jī)械采油法分機(jī)械采油法分：氣舉采油和抽油法氣舉采油和抽油法。1. 1. 氣舉法氣舉法利用壓縮氣體的能量，利用壓縮氣體的能量，舉升原油舉升原油。（1 1）氣舉方式）氣舉方式 圖圖2-172-17兩條通道兩條通道：注氣和出液注氣和出液。 進(jìn)氣方式進(jìn)氣方式：有：有環(huán)空、

6、中心管進(jìn)氣環(huán)空、中心管進(jìn)氣兩種方式。兩種方式。下管下管雙管雙管：（內(nèi)）（內(nèi)）環(huán)空進(jìn)氣，環(huán)空進(jìn)氣，中心管出液中心管出液。外層管下到油層之下，更外層管下到油層之下，更好地帶出砂子。好地帶出砂子。單管單管：環(huán)空進(jìn)氣環(huán)空進(jìn)氣（油、（油、套管環(huán)空進(jìn)氣），套管環(huán)空進(jìn)氣），中心管中心管出液。出液。中心管進(jìn)氣：少用。中心管進(jìn)氣：少用。單管單管多用環(huán)空進(jìn)氣，中心管出液多用環(huán)空進(jìn)氣，中心管出液，易清蠟和帶易清蠟和帶砂出井。砂出井。若若中心管進(jìn)氣中心管進(jìn)氣，環(huán)空出液，環(huán)空出液，油管外結(jié)蠟難清油管外結(jié)蠟難清，且砂，且砂子在環(huán)空流動(dòng)，速度低易沉淀，不利于帶砂子。子在環(huán)空流動(dòng)，速度低易沉淀，不利于帶砂子。 （2 2）氣舉

7、過(guò)程）氣舉過(guò)程 環(huán)空注氣，環(huán)空環(huán)空注氣，環(huán)空液體液體全全進(jìn)油管進(jìn)油管，壓縮機(jī)壓力升高，壓縮機(jī)壓力升高，壓縮氣進(jìn)入油管壓縮氣進(jìn)入油管，油、，油、氣混合，液面不斷升高噴氣混合，液面不斷升高噴出地面。相當(dāng)于出地面。相當(dāng)于氣攜帶液氣攜帶液體體而而上行上行。 2. 2. 抽油法抽油法 用各種泵抽油用各種泵抽油，又叫泵法，占，又叫泵法，占80%80%。 正常抽油正常抽油（完井后（完井后, ,用抽油泵抽油。）用抽油泵抽油。） 注水驅(qū)油抽油注水驅(qū)油抽油（從注水井注入高壓水，將油驅(qū)動(dòng)到抽油井，同時(shí)用抽油泵抽油。（從注水井注入高壓水，將油驅(qū)動(dòng)到抽油井，同時(shí)用抽油泵抽油。大慶油田較早的開展注水驅(qū)油，造成大面積套管損

8、壞，開發(fā)初期自大慶油田較早的開展注水驅(qū)油，造成大面積套管損壞，開發(fā)初期自噴，后來(lái)轉(zhuǎn)抽，繼而注水驅(qū)油。）噴，后來(lái)轉(zhuǎn)抽，繼而注水驅(qū)油。） 注熱蒸汽抽油注熱蒸汽抽油 （勝利油田孤島、孤東、現(xiàn)河采油廠采用；遼河油田。）（勝利油田孤島、孤東、現(xiàn)河采油廠采用；遼河油田。） 3 3. . 注熱蒸汽采油注熱蒸汽采油 （1 1）稠油：）稠油：是指粘度很大的原油是指粘度很大的原油。 （2 2）稠油無(wú)法冷采）稠油無(wú)法冷采：無(wú)論壓差多大無(wú)論壓差多大，原油原油也也不能不能從油從油層中層中流入井中流入井中。 （3 3）稠油開采）稠油開采：注蒸汽熱力采油法注蒸汽熱力采油法。 即注熱蒸汽溫度高達(dá)即注熱蒸汽溫度高達(dá)300300

9、以上，降低粘度，使原油流以上，降低粘度，使原油流入井中。入井中。 （4 4）注蒸汽熱力采油基本方法）注蒸汽熱力采油基本方法 蒸汽吞吐蒸汽吞吐： 是在本井完成注蒸汽、燜井和開井采油三個(gè)是在本井完成注蒸汽、燜井和開井采油三個(gè)連續(xù)過(guò)程連續(xù)過(guò)程（常用法）。（常用法）。 蒸汽驅(qū)：蒸汽驅(qū)： 是指按一定井網(wǎng)，在注汽井連續(xù)注汽，周圍是指按一定井網(wǎng)，在注汽井連續(xù)注汽，周圍油井以一定產(chǎn)量生產(chǎn)油井以一定產(chǎn)量生產(chǎn)。 注入的蒸汽既可加熱油層，又是驅(qū)動(dòng)原油的注入的蒸汽既可加熱油層，又是驅(qū)動(dòng)原油的介質(zhì)。介質(zhì)。注、采井獨(dú)立注、采井獨(dú)立。 從保護(hù)套管壽命的角度蒸汽驅(qū)好于吞吐，原從保護(hù)套管壽命的角度蒸汽驅(qū)好于吞吐，原因減少熱冷周

10、期。因減少熱冷周期。現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)為蒸汽驅(qū)采油效果不好現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)為蒸汽驅(qū)采油效果不好。 冷原油冷原油加熱帶加熱帶蒸汽帶蒸汽帶蒸汽凝結(jié)帶蒸汽凝結(jié)帶流動(dòng)流動(dòng)原油原油蒸汽吞吐示意圖蒸汽吞吐示意圖（5 5）熱采井井身結(jié)構(gòu)）熱采井井身結(jié)構(gòu)內(nèi)管內(nèi)管隔熱層（絕熱材料）隔熱層（絕熱材料）外管外管環(huán)空環(huán)空套管。套管。在注汽層（油層）上面油、套間有封隔器。在注汽層（油層）上面油、套間有封隔器。 （6 6）注汽參數(shù)）注汽參數(shù)注汽量：注汽量：7070120t/d 120t/d （按（按水水當(dāng)量計(jì)算）當(dāng)量計(jì)算） ；注汽周期：注汽周期：注入注入10102020天；天；蒸汽干度蒸汽干度：要高，：要高，50%50%以上；以上；【汽相占總

11、重量百分?jǐn)?shù)，稱汽相占總重量百分?jǐn)?shù)，稱蒸汽干度蒸汽干度。蒸汽干度是影響開采效果的首要因素。蒸汽干度是影響開采效果的首要因素?！孔⑵麎毫ψ⑵麎毫Γ翰怀^(guò)油層破裂壓力；：不超過(guò)油層破裂壓力； 燜井：燜井：（停注后關(guān)井）（停注后關(guān)井）2 27 7天；天；開井回采開井回采：第一周期開采一般能自噴生產(chǎn)一段時(shí)間。：第一周期開采一般能自噴生產(chǎn)一段時(shí)間。 （7 7）熱采井參數(shù)計(jì)算）熱采井參數(shù)計(jì)算井筒熱損失計(jì)算：井筒熱損失計(jì)算：根據(jù)兩相流根據(jù)兩相流（液、汽）（液、汽）理論理論，計(jì)算熱損失，計(jì)算熱損失，優(yōu)化注優(yōu)化注汽干度、壓力、溫度汽干度、壓力、溫度。溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)分析：溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)分析：用以設(shè)計(jì)注汽管柱、套

12、管強(qiáng)度。用以設(shè)計(jì)注汽管柱、套管強(qiáng)度。熱應(yīng)力熱應(yīng)力： 式中式中， 最大熱應(yīng)力，最大熱應(yīng)力，PaPa； 鋼材熱膨脹系數(shù)，鋼材熱膨脹系數(shù)，m/(m.)m/(m.)； 套管熱彈性模量，套管熱彈性模量，PaPa； 溫度變化，溫度變化，（注汽時(shí)的溫度減去井（注汽時(shí)的溫度減去井筒原始溫度）。筒原始溫度）。 TEcssmaxmaxsEsTc當(dāng)熱采井套管受當(dāng)熱采井套管受熱時(shí)，要產(chǎn)生熱熱時(shí)，要產(chǎn)生熱膨脹，膨脹受約膨脹，膨脹受約束便產(chǎn)生熱應(yīng)力束便產(chǎn)生熱應(yīng)力 E熱采井套管柱設(shè)計(jì)：熱采井套管柱設(shè)計(jì)：要考慮預(yù)拉應(yīng)力計(jì)算要考慮預(yù)拉應(yīng)力計(jì)算（下套管時(shí)，將套管底部錨住然后加預(yù)拉力）（下套管時(shí)，將套管底部錨住然后加預(yù)拉力） 由于

13、溫度變化，套管要膨脹，膨脹約束便產(chǎn)生由于溫度變化，套管要膨脹，膨脹約束便產(chǎn)生熱應(yīng)力。熱應(yīng)力。所謂預(yù)拉應(yīng)力：所謂預(yù)拉應(yīng)力：下井時(shí)，套管以拉應(yīng)力固井下井時(shí)，套管以拉應(yīng)力固井。 當(dāng)注汽時(shí)，熱膨脹使套管產(chǎn)生壓應(yīng)力，與拉應(yīng)當(dāng)注汽時(shí)，熱膨脹使套管產(chǎn)生壓應(yīng)力，與拉應(yīng)力抵消，以保護(hù)套管。力抵消，以保護(hù)套管。 施加套管預(yù)應(yīng)力的原則施加套管預(yù)應(yīng)力的原則 提拉套管時(shí)，井口的軸向預(yù)應(yīng)力，不得超過(guò)套管允許的提拉套管時(shí)，井口的軸向預(yù)應(yīng)力，不得超過(guò)套管允許的屈服極限屈服極限。 YSApmax井口預(yù)拉力計(jì)算井口預(yù)拉力計(jì)算: QPSP套管截面積套管截面積 套管在井套管在井中的重量中的重量 qgLQ 常溫下套管常溫下套管材料的最

14、小材料的最小屈服極限屈服極限允許施加允許施加套管的預(yù)套管的預(yù)應(yīng)力應(yīng)力在高溫下，套在高溫下，套管材料屈服極管材料屈服極限的降低系數(shù)限的降低系數(shù)最大熱最大熱應(yīng)力應(yīng)力第二節(jié)第二節(jié) 抽油法設(shè)備抽油法設(shè)備應(yīng)用最廣泛抽油設(shè)備應(yīng)用最廣泛抽油設(shè)備有桿抽油設(shè)備。有桿抽油設(shè)備。 一、有桿抽油裝置一、有桿抽油裝置抽油機(jī)抽油機(jī)抽油泵裝置，包括三部分。抽油泵裝置，包括三部分。1.1. 地面部分地面部分抽油機(jī)（驅(qū)動(dòng)部分）抽油機(jī)（驅(qū)動(dòng)部分）2.2. 井下部分井下部分抽油泵（懸掛在油管尾部）抽油泵（懸掛在油管尾部）3.3. 中間部分中間部分抽油桿抽油桿稱稱“三抽三抽”設(shè)備設(shè)備。典型：典型：游梁式抽油機(jī)游梁式抽油機(jī)抽油泵裝置。

15、抽油泵裝置。 二、無(wú)桿抽油裝置二、無(wú)桿抽油裝置 1. 1. 水力活塞泵水力活塞泵 用壓力液體為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)吸排油。用壓力液體為動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)吸排油。（地面動(dòng)力液泵，驅(qū)使井下（地面動(dòng)力液泵，驅(qū)使井下水力活塞泵水力活塞泵換向閥自動(dòng)工作，使活塞往換向閥自動(dòng)工作，使活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到吸排液的目的。）復(fù)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到吸排液的目的。） 2.2. 電動(dòng)潛油離心泵電動(dòng)潛油離心泵 用井下電機(jī)驅(qū)動(dòng)多級(jí)離心泵，實(shí)現(xiàn)抽油。用井下電機(jī)驅(qū)動(dòng)多級(jí)離心泵，實(shí)現(xiàn)抽油。 3.3. 電動(dòng)潛油單螺桿泵電動(dòng)潛油單螺桿泵 開采高粘度、高含砂、高含氣原油。開采高粘度、高含砂、高含氣原油。 井下電機(jī)帶動(dòng)螺桿泵抽油。井下電機(jī)帶動(dòng)

16、螺桿泵抽油。（容積式泵）（容積式泵） 2. 2.電動(dòng)潛油離心泵電動(dòng)潛油離心泵 用井下電機(jī)驅(qū)動(dòng)多用井下電機(jī)驅(qū)動(dòng)多級(jí)離心泵，實(shí)現(xiàn)抽油。級(jí)離心泵，實(shí)現(xiàn)抽油。 3. 3. 電動(dòng)潛油單螺桿泵電動(dòng)潛油單螺桿泵 開采高粘度、高含砂、高含氣原油。開采高粘度、高含砂、高含氣原油。 井下電機(jī)帶動(dòng)螺桿泵抽油。井下電機(jī)帶動(dòng)螺桿泵抽油。（容積式泵（容積式泵） 地面地面驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單螺單螺桿泵桿泵井下井下驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)單螺單螺桿泵桿泵三、采油新技術(shù)應(yīng)用三、采油新技術(shù)應(yīng)用1.1. 連續(xù)油管連續(xù)油管（1 1）特點(diǎn)：）特點(diǎn)：是一根是一根無(wú)接頭無(wú)接頭、能夠纏繞在滾筒上的、能夠纏繞在滾筒上的長(zhǎng)油管長(zhǎng)油管。（2 2）使用方便：）使用方便：縮短

17、了作業(yè)時(shí)間，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)縮短了作業(yè)時(shí)間，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。度。（3 3）工藝應(yīng)用）工藝應(yīng)用用連續(xù)油管進(jìn)行氣舉采油用連續(xù)油管進(jìn)行氣舉采油用于電潛泵采油用于電潛泵采油用連續(xù)油管洗井用連續(xù)油管洗井比常規(guī)油管效果好，在下井一開始就循環(huán)洗井液。比常規(guī)油管效果好，在下井一開始就循環(huán)洗井液。用于修井作業(yè)：用于修井作業(yè)：用連續(xù)油管用連續(xù)油管注入流體注入流體。2.2. 國(guó)外抽油桿的新技術(shù)發(fā)展國(guó)外抽油桿的新技術(shù)發(fā)展發(fā)展趨勢(shì)是：發(fā)展趨勢(shì)是：抽油桿抽油桿向著向著高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐磨高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐磨損、連續(xù)型結(jié)構(gòu)、橢圓形截面（長(zhǎng)方形、橢圓形）損、連續(xù)型結(jié)構(gòu)、橢圓形截面（長(zhǎng)方形、橢圓形）、新材料（鋁合金、玻璃綱、石墨合

18、成材料）、新材料（鋁合金、玻璃綱、石墨合成材料）方向方向發(fā)展。發(fā)展。 （1 1） 超高強(qiáng)度抽油桿超高強(qiáng)度抽油桿屈服極限大于：屈服極限大于：793Mpa793Mpa；強(qiáng)度極限大于：；強(qiáng)度極限大于：965Mpa965Mpa；延伸率大于：；延伸率大于：14%14%；斷面收縮率大于：；斷面收縮率大于：45%45%；硬度；硬度HB185HB185311311（2 2） 噴涂不銹鋼抽油桿噴涂不銹鋼抽油桿 提高抗腐蝕能力。提高抗腐蝕能力。（3 3）空心抽油桿）空心抽油桿 空心作為通道向井內(nèi)注入熱油、稀釋劑、破乳劑、防空心作為通道向井內(nèi)注入熱油、稀釋劑、破乳劑、防腐劑等，適腐劑等，適用于抽稠油和解蠟用于抽稠油和解蠟。 （4 4）玻璃鋼抽油桿）玻璃鋼抽油桿 抗腐蝕抗腐蝕；質(zhì)量輕；壽命長(zhǎng)；質(zhì)量輕；壽命長(zhǎng)； （5 5）長(zhǎng)方形連續(xù)）長(zhǎng)方形連續(xù)石墨石墨抽油桿抽油桿纏繞式纏繞式連續(xù)抽油桿。連續(xù)抽油桿。（6 6）長(zhǎng)方形連續(xù)）長(zhǎng)方形連續(xù)鋼質(zhì)鋼質(zhì)抽油桿抽油桿 滾筒滾筒纏繞式纏繞式抽油桿抽油桿 。（7 7）橢圓形連續(xù)抽油桿）橢圓形連續(xù)抽油桿纏繞式連續(xù)抽油桿纏繞式連續(xù)抽油桿 。抽油桿大型。抽油桿大型圓架纏繞，起下抽油圓架纏繞，起下抽油桿專用裝置桿專用裝置。3. 3. 油管加熱采油技油