采油方法機械

采油方法機械自噴采油法：完全依靠流體自身的能量將原油采出地面的方法叫自噴采油法，這樣的生產(chǎn)井叫自噴井。優(yōu)點：不需要補充能量，設備簡單，操作方便,投資少,盡管自噴井數(shù)少，但產(chǎn)量很高。經(jīng)濟效益高。第一節(jié)自噴采油第2頁,共79頁，2024年2月25日，星期天油井自噴的條件

gH—井內(nèi)靜液柱壓力Pfr—摩擦阻力Pt—油壓第3頁,共79頁，2024年2月25日，星期天一、油井流入動態(tài)1、采油指數(shù)油井日產(chǎn)量與生產(chǎn)壓差的比值。Pw產(chǎn)液指數(shù)

它表示單位生產(chǎn)壓差下油井的日產(chǎn)量,用以衡量油井的生產(chǎn)能力。如果油井既產(chǎn)油,又產(chǎn)水：比采油指數(shù)：單位油層厚度上的采油指數(shù)。第4頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

在不同的開采時期，地層中含氣飽和度不同，采油指數(shù)不同。IPR曲線不是平行后退，而是隨地層壓力變化，呈外凸的曲線。Pwfq溶解氣驅(qū)，不同時期IPR曲線不平行Pwfq彈性驅(qū)IPR曲線平行后退2、油氣兩相滲流的流入動態(tài)隨著原油不斷采出，,Sg,Ko

第5頁,共79頁，2024年2月25日，星期天無因次IPR曲線無因次坐標系：橫坐標：不同流壓下的產(chǎn)量與最大產(chǎn)量比值縱坐標：流壓與地層壓力的比值，無因次。當qo=0Pwf=Pwf/=1

當Pwf=0qo=qomaxqo/qomax=1PrPr第6頁,共79頁，2024年2月25日，星期天q/qomax10Pwf/

Pr1

在不同條件下，IPR曲線不同，但無因次IPR曲線基本重合，可近似地用一條無因次IPR曲線來代替。第7頁,共79頁，2024年2月25日，星期天描述無因次IPR曲線的方程叫Vogel方程。利用這一方程可較容易地獲得油井的IPR曲線。（6-2）第8頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

已知地層壓力，只需一個點的生產(chǎn)數(shù)據(jù)就可作出IPR，否則要4至5個實測點的生產(chǎn)數(shù)據(jù)才能作IPR曲線，或已知兩個穩(wěn)定生產(chǎn)點的數(shù)據(jù)，可作出IPR曲線。利用Vogel方程作IPR曲線誤差早期5%，晚期20%，且絕對誤差較小。第9頁,共79頁，2024年2月25日，星期天二、垂直管流1、混氣液密度持液率(HL):單位管長內(nèi)液體體積與油管容積的比值。持氣率(HG):單位管長內(nèi)氣體體積與油管容積的比值。則混氣液密度:

m=

GHG+

lHL=

G（1-HL）+

lHLHG+HL=1第10頁,共79頁，2024年2月25日，星期天2、滑脫現(xiàn)象

由于油氣密度不同，在垂直管中氣體比液體上升快的現(xiàn)象稱為滑脫現(xiàn)象。兩相的速度差叫氣體的滑脫速度。vS=vG-vL

VSL-液相表觀速度VSL=qL/AVSG-氣相表觀速度VSG=qG/AAL-油相截面積；AG-氣相截面積。第11頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

密度所引起的壓力變化是油氣流動時不可避免的壓力損耗,叫有效損耗?；撘鸬膲毫ψ兓谢摀p失。第12頁,共79頁，2024年2月25日，星期天純液流:從井底到井筒壓力等于Pb的點之間。無氣相,管內(nèi)流動的是均質(zhì)液體，叫純液流，流體密度最大，壓力梯度最大,壓力分布曲線為直線。

3、垂直管氣液兩相管流的流型第13頁,共79頁，2024年2月25日，星期天泡流：管內(nèi)從壓力等于Pb起，有天然氣析出，呈現(xiàn)泡狀,分散在液相中。隨著油流上升，壓力下降,氣泡漸漸膨脹，液相是連續(xù)相，氣相是分散相。這時氣體的體積流量仍較小?？偭髁坎淮螅魉佥^低，摩阻小，密度比純液流低，但滑脫損失較大,壓降分布曲線呈上凹型。第14頁,共79頁，2024年2月25日，星期天段塞流：

隨混氣液上升,壓力下降,小氣泡膨脹成大氣泡。當氣泡斷面幾乎與油管直徑相當時,井筒內(nèi)形成一段氣，一段液的流動結構。氣段外有液膜。液相仍是連續(xù)相，氣相是分散相。氣體體積流量較泡流大,摩阻較泡流大,密度較小,滑脫較小。氣段膨脹時頂著液段上升,舉油效果好,總的壓力損失最小。第15頁,共79頁，2024年2月25日，星期天環(huán)流(過渡流)：氣體體積膨脹，氣段增長,液段被突破,氣段與上部氣段相連形成中心是氣、外環(huán)為液膜的流態(tài)。液體靠中心氣流的摩擦攜帶作用向上運移。氣相、液相均為連續(xù)相。這時體積流量較大,密度小。壓降以重力為主過渡為以摩阻為主?？倝航当榷稳鞔螅瑝航登€呈上凸型。第16頁,共79頁，2024年2月25日，星期天霧流：

氣體體積流量越來越大,管壁的油膜越來越少,液相主要以霧狀分散到氣相中。氣為連續(xù)相，液為分散相。這時密度很小,但流速很大,壓降主要消耗在摩阻上。壓降梯度變得更大,壓能損失更為嚴重。第17頁,共79頁，2024年2月25日，星期天HP油氣沿井筒噴出時的流型變化示意圖ⅢⅡⅣⅠ—純油流；Ⅱ—泡流；Ⅲ—段塞流；Ⅳ—環(huán)流；Ⅴ—霧流第18頁,共79頁，2024年2月25日，星期天套壓(Pc):指示油管和套管環(huán)空的壓力。油壓(Pt):原油舉升到井口時的剩余能量,又是通過油嘴的動力.回壓(PB):油嘴后剩余壓力,又是地面管線流動的動力。三、嘴流動態(tài)1、油嘴流動的特點PtPBPcLH第19頁,共79頁，2024年2月25日，星期天2、流量與油嘴前后壓力比的關系當Pt=PB時，V=0，即PB/Pt=1時，q=0ab段：PB/Ptqb點,當PB/Pt=C時,q最大;bc段：PB/Ptq=C達到最大流量時的壓力比(PB/Pt)c

稱為臨界壓力比。(PB/Pt)c這一點叫臨界點,這點的流動叫臨界流動。這時的流動速度為聲速。1PB/Ptabcq第20頁,共79頁，2024年2月25日，星期天3、臨界流動

油氣流速可達臨界速度，油嘴前后宛若兩個系統(tǒng)。臨界流速—流體的流速達到壓力波在流體介質(zhì)中的傳播速度，即聲速。臨界流動狀態(tài)—流體達到臨界速度時的流動狀態(tài)。第21頁,共79頁，2024年2月25日，星期天K—氣體的絕熱指數(shù)，K=CP/CV，CP—定壓比熱；CV—定容比熱.對于空氣k=1.4，（PB/Pt）c=0.528對天然氣K=1.3，（PB/Pt）c=0.546氣體大都在0.5左右。根據(jù)熱力學,臨界壓力比:4、單相氣體嘴流第22頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

當PB/Pt0.5，即Pt2PB時，油氣混合物在油嘴中的流動可達到臨界流動狀態(tài)，這時,油氣流量變化與回壓無關,僅由Pt決定。因此，油咀的作用：(1)改變油井的工作制度，控制油井產(chǎn)量。(2)分隔咀前咀后的流動,保持油井生產(chǎn)穩(wěn)定.第23頁,共79頁，2024年2月25日，星期天pwh——油壓(Pt)，MPaRp——生產(chǎn)氣油比，m3/m3qo——產(chǎn)油量，m3/dd——油嘴直徑，mma、b、c——經(jīng)驗常數(shù)5、氣液兩相嘴流臨界流動：d1d2D2

d1qPt第24頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

四、自噴井的協(xié)調(diào)

1、四個流動過程

(1)地層滲流：遵守滲流規(guī)律,IPR曲線；

(2)垂直管流：兩相流動規(guī)律,油管曲線；

(3)咀流：多相咀流規(guī)律,咀流曲線；

(4)地面管流：被油嘴分隔開。第25頁,共79頁，2024年2月25日，星期天2、全井的協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)條件:井底、井口產(chǎn)量相等,壓力銜接。協(xié)調(diào)點：兩曲線的交點。當q=qc時，Pwf-Pt有較低值。表明該產(chǎn)量下油管中壓力損失較低。qPPtPwfBdqcC第26頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

自噴后期地層能量下降，所提供的壓力小于舉升時要消耗的壓力，油井停噴。當油井自噴能力減弱時，向井中注入高壓氣體，降低井中油流密度，使油噴出地面。這種生產(chǎn)方法叫氣舉采油法。有兩種方法連續(xù)氣舉間歇氣舉

采取何種方法取決于井的生產(chǎn)特征。第二節(jié)氣舉采油第27頁,共79頁，2024年2月25日，星期天一、特點優(yōu)點：井口、井下設備簡單，氣舉不受套管尺寸限制，生產(chǎn)靈活，管理比較方便。適用范圍廣，尤其適用于海上采油、深井、斜井、含腐蝕性氣體或含砂多、不適于泵抽的油井。缺點：地面設備復雜、投資大、需要氣源，要求套管能承受高壓。第28頁,共79頁，2024年2月25日，星期天二、氣源1、要求

(1)具有足夠的壓力，

(2)必須不含氧氣。2、來源

(1)高壓天然氣。

(2)低壓天然氣，經(jīng)壓縮機加壓注入。第29頁,共79頁，2024年2月25日，星期天三、氣舉系統(tǒng)構成1、壓縮站；2、地面配氣站；3、單井生產(chǎn)系統(tǒng)；4、地面生產(chǎn)系統(tǒng)。重點：單井生產(chǎn)系統(tǒng)。地面生產(chǎn)系統(tǒng)與其他舉升方式基本相同。第30頁,共79頁，2024年2月25日，星期天第31頁,共79頁，2024年2月25日，星期天1、開式氣舉裝置：無封隔器地面注氣壓力波動會引起油套環(huán)空液面升降,每次關井后,必須重新卸載。2、半閉式氣舉裝置：單封隔器完井注入氣不能從油管底部進入油管。且油井一旦卸載，流體就無法回到油套環(huán)空。適用于連續(xù)氣舉和間歇氣舉。四、氣舉裝置類型第32頁,共79頁，2024年2月25日，星期天圖6-12第33頁,共79頁，2024年2月25日，星期天單封隔器及單流閥完井

與半閉式裝置類似，并在油管柱底端裝有固定單流閥。避免了開式裝置的弊端，使高壓氣體和井筒液體不能進入地層。3、閉式氣舉裝置第34頁,共79頁，2024年2月25日，星期天1、氣舉前狀態(tài)油井停噴時,油管和環(huán)空液面處于同一位置。2、氣舉過程五、氣舉的啟動壓力和工作壓力

向環(huán)空注入壓縮氣時，環(huán)空液面被擠壓向下，油管中的液面則上升。當環(huán)空液面下降到管鞋時，壓風機達到最大壓力，稱為啟動壓力Pe。壓縮氣進入油管后，使油管內(nèi)原油充氣，液面不斷上升，直至噴出地面。第35頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

噴出前，PwfPs；噴后，使油管內(nèi)ρm越來越低，油管鞋壓力急劇降低，井底壓力及壓風機壓力隨之急劇下降。當PwfPs時，地層開始產(chǎn)油，并使油管內(nèi)ρm稍有增加，致使壓風機壓力復而上升。最后，液面在管鞋處達到動態(tài)平衡，這時壓風機的壓力稱為工作壓力Po。第36頁,共79頁，2024年2月25日，星期天若：Pe

Pc，則氣舉無法實現(xiàn)。

Pc—壓縮機的額定輸出壓力。PePtPo3、啟動時壓風機壓力變化曲線第37頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

若Pe大于壓縮機的額定輸出壓力，該壓縮機就無法把環(huán)空中的液體壓入油管內(nèi)，氣體不能進入油管，就不能實現(xiàn)氣舉。要想實現(xiàn)氣舉，需大功率的壓縮機來保證氣舉的啟動。但正常生產(chǎn)時不需要這么大的功率，造成浪費，增加了設備的成本。為實現(xiàn)氣舉，同時降低成本，必須減小Pe，有效的方法是安裝氣舉凡爾。第38頁,共79頁，2024年2月25日，星期天注入氣工作凡爾啟動凡爾啟動凡爾第39頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

1、U型管等壓面原理；

2、壓縮機以Po氣舉，不能把環(huán)空液面完全壓入油管內(nèi)，只能把液面向下壓一定深度(液面位于油管內(nèi)壓力等于Po點)。六、氣舉的卸載過程第40頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

3、在這一位置上方的油管上打孔,氣體可將油管內(nèi)孔之上的這段液體舉出。4、液體舉出，油管內(nèi)壓力下降,環(huán)空液面下降到一定深度后達到穩(wěn)定,打第二個孔。5、當?shù)诙€孔進氣時，第一個應封住。第41頁,共79頁，2024年2月25日，星期天6、逐級將液面壓向一定位置。

能滿足打開和封閉油管孔眼的裝置叫氣舉凡爾，這樣只需要工作壓力就能啟動氣舉。正常氣舉時開啟的凡爾叫工作凡爾。上面其余的凡爾稱啟動凡爾。第42頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

機械采油方法（90%）生產(chǎn)井自噴采油方法（10%）

第三節(jié)有桿泵采油

氣舉（10%）深井泵有桿泵（

80%）無桿泵（

10%）用深井泵采油的井叫抽油井。機械采油方法第43頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

有桿泵一般是指利用抽油桿上下往復運動所驅(qū)動的柱塞式抽油泵。一、有桿抽油裝置

(SuckerRodPumping）典型有桿抽油裝置如圖

抽油機抽油裝置抽油泵抽油桿第44頁,共79頁，2024年2月25日，星期天1、抽油機

游梁式抽油機主要由游梁—連桿—曲柄機構、減速機構、動力設備和輔助裝置等四部分組成。

常規(guī)型抽油機異相型前置型第45頁,共79頁，2024年2月25日，星期天第46頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

2、抽油泵

有桿泵采油的井下設備基本要求：結構簡單、強度高；工作可靠，使用壽命長；便于起下，而且規(guī)格類型能滿足不同油田的采油工藝需要。第47頁,共79頁，2024年2月25日，星期天游動凡爾活塞泵筒襯套固定凡爾抽油泵的組成泵筒第48頁,共79頁，2024年2月25日，星期天柱塞上下運動一次稱一個沖程,也稱一個抽汲周期。上沖程：抽油桿帶動活塞向上運動。

a.游動凡爾關閉，井口排液。

b.泵內(nèi)壓力下降，固定凡爾打開，泵內(nèi)吸油。吸入條件：泵內(nèi)壓力沉沒壓力

c.抽油桿加載伸長，油管卸載縮短。

(1)泵的工作原理第49頁,共79頁，2024年2月25日，星期天沉沒壓力—泵吸入口的壓力。動液面—生產(chǎn)時的環(huán)空液面高度。靜液面—關井時的液面高度。hs—沉沒度；hf—動液面高度。hshf第50頁,共79頁，2024年2月25日，星期天下沖程：抽油桿帶動活塞向下運動a.泵內(nèi)壓力升高，固定凡爾關閉，停止吸油。b.游動凡爾打開，泵內(nèi)油轉入活塞以上的油管，井口出液。泵排出液體的條件：泵內(nèi)壓力活塞以上液柱壓力c.抽油桿卸載縮短，油管桿加載伸長。第51頁,共79頁，2024年2月25日，星期天(2)泵的理論排量假設：活塞的沖程等于光桿的沖程；活塞讓出的體積完全被原油充滿；抽油系統(tǒng)無漏失。即:柱塞上下吸入和排出的液體體積相等泵的理論排量為:

(6-9)式中：Qt——泵的理論體積排量，

Ap——柱塞截面積；

Ap

D——泵徑，m；

S——光桿沖程，m；

n——沖次，。第52頁,共79頁，2024年2月25日，星期天按抽油泵在油管中的固定方式分為

桿式泵柱塞、固定凡爾、游動凡爾和工作筒裝成一個整體，隨抽油桿柱插入油管內(nèi)的預定位置固定，故又稱為“插入式泵”。特點：操作方便、結構復雜、成本高，適應于深度大、產(chǎn)量小的井。桿式泵管式泵(3)抽油泵類型和結構第53頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

管式泵

工作筒、固定凡爾裝在油管尾部；游動凡爾裝在柱塞上。先下工作筒，再下油管，最后用抽油桿下入柱塞。特點:結構：簡單、成本低,操作復雜。適用于下泵深度不大、產(chǎn)量較高的井。第54頁,共79頁，2024年2月25日，星期天3、抽油桿柱

上經(jīng)光桿連接抽油機，下接抽油泵的柱塞，其作用是將地面抽油機懸點的往復運動傳遞給井下抽油泵。

附屬器具：

光桿:

位于抽油桿最上端,其作用是連接驢頭鋼絲繩與井下抽油桿，并同井口盤根配合密封抽油井口。第55頁,共79頁，2024年2月25日，星期天抽油桿扶正器:

用于斜井和叢式井，使抽油桿處于油管中心，不直接與油管接觸，減少抽油桿的磨損、振動和彎曲。還有用于減少抽油桿振動的減振器、防止抽油桿接箍旋松的防脫器等。加重桿:

用于大泵抽油、稠油井和深井，抽油桿柱的下部采用加重桿，防止抽油桿柱下部發(fā)生縱向彎曲,減少抽油桿的斷脫事故。第56頁,共79頁，2024年2月25日，星期天二、抽油機懸點載荷

在上沖程中，游動閥關閉，柱塞上下流體不連通。產(chǎn)生懸點靜載荷的力包括抽油桿柱重力和柱塞上液柱的壓力。1、懸點靜載荷第57頁,共79頁，2024年2月25日，星期天(1)抽油桿柱重力(2)作用在柱塞上的液柱載荷上沖程懸點靜載荷下沖程：第58頁,共79頁，2024年2月25日，星期天3、摩擦載荷(1)抽油桿柱與油管之間的摩擦力F1(2)柱塞與泵筒之間的摩擦力F2(3)抽油桿柱與液柱之間的摩擦力F3(4)液柱與油管之間的摩擦力F4(5)液體通過游動閥的阻力F52、懸點動載荷慣性載荷和振動載荷第59頁,共79頁，2024年2月25日，星期天4、懸點最大和最小載荷

上沖程的最大載荷若取r/l=1/4，則

發(fā)生在下沖程的最小載荷第60頁,共79頁，2024年2月25日，星期天三、泵效分析

實際產(chǎn)液量與泵的理論排量之比稱為泵的容積效率，油田習慣稱之為泵效。影響泵效的因素：（1）抽油桿柱和油管柱的彈性變形的影響;

（2）氣體和泵充不滿的影響;

（3）漏失的影響;

（4）地面脫氣和冷卻后液體體積收縮的影響.第61頁,共79頁，2024年2月25日，星期天對于組合桿柱:1、靜載荷對柱塞沖程的影響

抽油桿和油管柱的變形量為:

總的靜載變形量λ為：第62頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

在靜載荷作用下，抽油泵柱塞的沖程長度SP較抽油機懸點的沖程長度S減少變形量λ，故λ也稱靜載沖程損失。

選用較長S，有利于減少沖程損失對泵效的影響程度。慣性力作用產(chǎn)生使柱塞沖程增加。盡管提高沖次有利于增大柱塞沖程，但快速抽汲增加了慣性力，會使懸點最大靜載荷增大，最小載荷減少，使桿柱受力條件變差。第63頁,共79頁，2024年2月25日，星期天2、氣體對泵效的影響泵的充滿系數(shù)：它表示泵在工作過程中被液體充滿的程度。充滿系數(shù)越高,泵效越高.R—泵內(nèi)氣液比,R=Vg/VLVLVL

圖6-21K—余隙系數(shù),K=VS/VP第64頁,共79頁，2024年2月25日，星期天提高充滿系數(shù)的途徑：(1)盡量減小防沖距,以減小余隙。(2)適當增加泵的沉沒度以提高泵的沉沒壓力(3)使用氣錨，使氣體在泵外分離。VLVL

圖6-21第65頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

3、漏失對泵效的影響(1)泵排出部分漏失:柱塞與襯套的間隙漏失、游動閥漏失，均會減少泵內(nèi)排出的液量。

(2)泵吸入部分漏失固定閥漏失會減少進泵的液量。

(3)其他部分漏失由于油管絲扣、泵的連接部分及泄油器密封不嚴所產(chǎn)生的漏失都會降低泵效。第66頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

井內(nèi)液體含腐蝕性介質(zhì)油井出砂結蠟

磁化現(xiàn)象導致漏失

井身彎曲漏失原因:第67頁,共79頁，2024年2月25日，星期天(1)使用油管錨減少沖程損失

=

r+

t

t=0

=

r(2)調(diào)小防沖距為了防止碰泵，要求活塞下死點與固定凡爾有一定的距離，叫防沖距。防沖距越小，Vs越小，K

，

反之，防沖距越大，越保險。

4、提高泵效的措施第68頁,共79頁，2024年2月25日，星期天(3)選擇合理的下泵深度

Lp2,Lp小,

小。

P大,Lp就大，

可能大，會降低泵效;就氣體影響而言,P越大,則R越小,可提高泵效；要對比分析，綜合考慮。要有一定的沉沒度，使泵效最高的沉沒度。

第69頁,共79頁，2024年2月25日，星期天(4)選擇合理的泵徑

D2D越大

就越大深井不宜用大泵。(5)選用大SK=Vs/Vp,Vs與沖程無關，

Vp

SpS

Sp

K

，氣體影響下降第70頁,共79頁，2024年2月25日，星期天

(6)安裝氣錨,減少進泵氣量上沖程：氣體有向上分速度，一部分氣體被擋在氣錨外，另一部分氣體剛進氣錨又流向頂部。下沖程：氣錨內(nèi)氣體被分離掉,氣泡直徑越大,效果越好,但不能成段塞。環(huán)空越大越好，液流速度越低越好。長度越長越好。第71頁,共79頁，2024年2月25日，星期天總之(1)一般油井：選長沖程、小泵徑、中沖數(shù)

S

K

s

D

s

(2)稠油井：大泵徑(流動阻力小)，長沖程，小沖數(shù)，充滿系數(shù)大。(3)連噴帶抽井：壓力較高，油氣比低，井以大沖數(shù)誘噴