第三章 采油工程基础知识

1、第三章 采油工程基础知识 引引 言言 油层 采油工程部分 水井油井 油藏 工程 部分 人工补 充能量 人工举 升采油 液气 集输油气 脱水处理 污水 原油 回注或排放液 气（天然气） 第一节 油水井结构 一、生产井井身结构 井身结构 是指完钻井身和相应井段的钻头直径、 下入的套管层数、直径和深度、各层套管外的水泥 返高和人工井底等。 套补距：钻 井时的方补 心与套管头 的距离，单 位为米(m)。 套管深度： 下入油层套 管的深度， 单位为米 （m）。 套管直径：下 入油层套管的 公称直径，单 位为毫米 （mm）。 人工井底深 度：完井时 套管内最下 部水泥顶界 面至方补心 的距离，单 位为米(

2、m)。 射开油层顶 部深度：射 开井段最上 部至方补心 的距离，单 位为米(m)。 射开油层底 部深度：射 开井段最下 部至方补心 的距离，单 位为米(m)。 二、注水井结构及生产原理 （一）注水井结构 注水井结构 是指在完钻井基 础上，在井筒套管内下 入油管、配水管柱，再 配以井口装置。 注水井管柱示意图 空心配水器 m y341封隔器 m 空心配水器 m m 底筛堵 人工井底 注入层 注入层 停注层 y341封隔器 m 35mm 10mm （1）套管规范：下入的套管直径与壁厚，如141mm7.72mm。 （2）油管规范及下入深度：下入油管的直径与壁厚 （62mm5.5mm）及下入油管的底部

3、到方补心的距离（米） 。 （3）注水管柱深度及级数：即下入管柱有几级几段封隔器。 （4）油层中部深度：主力油层深度至方补心的距离（米）。 （5）井口装置：所采用的采油树型号。 （二）注水井生产原理 p井口h井深r注入水p损失p油层 注水能量传递过程： 三、采油井结构及生产原理 （一）自喷井结构及生产原理 自喷井结构 是指在完钻井基 础上，在井筒套管内下 入油管及喇叭口，再配 以井口装置。 井口装置 油层 油管 套管 喇叭口 喷出液量 （一）自喷井结构及生产原理 自喷井生产原理 油层流体从油层 流到井底，依靠自身的 能量由喇叭口进入油管， 到达井口，通过油嘴喷 出。 能量传递过程： p井底流压h

4、井深r混合液 p损失+p井口油压 三、采油井结构及生产原理 （二）抽油机井结构及 生产原理 抽油机井结构 包括井口装置、地面 抽油机设备、井下抽油 泵设备、抽油杆、油管、 套管等组成。 生产原理： 地面抽油机的机械能通过抽油杆带动井下 抽油泵往复抽吸井筒内的液体降低井底压力，从 而使油层内的液体不断的流入井底，泵抽出的液 体由井口装置不断的抽出。 （二）抽油机井结构及生产原理 （1）抽油泵规格：泵径，mm。 （2）抽油泵深度：泵筒下入深度，m。 （3）吸入口深度：泵进液孔深度，m。 （4）抽油杆深度及规范：活塞深度及抽油杆的直径。 （5）油管规格：下入油管的直径。 （6）套管规格及深度：下入套

5、管直径及深度。 （7）采油树型号：井口实际安装的。 （8）抽油机型号：即井口实际安装的抽油机型号。 三、采油井结构及 生产原理 （三）电动潜油泵井结构 及生产原理 电潜泵井结构 是指在完钻井基 础上，在井筒套管内下 入油管及电潜泵装置， 再配以井口装置及地面 电能输入设备。 变压器 控制屏 接线盒 潜油电机 电机保护器 电缆 多级离心泵 油气分离器 单流阀 泄油阀 井口 生产原理： 地面电能通过电缆传递给井下潜油电机， 潜油电机再把电能转换为机械能带动多级离心泵， 把井内液体加压通过油管经采油树举升到地面； 在多级离心泵不断抽汲过程中，井底流压降低， 从而使油层流体不断流入井底。 （三）电动潜

6、油泵井结构及生产原理 （1）多级离心泵排量：离心泵的最大排量，m3/d。 （2）潜油电机功率：潜油电机额定功率，kw。 （3）下泵深度：离心泵下入深度，m。 （4）吸入口深度：油气分离器进液口深度，m。 （5）油管规格：下入油管的公称直径及壁厚，mmmm。 （6）套管规格：下入套管公称直径及壁厚，mmmm 。 （7）井下电缆：随电机下入并附在油管外壁的电缆。 （8）采油树型号：井口采油控制装置。 第二节 井口设备及维护保养 一、采油树的结构 总闸门：装在油管头的上面，是 控制油、气流入采油树的主要通 道。 生产闸门：安装在油管四通 或三通的侧面，控制油、气 流向出油管线。 测试闸门：装在采油树

7、的最上 端，在进行清蜡或测试时，将 其打开，清蜡和测试完毕后， 再将它关闭。 一、采油树的结构 油嘴：安装在采油树一侧的油嘴套内，在生产过 程中，直接控制油层的合理的生产压差，调节油 井产量。 取样闸门：安装在油嘴后面的出油管线上，用来 取样或检查、更换油嘴时放空的。 回压闸门：在检查、更换油嘴、维修生产闸门及 井下作业时，防止集油管线的流体倒流。 一、采油树的结构 套管四通：是油管套管汇集分流的主要部件， 通过它密封油套环空，油套分流。下部连接 套管短接。 油管四通：用以连接测试闸门与总闸门及左 右生产闸门，它是油井出油，水井测试等必 经通道。 二、采油树的作用 悬挂油管、承托井内全部油管的

8、 重量；密封油、套管之间的环形空间； 控制和调节油井的生产；录取油、套 压力资料，测试，清蜡等日常管理； 保证各项作业的顺利进行。 三、采油树的维护保养 保持设备清洁无渗漏、无油污、 无锈 、无松动、无缺件、各部件开关 灵活好用。 第三节 抽油机设备与保养 一、抽油机的组成 主机： 底座 减速箱 曲柄 平衡快 连杆 横梁 支架 游梁 驴头 悬绳器刹车装置 各种连接轴承 辅机： 电动机 电路控制系统 结构特点： 曲柄连杆机构和驴头分 别位于支架的前后两边，曲 柄轴中心基本上位于游梁尾 轴承的正下方。 新系列游梁式抽油机代号 cyj 3 1.2 7 （h） f 减速箱结构型式代号（h点啮合双圆 弧

9、齿轮传动；渐开线齿轮传动省略） 减速箱曲柄轴最大允许扭矩，knm 光杆最大冲程，m 悬点最大载荷，10kn 游梁式抽油机系统代号 平衡方式 f复合平衡 b曲柄平衡 y游梁平衡 q气动平衡 平衡方式 二、游梁式抽油机主要部件的作用 1、底座：担负着抽油机的全部重量，通过螺栓，下 部与水泥混凝土基础连接成一体，上部与支架、减 速器连接成一体。 2、电机座：承载电机的重量，通过螺丝与抽油 机底座连接。上面有井字钢，目的是为了调整电 机的前、后、左、右位置，保证电机轮与减速器 轮的“四点一线”。 3、电机：电机是抽油机动力的来源，一般采用 感应式三相交流电动机。 4、刹车装置： 有内胀式和外抱式两种，

10、是靠刹车片和车 轮毂接触时发生摩擦而起到制动作用。 外抱式刹车装置内胀式刹车装置 5、减速箱： 作用是将电动机的高速转动，通过三轴 二级减速转变成曲柄轴的低速转动，同时支 撑平衡块。 6、大皮带轮： 作用电动机通过皮带将旋转的动力传给 大皮带轮，再由大皮带轮带动输入轴，是减 速器作功的桥梁。 7、曲柄： 装在减速器的输出轴上，在曲柄上开有调节 冲程用的冲程孔。两侧外缘有牙槽并有刻度标记。 侧面开有凹槽是装配配重块所用，尾部有一吊孔。 曲柄头部开有与减速器输出轴直径相匹配的孔， 并开有键槽，与输出轴连接。 8、平衡块 通过螺丝固定在曲柄上，当驴头下行时储存 能量，上行时释放能量，帮助电机作功。

11、通过平衡块在曲柄上前后的调整，可达到 抽油机前后的平衡。 9、连杆 是曲柄与尾梁之间的连接杆件，上部与尾梁 连接，下部与曲柄连接。 10、游梁 装在支架轴承（中轴承）上，可绕支架轴承 上下摆动传递动力，尾端与尾梁连接，前部焊有 驴头座，承担驴头重量，游梁可前后左右移动调 节，以便使驴头始终对准井口中心。 11、驴头： 作用将游梁前端 的往复圆弧运动变 为抽油杆柱的垂直 直线往复运动，同 时可保证抽油时光 杆始终对准井口中 心，承担井下各种 载荷的作用。 12、悬绳器： 是连接光杆和驴头的柔性连接件，可供动 力仪测示功图用。 13、曲柄销： 将曲柄和连杆连接在一起，它在冲程孔的 位置决定了抽油机

12、产出的大小，因此可通过 调整他的位置来调整抽汲参数。 抽油机是24h连续运转的采油机械设备。抽油机 在工作中除承受液拄和抽油杆柱的静载荷外，还承 受着 惯性、摩擦和振动等一系列交变载荷，容易造 成机件磨损，连接零件松动等现象，长期野外工作 也容易造成润滑油料的损耗或变质。 要保证抽油机能够长期正常工作，延长使用寿 命，就需要定期进行维护保养，维护保养工作可以 概括为十个字：“紧固、润滑、调整、清洗、防紧固、润滑、调整、清洗、防 腐腐”。 第三节 抽油机设备与保养 三、抽油机保养 紧固紧固是指紧固各部件间的连接螺栓。 润滑润滑各轴承处加注黄油，检查减速箱机油是否足够。 调整调整检查刹车片磨损情况

13、，并调整张合度。 调整皮带松紧度。 检查减速箱齿轮有无损坏、破裂等伤痕。 对电器设备应检查接地、绝缘、触点接触情况等。 清洗清洗清洗呼吸阀、刹车片。 防腐防腐对脱漆、生锈部位进行除锈、刷漆或涂油。 （一）例行保养 例行保养是由采油工每班或每日进行的检查保养，其 保养内容如下： 1、检查各部位紧固螺栓，用手锤击打一下主要部位 的螺栓，应无松动、滑扣现象。 2、检查减速箱、中轴、尾轴、曲柄销应无异常声响， 不缺油、不漏油。 3、保持抽油机清洁、无油污。 （二）一级保养 当抽油机运行一个月（800h）时，由大班工人在小队 维修班的协助下进行一级保养，其保养内容如下： 1、进行例行保养的全部内容。 2

14、、打开减速箱上部视孔，检查齿轮啮合情况，并检 查齿轮磨损和损坏情况，分析磨损和损坏原因。检查清 洗呼吸阀应卸开清洗。 3、检查减速箱油面并加（补）足机油到规定位置： 上液面不高于2/3位置，下液面不低于1/3位置，即齿轮 齿刚浸没为宜。检查减速箱是否有渗漏，判断渗漏的原 因，并维修和控制。 4、各轴承处加注润滑油。要加足、加满，如果油脂 变质应全部更换。 5、检查抽油机的平衡情况。 6、检查抽油机的紧固情况。对各部位的紧固螺栓应 逐一检查紧固，关键部位如曲柄销、中央轴承座、尾轴、 底座紧固螺栓及减速箱紧固螺栓，必须紧固并画好安全 检查线。 7、检查三角皮带，应无损伤。电动机轮与减速箱轮 端面应

15、在一条直线上，各皮带的松紧应一致。 8、检查刹车片的磨损情况，检查刹车形成与刹车间 隙，检查刹车可靠性。如果磨损严重，断裂等，应更换 刹车片，并调节刹车的松紧度。刹车销锁死牙块应卡在 刹车槽的1/32/3之间。 9、检查驴头中心与井口中心对中情况。如不对中应 进行调整。 10、检查毛辫子，有起刺、断股现象应更换；检查悬 绳器，上下夹板应完好，绳辫子的断股在同部位断三丝 的钢绳就需要更换，钢绳粗细不均匀应更换，钢绳生锈 应加油润滑和外部抹黄油润滑。 11、检查电动机运行声音及温升，检查电动机轴承、 风扇，检查配电箱线路、启动器、过电流保护装置及仪 表，检查接地装置及电缆等。 第四节 计量间及其辅

16、助设备 一、分离器的种类 按外形可分为：立式、卧式、球形。 按用途可分为：生产分离器、计量分离器、 三相分离器。 按压力大小可分为：真空分离器、低压分离器、 中压分离器、高压分离器。 按内部结构分为：伞状和箱伞状 分分 离离 器器 的的 分分 离离 原原 理理 碰撞分离碰撞分离 离心分离离心分离 重力沉降重力沉降 依靠油气混合物作回转运动依靠油气混合物作回转运动 时产生的离心力使油气分离。主时产生的离心力使油气分离。主 要用来分离大量液体和大直径的要用来分离大量液体和大直径的 液滴，适应于初分离段。液滴，适应于初分离段。 主要靠气液相对密度不同实主要靠气液相对密度不同实 现气液分离，它只能除去

17、现气液分离，它只能除去100um 以上的液滴。以上的液滴。 气体遇到障碍撞击、改变流气体遇到障碍撞击、改变流 向和流速，使气体中的液滴与障向和流速，使气体中的液滴与障 碍面内的液膜凝聚，小油滴聚结碍面内的液膜凝聚，小油滴聚结 成大油滴，靠重力沉降下来。成大油滴，靠重力沉降下来。 二、油气分离器的基本原理 三、立式分离器的工作原理 当油气混合物沿着切线方向进入分当油气混合物沿着切线方向进入分 离器后，立即沿着分离器壁旋转散开，离器后，立即沿着分离器壁旋转散开， 油的相对密度大，被甩到分离器壁上而油的相对密度大，被甩到分离器壁上而 下滑，气的相对密度小则集中上升，部下滑，气的相对密度小则集中上升，

18、部 分小液滴落在挡油帽上散开，油、气进分小液滴落在挡油帽上散开，油、气进 一步分离，油沿挡油帽下滑，气上升。一步分离，油沿挡油帽下滑，气上升。 上升的气体经下层分离伞收集集中，从上升的气体经下层分离伞收集集中，从 顶部开口处上升进入上层分离伞，沿上顶部开口处上升进入上层分离伞，沿上 层分离伞面上升，这样一收一扩并几次层分离伞面上升，这样一收一扩并几次 改变流动方向，尤其在通过伞斜面过程改变流动方向，尤其在通过伞斜面过程 中，使初分离出来的气体中携带的小油中，使初分离出来的气体中携带的小油 滴吸附在分离伞的斜面上，聚集成较大滴吸附在分离伞的斜面上，聚集成较大 的油滴而下滑落入分离器的下部，然后的

19、油滴而下滑落入分离器的下部，然后 经油出口排出分离器。而经两次分离脱经油出口排出分离器。而经两次分离脱 出的比较纯净的天然气则从分离器顶部出的比较纯净的天然气则从分离器顶部 的气排出口排出。的气排出口排出。 四、安全阀 工作原理： 分离器内压力较低时，压缩 的弹簧具有弹性能量使阀关闭。 当分离器中气体作用在阀芯上的 压力大于弹簧对阀芯的压力时， 安全阀被顶开，气体冲出，安全 阀发出叫声，分离器内压力降低， 达到安全工作压力，防止由于分 离器憋压超过安全压力而损坏。 五、阀组 集油流程： 单井来油气集油汇管外输至中转站 单井油气计量流程： 单井来油气计量汇管计量分离器 油水混合物量油外输 天然气

20、 测气外输 掺水流程： 中转站来掺水掺水汇管井口（进出油管） 热洗流程： 中转站来热洗水热洗汇管井口 第四章 油水井站管理 第一节 油水井开关 一、油水井开关的概念 地质（资料）关井：油井连续24h无产量，不 管井是否处在采油状态；注水井连续24h不吸水均称 为关井，与流程无关。 生产关井：油井生产闸门或总闸门关死；注水 井井口闸门或配水间注水阀门关死称为关井。井间 生产流程不通。 暂闭井：关井时间超过48h。 计划关井：在开发中把油井因高含水等原因指 令性的关井。 二、抽油机井的生产流程 生产总阀 生产阀 回压阀 套管热洗阀 套管测试阀 油压阀 封井器 直通阀 掺水阀 井下管柱 生产管 掺水

21、管 1、正常生产流程： 正常生产时井口关闭的闸阀有：套管热洗阀、 直通阀。半开的阀有：套管测试阀、油压阀。全开 的阀有：生产总阀、生产阀、回压阀。控制的阀： 掺水阀。 2、双管生产流程： 如果抽油机井产能较高，不需要掺水伴热，就可 改为双管生产流程，在正常生产流程状态下打开直通 阀（注意：在计量间及时打开双管生产回油阀，同时 关闭掺水总阀），关闭掺水阀就可出油生产。 3、热洗流程： 在正常生产流程状态下，先打开直通阀（目的 是使地面双管畅通），再关闭掺水阀，打开套管热 洗阀，关直通阀。 4、压井流程： 压井目的：一是井口某部件需要卸压并防止井 喷而进行的洗井，二是因井下泵、管、杆灯有问题 需要

22、检泵等作业时进行洗井，最终达到增加井液密 度和冲洗干净井下泵、管、杆等。压井流程与热洗 流程完全一样，区别只是对洗井时的压力、温度、 排量要求不一样。 5、憋压流程： 通过抽憋和停憋两种情况来分析和判断抽油泵 的工作状况，油管漏等。 抽憋：抽油井运行中关闭回压闸门和连通闸门 ， 然后在井口观察油管压力变化情况（最高憋到 2.5mpa），从压力上升情况可以分析判断井下故 障。 停憋：当抽憋压力达到2.5mpa时停抽，再憋10 15min，观察压力的下降情况，若压力不变或略 有下降，说明没有漏失；若压力下降快，说明漏失 越严重。 5、憋压流程： 在正常生产流程状态下，关生产阀或回压阀和 掺水阀，待

23、压力上升到一定值时，停止抽油机，观 察压力变化。 6、关井： 短期关井：指临时处理井口或流程中的其他问 题关井，需关生产阀或回压阀。 长期关井：指根据油田开发或生产管理需要有 计划地关井，关闭生产阀即可。 共同点：关闭阀门前都必须先停机。 不同点：短期关井不需要扫线，长期关井必 须扫线。 三、电动潜油泵井的生产流程 生产 总阀 1、正常生产流程： 正常生产时井口关闭的闸阀有：套管热洗阀、 直通阀、测试阀。半开的阀有：套管测试阀、油压 阀。全开的阀有：生产总阀、生产阀、回压阀、双 管出油阀。 2、掺水伴热流程： 在正常生产流程状态下打开计量间掺水阀同时关闭 计量间双管出油阀。根据生产实际情况用双

24、管出油阀 调节掺水量。 3、压井（洗井）流程： 压井目的：一是防止井喷，二是冲洗井下机组， 便于检泵作业。 洗井流程：在正常生产流程状态下，打开套管 热洗阀，关闭双管出油阀。 4、套管放气流程： 在正常生产流程状态中用套管定压放气阀直接 把套管气放至生产管中。 5、憋压流程： 在正常生产流程状态下，关生产阀，待压力上 升到一定值时迅速打开生产阀（最大位置），恢复 正常生产。 四、注水井的生产流程 1、正常注水流程： 正常注水流程井口关闭的闸阀有：油套连通阀、 油管放空阀、测试阀。半开的阀有：套压阀。全开 的阀有：注水上流阀、来水阀、注水总阀；控制的 阀：注水下流阀。 2、洗井流程： 洗井流程：

25、在正常注水流程状态下，关来水阀， 开油管放空阀，再开油套连通阀。 3、吐水流程： 吐水流程：在正常注水流程状态下，关来水阀， 开油管放空阀。 4、关井（降压）流程： 关井（降压）流程：关来水阀或注水下流阀。 第二节 油水井资料录取及整理分析 一、油水井资料全准的内容、标准 （一）抽油机井资料九全九准 （1）油压、套压全准： 正常情况下油压、套压按规定天数录取。特殊情况加密录取。以每月 不少于规定次数的具有代表性的压力资料为全。录取压力所用仪表量程必 须再量程的1/32/3范围之内，且以每月校对一次合格的压力表为准。 （2）电流全准： 每天测一次上下冲程电流，正常生产井每月有25d以上资料为全，

26、达 到测量仪表规范为准。 （3）产量全准： （玻璃管量油）按规定每n天量油一次，每月量油不少于规定次数， 正常每两次之间间隔不少于n天为全，每次量油按产量多少量m遍，且取 平均值为准，若措施井开井后应加密量油 。 （4）气油比全准： 正常生产井每月必须测气两次并且与量油同步，两次测气间隔不少于 10d，使用双波纹管压差计每10s记录一次压差数，共取10个数值，求平均 数并于当日产量计算出气油比为全，双波纹管压差计必须是校验合格的为 准。 （5）原油含水全准： 见水井每n天取样一次，且至少有两次与量油同步进行，化验含水分析 为全。含水不小于40的前后两次波动不超过5，含水小于40%的前 后两次波动不超过10为准 。 （6）示功图全准： 示功图每月测试两次，其中有一次必须与动液面同时测试为全