采油工程一至五章

1、第一章 油井基本流动规律一、概念及定义IPR：油井流入动态是指在一定地层压力下，油井产量与井底流压的关系，简称IPR（Inflow Performance Relationship）。（就单井而言，IPR曲线反映了油层向井的供给能力，即产能）采油指数（Productivity Index，PI）：地面产油量与生产压差之比，是反映油层性质、流体参数、完井条件及泄油面积等与产量之间关系的综合指标。 IPR曲线斜率的负倒数即为采油指数。流动效率（Flowing Efficiency，FE）：油井在同一产量下，理想完善情况的生产压差与实际生产压差之比。 完善井S=0，Ef=1；超完善井S<0，E

2、f>1；不完善井S>0，Ef<1。流态（Flow Regime，Flow Pattern）：油气混合物流动过程中油、气的分布形态。滑脱现象（Slip Phenomenon）：气液混合物上升的垂直或倾斜管流中，由于气液密度差异造成气液速度差异而出现的气体超越液体上升的现象。持液率（Liquid Holdup）：单位管长内液体体积与单位管长容积的比值。真实速度（Actual Velocity）：气、液相在各自所占流通面积上的就地局部速度的平均值，也成平均速度。表观速度（Superficial Velocity）：某相单独充满并流过管子截面的速度。 单相流，表观速度即为真实速度；两

3、相流，表观速度必然小于真实速度。两相混合物密度 两相混合物速度 滑脱速度（Slip Velocity）：气、液真实速度之差。无滑脱持液率 存在滑脱时，HL>L，这表明存在滑脱时的液相实际过流断面AL较无滑脱理想情况的液相过流断面增大了。无滑脱混合物密度 活脱损失：因滑脱而产生的附加压力损失。可用存在滑脱时的混合物密度与不考虑滑脱混合物密度之差表示单位管长的滑脱损失，即水力半径 临界流动（Critical Flow）：流体通过油嘴孔道高速流动时，速度达到压力波在流体介质中的传播速度即声速时的流动状态。二、填空1、垂直管气液两相流流行有泡状流（bubble flow）、段塞流（slug fl

4、ow）、过渡流（transition flow）、环雾流（annular-mist flow）。三、简答1、两相管流流态及特征。泡状流：气体为分散相，液体是连续相；气体主要影响混合物密度，对摩阻的影响不大，而滑脱现象比较严重。段塞流：气体为分散相，液体是连续相；气、液相间的相对运动较泡流小，滑脱也小；破漏活塞式举油，是两相流中举升效率最高的流型。过渡流：液相从连续相过渡到分散相，气相从分散相过渡到连续相。环雾流：液相是分散相，气相是连续相，油气相对速度很小。2、压力梯度方程及思路 压力梯度=位能增量+沿程摩阻+动能增量单相流 水平管 多相流 m、fm、um都是温度T、压力P的函数，不同流态下的

5、变化规律不同，有不同的求解方法。A）压力增量迭代法（1） 以井口或井底为起点(由已知压力的位置定)；（2） 选择一个计算区间长度:H一般取50100m；（3） 估计这一区间的压降值P估计(由经验定)；（4） 计算出区间的平均温度和平均压力Pav,Tav；（5） 确定Pav和Tav下的物性参数m、fm、um、m；（6） 判断流态；（7） 计算dp/dz和P' =H × (dp/dz)；（8） 比较P与P估计,若相差超过允许值,则赋值P估计=P，重复第4步到第8步，直到满足精度；（9） 计算该区间末端点Hi和压力Pi（10） 以该区间末端点Hi、Ti、Pi为起点，重复第2到第10

6、步，计算下一点的Hi、Ti、Pi，直到HnH为止。B）Orkiszewski方法（1）确定定性温度和压力，求出相关物性参数及Wm、qG、A、P等；（2）变量无因次化；（3）判别流型；（4）根据流型求出混合物平均密度m和摩阻压力梯度f；（5）代入公式计算。C）Mukherjee和Brill方法（1）确定定性温度和压力，求出相关物性参数；（2）由M-B持液率公式计算持液率及m、vm、D、vSG、P等；（3）变量无因次化；（4）判别流型；（5）根据流型求出摩阻系数fm；（6）代入公式计算。3、油嘴作用，节流原理，嘴流特征，单相气体和气液混合物嘴流的主要影响因素。油嘴是一些自喷井和气举井在井口安装的节

7、流装置。油嘴作用：（1）改变油气井的工作制度，控制油气井产量；（2）分隔嘴前嘴后流动，保持油气井生产稳定。原理：通过调节油嘴尺寸来控制油井油压和注气压力，限制和稳定油井产量和注气量。嘴流特征：在临界流状态下，油嘴下游压力变化对上游压力没有影响，因此对气体流量也没有影响。临界压力比 为临界流，否则为亚临界流。 气体绝热指数 空气K=1.4，（P2/P1）c=0.528天然气K=1.25，（P2/P1）c=0.555单相气体：临界流的影响因素有上游压力、上游温度、气体种类、油嘴孔眼直径，亚临界流的影响因素还包括下游压力。气液混合物：油压（上游压力）、生产气油比、油嘴孔眼直径。4、多层油藏油井流入动

8、态特征。 随流压的降低，由于贡献产量的小层数增多，产量将大幅度增加，采油指数也随之增大。四、计算定压边界圆形油层中心井产量封闭边界油层中心井产量（拟稳态）非圆行封闭泄流区域 Vogel方程用以预测不同流压下的产量；最好是溶解气驱早期；不适合高粘度原油和严重污染或超完善的井；IPR不涉及流体和油藏参数，使用方便；绘制IPR曲线至少需要一个实测点。Standing修正Vogel方程，0.5<= Ef <=1.5油气两相IPR曲线Pwf>=Pb时，单相流Pwf=Pb时，qb=Jo(Pr-Pb)Pwf<Pb时，两相流 Pwftest>=Pb时Pwftest<Pb时F

9、etkovich经验公式 （0.5<n<1）Pwf=0时，最大产油量 以上两式相除 预测未来油井流入动态1.Fetkovich方法 2.Vogel-Fetkovich组合方法 以上两式相除 若取n=1 代入Vogel方程 第二章 自喷与气举采油一、概念及定义自喷（Natural Flowing）：当油层能量充足时，完全依靠油层本身能量将原油举升到地面的方法称为自喷。这样的生产井叫做自喷井（Natural Flowing Well）。油井生产系统：指从油层到地面油气分离器这一整个水力学系统。节点（Node）：气举采油（Gas Lift）：指人为地从地面将高压气体注入停喷（间喷或自喷能

10、力差）的油井中，以降低举升管中的流压梯度（气液混合物密度），利用气体的能量举升液体的一类人工举升方法。二、填空1、节点可分为普通节点（normal node）、函数节点（function node）、解节点（solution node）。2、气举分为连续气举（continuous gas lift）和间歇气举（intermittent gas lift）。3、气举系统的构成为压缩站（compressor station）、地面配气站（ground distribution station）、单井生产系统（production system of single well）、地面系统（surfac

11、e facilities）。4、气举管柱结构类型有开式（open installation）、半闭式（semiclosed installation）、闭式（closed installation）。5、气举阀按压力控制方式可分为节流阀、气压阀（套压操作阀）、液压阀（油压操作阀）、复合控制阀；按气举阀在井下所起的作用分为卸载阀、工作阀、底阀；按气举阀自身的加载方式分为充气波纹管气举阀、弹簧气举阀；按气举阀安装作业方式分为固定式气举阀、投捞式气举阀。三、简答1、节点系统分析原理，步骤，方法及应用。原理：在某部位设置节点，将油气井系统隔离为相对独立的子系统，以压力和流量的变化关系为主要线索，把由节

12、点隔离的各流动过程的数学模型有序地联系起来，以确定系统的流量。步骤：（1）建立油井模型并设置节点；（2）选择解节点；（3）计算解节点上游的供液特征；（4）计算解节点下游的排液特征；（5）确定生产协调点；（6）进行动态拟合；（7）程序应用。方法及应用：（1）井底为解节点 井底节点将整个油井系统隔离为油层和举升油管+地面管线两部分。节点流入部分即为油层渗流，用流入动态IPR曲线描述。从油层中部位置至地面分离器，其压降为举升油管压降与地面管线压降之和。不相交，不能自喷增加产量P，可得产量q交于一点，自喷产量q用油嘴协调生产交于两点低产量点，不稳定高产量点，协调点 应用： （1）预测未来产量 （2）分

13、析流动效率对系统的影响（2）平均地层压力为解节点节点流入 节点流出 Pr=常数（3）井口为解节点（无油嘴）井口解节点将油井系统隔离成两部分，即从分离器开始至井口部分与油层到井底再经举升油管到井口部分。 油压并不总是随产量的增加而降低，而是在qc时存在峰值。这种现象符合气液两相管流规律。因产量较低时管内流速低，滑脱损失严重；产量较高时，摩阻损失较大。这两种情况均会使油管举升的能量损失增大。而只有在某一产量范围内，滑脱与摩阻都不是很高时，达到较低的管流能量损耗。因此，油压随着产量的增加有高有低。应用：井口解节点可以分析不同直径的油管和地面管线对油井生产动态的影响。（4）井口为解节点（井口安装油嘴）

14、Pr-Pwf生产压差Pwf-Pwh举升压降Pwh用于流过油嘴和地面管线的压力降C点，全井协调点IPR曲线，CPR曲线，油管曲线应用：油嘴直径不同，嘴流曲线不同，得到不同的协调生产点。控制油井产量就是选择合适的油嘴，达到合适的协调点。2、气举管柱类型及特点。开式管柱：无封隔器；容易造成注气量的失控；地面注气压力波动会引起油套环空液面升降，每次关井后,必须重新卸载；适用于连续气举和无法下入封隔器的井半闭式管柱：单封隔器管柱；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，避免注气量失控和每次关井后重新开举；无法防止大量注入气进入油管后对地层的作用。适用于连续气举和间歇气举,是

15、常用的气举装置。闭式管柱：单封隔器及单流阀管柱；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；只适用于间歇气举。3、气举的启动。油井停喷时，油管和环空液面处于同一位置。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，压缩机达到最大压力，称为启动压力Pe（kick-off pressure）。压缩气进入油管后，使油管内原油充气，液面不断上升，直至喷出地面；混气液密度降低，井底压力下降，压缩机压力下降。由于油管内m越来越低，油管鞋压力急剧降低，当Pwf<Pr时，地层开始产油，并使油管内m稍有增加，致

16、使压缩机压力复而上升；最后达到稳定生产时的压缩机的压力称为工作压力Po（operating pressure）。4、气举的卸载。(1)顶阀露出前，所有气举阀全打开，套管环空液面与油管连通。此时，产层没有产生压降。(2)顶阀露出，所有阀仍全打开，注入气通过顶阀卸载。(3)第二级阀露出，所有阀仍全打开，注入气通过顶阀和第二级阀继续卸载。(4)顶阀关闭，其余阀全打开。第三级阀露出前，注入气通过第二级阀进入油管并卸载。(5)第三级阀露出，顶阀仍关闭，第四纪阀打开，注入气通过第二、三级进入油管。(6)顶阀和第二级阀关闭；第三、四级阀仍打开，注入气通过第三级阀进入油管，卸载继续进行。第四纪阀（底阀）仍在液

17、面以下，若在此注气压力和注气量条件下，排液能力已达到装置设计的生产能力，表明卸载成功，底阀不会露出液面。5、气举阀的原理，作用，调试方法。原理：气举阀实际上是一种用于井下的压力调节装置。地面上常用的简单压力调节器的结构如图所示。它通过阀球的开启度来控制注气量的大小，球阀的开启度不仅与上、下游压力有关，而且与加压元件压力有关，这是气举阀和固定节流器的不同之处。当高压气体注入油套环空时，气体从阀孔进入油管，使阀孔上部油管内的混合液密度降低，油套环空中的液体进入油管，其液面也随之降低，当油管内压力（阀孔下游压力）降到某一界限时，阀孔关闭，高压气体推动环空液面下降到第二级阀孔。依此类推，直到油套环空的

18、液面下降到油管管鞋，液体排出井筒，油井正常生产。作用：（1）气体进入举升管柱的通道和开关；（2）降低启动压力，增加气举举升深度，从而增大油井的生产压差；（3）气举阀可灵活地改变注气深度，以适应油井供液能力的变化；（4）间歇气举的工作阀可以防止过高的注气压力影响下一注气周期，气举阀可控制周期注气量；（5）气举阀上的单流阀可以防止产液从举升管倒流。调试方法：（1）充氮气:根据Ptro给封包充气，约大于0.34MPa；（2）恒温处理：15.6°C下保持12hr；（3）检查打开压力：置于试验架，如果打开压力大于Ptro，则从阀气门芯放气，然后再恒温，再测试，直到打开压力与Ptro一样为止。（

19、4）老化处理；（5）再恒温处理和确定打开压力。6、连续气举设计。A）计算法（1）顶阀下入深度根据压缩机最大工作压力Pe确定。注气时液体从井口流出 LI=Pe/Lg-20注气时液体为流出井口 LI=Ls+h-20Pe=（h+h）Lg（2）第二级阀下入深度第二级阀进气时，第一级阀关闭。LII=LI+Z-10PtI+ZLg=PePtI是液面到阀II处时阀I处的油管压力。这时，我们要求阀I关闭， PaII-PtI叫关闭压差。PaII是阀II的环空压力Pe。（3）第i级阀下入深度Li=Li-1+（Pe-Pti-1）/Lg-10B）变地面注气压力方法（1）绘制静液梯度曲线；（2）假设井筒温度分布呈直线并图

20、示；（3）从井口油压起，利用静压力曲线作井口到注气点深度的最小油管压力分布曲线，表示气举情况下气液比最大时的油管压力梯度；（4）若井筒内充满压井液，根据静液梯度Gs由下式计算顶阀位置L1=（Pko-Pwh）/Gs也可以从井口油压处作压井液梯度曲线与注气压力梯度曲线相交，交点A即顶阀位置；若压井液液面低于井口，顶阀应置于静液面处；（5）从顶阀位置点向左作水平线与最小油管压力线相交，交点A对应压力即顶阀的最小油管压力；（6）将地面注气压力降低P1，作一条平行于注气压力梯度曲线的平行线；（7）从顶阀最小油压处开始作压井液梯度曲线与减去P1的注气压力梯度曲线相交，交点对应深度为第二级阀位置；（8）从第

21、二级阀位置向左作水平线与最小油管压力线相交B点，交点压力即为第二级阀的油管压力；（9）将地面注气压力降低P1+P2，作注气压力梯度曲线的平行线；（10）重复第（6）至（8）步骤，用同样的方法确定一下各级阀的位置，一直计算到注气点深度一下位置。C）定地面注气压力方法（1）按适当比例，建立起压力深度、深度流动温度的坐标系。由给定的井口流压和设计产量的计算油管压力线A、环空中注气压力分布线B和井筒内温度线C。（2）确定注气点深度、流动压力、温度和环空注气压力。（3）在井口处，取压力为Pwh+0.2Pso的点与注气点处的油压连成直线，作为阀设计油压线D。由此，确定各级气举阀处的流动油压。（4）确定顶阀

22、位置。从井口压力Pwh开始作一条井内液体的静压力梯度线4，此线交于注气启动压力梯度线（Pko下延线）分，其交点深度即为顶阀深度，由此可确定顶阀的注气压力及井内温度。（5）由上述交点处相左作水平线5，并与设计油压线相交，此交点处的压力即为顶阀的设计油压。从此交点起作一条与井内液体静压力梯度线平行的直线6，并与注气工作压力Pso分布线相交。此交点处的深度、压力和温度即分别为第二级阀的深度、注气压力和井内温度。（6）重复第（5）步，即可取得第三级阀及以下各级阀的深度、注气压力和井内温度。（7）归并与底阀。若注气点以下仍打算布一备用阀，则备用阀的位置应在注气点处的工作阀以下。为了保证有一只阀位于注气点

23、以下，必要时需要将阀的分布进行调整分布归并。归并时应以气举阀的工作特性参数阀距Pv或阀的工作压差P为依据。h=P/Gs7、自喷井协调分析方法，应用，协调点的调节方法。Pr-Pwf生产压差Pwf-Pwh举升压降Pwh用于流过油嘴和地面管线的压力降C点，全井协调点IPR曲线，CPR曲线，油管曲线应用：（1）利用油嘴控制生产油嘴直径不同，咀流曲线不同，得不同的协调生产点。控制油井产量就是选用合适的油嘴，达到合适的协调点。（2）优选油管直径当Pt较低时，大直径油管的产量比小直径的高；当Pt较高时，大直径油管的产量比小直径的低。因此，大直径油管不一定好。高产井用大油管，低产井用小油管。（3）预测地层压力

24、变化对产量的影响当地层压力下降，IPR曲线下移，油管曲线随之下移，使协调点左偏，产量下降。欲保持油井产量，需更换油嘴，使新的协调点的产量与原来相同。若d1不变，则q1q2；若q1不变，则d1d2。（4）预测停喷压力若要求油压>Pt，过Pt作水平线EC与B相交。EC不能与B3相交，表明地层压力下降到A3前,油井已不能正常自喷了。应采取相应措施维持生产。协调点的调节方法：（1）改变地层参数，如注水、压裂、酸化等；（2）改变油管工作参数，如管径；（3）换油嘴，简单易行，故常用。8、简述各种气举采油方式的采油原理。（1）连续气举连续气举是常用的气举采油方式，它是从油套环空（或油管）将高压气连续地

25、注入井内，使油管（或油环空）中的液体充气以降低其密度，从而降低井底流压，排出液体的一种人工举升方式。连续气举适用于油层供液能力较好且能量较充足的油井，连续气举井的采油原理与自喷井相似，其区别是气举井需要人为注入高压气体补充能量；而自喷井则完全依靠油层本身能量。（2）间歇气举间歇气举是向油套环空内周期性地注入高压气体，气体迅速进入油管内形成气塞，将停注期间井中的积液推至地面的非常规气举采油方式。采用间歇气举时，地面一般需要配套使用间歇气举控制器（周期时间控制器）。四、计算启动压力如果压缩机的额定压力小于启动压力Pc<Pe，则气体无法进入油管举出井筒中的液体，气举将无法启动。启动压力的大小与

26、气举方式，油管下入深度L，油管沉没深度h，油、套管直径D、d，油层吸液能力有关。液体未流出井口 Pe=（h+h）Lg液体流出井口 Pe=LLg假设环空液体全部被吸入地层 Pe=hLg所以启动压力范围 hLg <=Pe<= LLg第三章 有杆泵采油一、概念及定义冲程（Stroke）：柱塞上下运动一次称为一个冲程，也称为一个抽汲周期。冲次：每分钟内完成上、下冲程的次数，n。光杆冲程：悬点在上、下死点间的位移S。活塞冲程：活塞在上、下死点间的位移Sp。扭矩因数（Torque Factor）：单位悬点载荷在曲柄轴上产生的扭矩。泵效PE（Pump Efficiency）：抽油井的实际产液量与

27、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。v=Q/Qt气锁（Gas Locking）：在抽汲时由于气体在泵内的膨胀和压缩，泵阀无法打开，始终处于关闭状态，出现油井不出油的现象。动液面（Dynamic Fluid Level）：油井生产稳定时，油套管环行空间的液面。静液面（Static Fluid Level）：关井后环形空间中液面恢复到静止（与地层静压相平衡）时的液面。二、填空1、典型的有杆抽油装置主要由三部分组成，即抽油机（pumping unit）、抽油泵（sucker rod pump）、抽油杆柱（sucker rod string），习惯上称为“三抽”设备。2、抽油机按其基

28、本结构可分为游梁式（俗称磕头机）和无游梁式两大类。根据结构形式不同，游梁式抽油机分为常规性、异相型、前置型、异型。3、抽油机主要有游梁-连杆-曲柄（四连杆）机构、减速机构（减速器）、动力设备（电动机）和辅助装置等四部分组成。4、抽油泵主要由泵筒、柱塞、固定阀、游动阀四部分组成。5、抽油泵按在油管中的固定方式分为管式泵、杆式泵，按泵筒结构分为整筒泵、组合泵。6、抽油机平衡方式分为机械平衡（mechanical balance）和气动平衡（air balance）两大类，机械平衡又分为游梁平衡（beam balance）、曲柄平衡（crank balance）、复合平衡（combined bala

29、nce）。三、简答1、“三抽”设备工作原理。抽油机：电动机（或其他动力机）通过传动皮带将高速旋转运动传递给减速器的输入轴，经减速后由低速旋转的曲柄通过四连杆机构带动游梁作上下往复摆动，游梁前端圆弧状的驴头经悬绳器带动抽油杆住作上下往复直线运动。抽油泵：上冲程抽油杆柱向上拉动柱塞，游动阀因承受油管内液柱压力一开始就关闭；泵内容积增大，压力下降，固定阀打开，原油被吸入泵内；柱塞上行时一段液体将排出井口；所以上冲程是泵内吸入液体，井口排出液体的过程，造成吸液进泵的条件是泵内压力（吸入压力）低于沉没压力。下冲程抽油杆柱向下推动柱塞，固定阀一开始就关闭；泵内压力增高，游动阀被顶开，柱塞下面的液体进入柱塞

30、上面，由于有相当于冲程长度的一段光杆从井外进入油管，井口将排挤出相当于这段光杆体积的液体；所以下冲程是泵向油管内排液的过程，造成泵排出液体的条件是泵内压力高于柱塞以上的液柱压力。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。2、游梁式抽油机类型及特点。常规性：曲柄轴中心基本位于游梁尾轴承的正下方，上下冲程运行时间相等。异相型：曲柄轴中心与游梁尾轴承存在一定的水平距离，曲柄平衡重臂中心线与曲柄中心线存在偏移角；上冲程的曲柄转角明显大于下冲程，降低了上冲程的运行速度、加速度和动载荷，达到减小抽油机载荷、延长抽油杆寿命和节能的目的。前置型：支架位

31、于游梁的一端，驴头和曲柄连杆同位于另一端；上冲程运行时间长于下冲程运行时间，降低了上冲程运行速度、加速度和动载荷；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。3、游梁式抽油机型号表示法。4、抽油机为什么要平衡？平衡的基本原理，平衡方式及适用条件。 （1）如果抽油机没有平衡装置，当电动机带动抽油机运转时，由于上、下冲程中悬点载荷极不均衡，满足上冲程载荷的电机，在下冲程中将做负功，从而造成抽油机在上下冲程中受力极不平衡。其后果是：严重降低电动机的效率和寿命；使抽油机发生激烈振动；会破坏曲柄旋转速度的均匀性，恶化抽油杆和泵的工作条件。因此，抽油机必须采用平衡装置。（2）平衡原则：电动

32、机在上下冲程中做功相等。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。简单的方法是在抽油机游梁后臂上加一重物，在下冲程中让抽油杆自重和电动机一起对重物做功；而在上冲程时，则让重物储存的能量释放出来帮助电动机做功。Aw=Amd+AdAu=Aw+AmuAu、Ad悬点在上、下冲程做的功；Amu、Amd电动机在上、下冲程做的功；Aw重物的能量根据电动机上下冲程做功相等的平衡准则 Amd= Amu Aw=（Au +Ad）/2（3）游梁平衡适用于小型抽油机，曲柄平衡适用于大型抽油机，复合平衡多适用于中型抽油机。5、影响泵效的因素，提高泵效的措施

33、影响因素（1）环境因素：井深及井身结构、供液能力、流体物性（气油比、饱和压力、含水、粘度和流体密度、含砂量、含蜡量、腐蚀性介质等）。（2）机械因素（硬件）：泵（结构、质量、材料、安装、泵隙、抗腐性、耐磨性）、抽油杆（尺寸、强度）等。（3）工作方式（软件）：泵深、抽汲参数（D、S、n）、套压控制等。措施：（1）选择合理的抽汲参数，一般是指冲程S、冲次n及泵径D。（2）合理利用气体能量及减少气体的影响，措施是确定合理的防冲距和沉没度。（3）使用必要的井下器具，如油管锚、气砂锚、砂锚、气锚或井下气液分离器。6、示功图分析静载荷作用下的理论示功图B) 气体和充不满对示功图的影响上冲程时，固定阀打开滞后

34、（B点），加载变缓。下冲程时，游动阀打开滞后（D点），卸载变缓（CD）。泵的余隙越大，进入泵内的气量越多，则DD线越长，示功图的“刀把”越明显。充满系数 =ADAD泵效降低 g=DD/S卸载线较气体影响的卸载线陡而直。因柱塞撞击液面（液击）在抽油泵上会造成很高的冲击应力，使载荷线出现波浪。快速抽汲时往往因液击发生较大的冲击载荷使图形变形得很厉害。（2）泵漏失对示功图的影响 上冲程时，悬点载荷不能及时上升到最大值，使加载缓慢。上冲程后半冲程时，悬点载荷提前卸载，到上死点时悬点又降至C”点。柱塞有效吸入行程 Spef=BC泵效近似为 v=BC/S延缓了卸载过程，同时也使排出（游动）阀不能及时打开。

35、下冲程的后半冲程使排出阀提前关闭（A点），悬点提前加载。柱塞有效排出冲程 Spef=DA泵效近似为 v= DA/S(3)柱塞遇卡上冲程中，悬点载荷先是缓慢增加，将被压缩而弯曲的抽油杆柱拉直，到达卡死点位置后，抽油杆柱受拉而伸长，悬点载荷以较大的比例增加。下冲程中，先是恢复弹性变形，到卡死点后抽油杆柱被压缩而发生弯曲。 所以，在卡死点之前后悬点以不同的比例增载或减载，示功图出现两个斜率段。（4）带喷井的示功图在抽汲过程中，游动阀和固定阀处于同时打开状态，液柱载荷基本上不能作用于悬点。示功图的位置和载荷变化的大小取决于喷势的强弱及抽汲液体的粘度。（5）抽油杆柱脱断抽油杆断脱后的悬点载荷实际上是断脱

36、点以上的抽油杆柱重量。图形的位置取决于断脱点的深浅。脱断位置 fd力比，N/mm（6）其他情况7、提高系统效率的措施（1）节能型技术装备。1）节能型抽油机；2）节能电动机；3）天然气发动机；4）采用扶正器和滚轮接箍；5）玻璃钢抽油杆（空心抽油杆、连续抽油杆）。（2）加强抽油机井的科学管理水平。1）对机杆泵进行优化设计（参数设计）；2）调抽油机平衡；3）适当调节皮带及盘根盒的松紧程度。（3）采用监测控制技术。1）泵空控制技术（启、停）；2）变速控制技术（根据载荷）。8、抽油泵类型特点及适用条件管式泵：结构简单、成本低，在相同直径油管内允许下入的泵径较杆式泵大，因为排量大。但起下泵作业时，需要起下

37、全部油管，且修井作业时间长，费用高。适用于下入深度不大，产量较高的井。杆式泵：与管式泵相比结构复杂，制造成本高，在相同直径油管内允许下入的泵径较管式泵小。但杆式泵是整泵通过油管下井，泵内各精密部件得到良好保护，不易损伤柱塞；起下泵时无需起下油管，检泵方便；可用于深井；形式多样，选择余地大。组合泵：为了便于加工和保证质量，衬套分段加工，然后组装在泵筒内，这类泵称为衬套泵或组合泵。在长途运输和使用中易发生“错缸”，即衬管错位。整筒泵：与组合泵相比，具有泵效高、冲程长、形式多、规格全、重量轻、装卸方便、不会发生“错缸”等优点。9、抽油杆柱与液柱之间摩擦的主要影响因素，稠油井如何减小其摩擦力？（1）主

38、要影响因素是井液粘度和抽油杆本体的运动速度。（2）在抽油井中，为了减小摩擦力，可采取掺稀油或加热以降低井液粘度，加大油管降低井液流速等措施。此外，尽可能减小下冲程时的动载荷，以免下行程载荷过小。故抽油井更宜采用低冲次、长冲程的工作方式。10、抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩如何影响柱塞冲程？在上冲程初期，光杆从下死点A向上移动，由于杆柱伸长和油管柱缩短，柱塞与泵筒之间没有相对位移。此时，游动阀和固定阀均处于关闭状态，抽油泵不出油。只有当光杆从位置A上移到位置B之后，即光杆上行距离超过这段无效行程之后，随光杆上行，柱塞才相对于泵筒向上移动，让出泵筒空间。当泵内压力低于泵口沉没压力时，固定阀被顶开，这时

39、才开始吸液进泵。同理，在下冲程初期，光杆从上死点C向下移动，由于杆柱缩短和油管伸长，柱塞与泵筒之间没有相对位移。此时，游动阀和固定阀均处于关闭状态。只有当光杆从位置C下移到位置D后，即光杆下行距离超过之后，随光杆继续下行，柱塞才相对于泵筒向下移动，挤压泵内液体，泵压增高到大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开，这时泵内液体才被排到柱塞上面。11、抽油杆柱的自重伸长会影响柱塞冲程吗？为什么？会。在抽油杆上、下运动时，其自身的惯性力会周期性的变化，结果是在上冲程的前半冲程和下冲程的后半冲程杆柱伸长量增加，而在上冲程的后半冲程和下冲程的前半冲程杆柱伸长量减少。四、计算泵的理论排量（pump displ

40、acement）假设活塞冲程等于光杆冲程，活塞让出的体积完全被原油充满，抽油系统无损失。Qtm3/d；Ap柱塞截面积，m2；D泵径，m；S光杆冲程，m；n冲次，min-1悬点运动简谐运动：B点运动与D点圆周运动的投影C点的运动相同 曲柄滑块机构运动：0<r/l<1/4,令=r/l在=0°和=180°（上、下死点）处悬点的加速度最大 悬点静载荷抽油杆柱在空气中的重力 Ar抽油杆截面积；r=7.85t/m3；g=9.81m/s2；Lp抽油杆柱长度（即泵深）抽油杆柱在井液中的重力 柱塞环形面积上的液柱重力 整个柱塞面积上的液柱重力 WL=LgLpAp多级组合杆柱 上冲

41、程悬点静载荷 Wj1=Wr+WL下冲程悬点静载荷 Wj2=Wr静载荷作用下的柱塞冲程柱塞冲程 Sp=S-冲程损失 E=2.06×108kPa；At油管金属截面积，m2；Et=1/（EAt），kN-1；Er=1/（EAr）,kN-1组合杆柱 悬点动载荷最大载荷发生在上冲程 Wmax=静载荷+惯性载荷+振动载荷+摩擦载荷最小载荷发生在下冲程 Wmin=静载荷+惯性载荷-振动载荷-摩擦载荷B) 简化公式 取r/l=1/4B)API方法Wmax=Wr+(F1/SKr)SKrWmin=Wr-(F2/SKr)SKrSKr=S/(ErLp)F0/SKr=r/S=WLErLp/SN/N0=n/(74

42、520/Lp)扭矩分析悬点平均载荷和它在曲柄轴上造成平均扭矩所做功相等扭矩因数 曲柄轴扭矩曲线利用悬点载荷数据（实测或预测示功图），按此式M（）=TF（）W（）逐点计算，可得到扭矩曲线Mw。净扭矩：悬点载荷扭矩与平衡扭矩之差 M=Mw-Mc最大扭矩预测（经验公式） Mmax=300S+0.236S（Wmax-Wmin）Mmax=1800S+0.202S（Wmax-Wmin）平衡度 >=0.7认为基本达到平衡平衡调整方法：游梁平衡，调整平衡重；复合平衡和曲柄平衡，优先改变平衡半径。R>0时，平衡块向外移；R<0时，平衡块向里移。Wcb曲柄平衡块重电动机功率 zc传动效率等值扭矩

43、Me：用一个固定扭矩代替变化的实际扭矩，使其电动机的发热条件相同，则此固定扭矩称为实际变化扭矩的等值扭矩。 MekMmax 取k=0.6泵效分析v=sL/BLBL=Bo（1-fw）+Bwfws柱塞冲程系数；泵的充满系数；L漏失系数；BL液体的体积系数由于惯性力作用产生柱塞冲程增量 考虑静载荷和杆柱惯性力柱塞冲程 Sp=S+i-柱塞冲程系数 API方法 Kt=EAt/LpF0=WLSKr=S/(ErLp)N0=74520/Lp 单级杆柱Fc=1 N0=FcN0充满系数 =VL/VpVL上冲程吸入泵内的液体体积Vp上冲程活塞所让出的体积 Vg泵内气体体积VL泵内液体体积Vs 下死点泵内剩余体积泵内

44、油气比 R= Vg / VL泵余隙比 K= Vs / Vp气锁=0减小K和R值是减小气体影响，提高充满系数的两个重要途径。减小K，减小防冲距，增大柱塞冲程。降低R，增加沉没深度以提高泵的沉没压力，使用气锚使气体在泵外分离。泵内条件下（P<Pb）的气液比 Rp生产气油比，Rs溶解气油比忽略泵的余隙 =BL/BL+(1-fw)(Rp-Rs)Bg抽油系统设计下泵深度 Ps沉没压力，Ps >0.5MPa以上,稠油则更高些沉没压力 忽略余隙和泵吸入压降，则Zg和BL1Tsc、Psc标准状态，20，101.325kPaA)折算应力强度条件应力幅 a=（max-min）/2折算应力 B)API最

45、大许用应力强度条件（修正Goodman法）许用应力 Sall=（b/4+0.5625min）SF b抽油杆柱抗张强度，SF使用系数应力范围比 =（max-min）/（Sall -min） 要求小于1环空液面探测生产压差 H=Hs-Hf QL=K（Hs-Hf）=K(Lf-Ls)Hs、Ls静液面的高度、深度Hf、Lf动液面的高度、深度折算液面 Pc测液面时的套管压力采液指数 （使用折算液面）单声道回声仪 L、Ly液面深度、音标深度 S、Sy液面波长度、音标波长度 A为井口反射波记录点，B为音标反射波记录点，C为液面反射波记录点双声道回声仪：A笔为液面反射曲线，B笔为油管接箍的反射线系统效率分析抽油

46、系统效率（total efficiency of the pumping system）：系统有效功率P有与系统输入功率P入的比值。井下效率井：指抽油系统的有效功率（水功率）P有与光杆功率P光的比值。地面效率地：即为抽油机效率，是指光杆效率P光与抽油机出入功率P入的比值。K-有效载荷系统系数，1、2、3电动机、皮带及减速器、四连杆机构的效率有效功率（effective power）：指在一定扬程下，以一定排量将井下液体举升到地面所需的功率，也称水功率（hydraulic power）。 Lf动液面深度，Pt、Pc油压、套压电动机输入功率：拖动抽油机所用电动机的实际输入功率。光杆功率（polis

47、hed rod power）：抽油机传递给光杆的功率。包括光杆提升液体和克服井下各种阻力所消耗的功率。 A示功图面积，mm2；sd示功图减程比，m/mm；fd示功图力比，N/mm第四章 无杆泵采油一、概念及定义泵的特性曲线（Pump Performance Curve）：指泵的排量、压头、功率、效率和转速之间的关系曲线。二、填空1、无杆泵类型有潜油电泵（ESP，electric submersible pump）、螺杆泵（PCP，progressing cavity pump）、水力活塞泵（HP，hydraulic pump）、水利射流泵（JP，jet pump）。2、螺杆泵采油系统按驱动方式

48、可分为地面驱动和井下驱动两大类，地面驱动按不同驱动形式又可分为皮带传动和直接传动两种形式，井下驱动也可分为电驱动和液压驱动两种形式。3、潜油螺杆泵类型有单螺杆、双螺杆、三螺杆。三、简答1、ESP系统结构、工作原理。系统结构：（1）井下机组部分：电机、保护器、气液分离器、多级离心泵；（2）电力传输部分：潜油电缆；（3）地面控制部分：接线盒、控制屏和变压器；（4）附属部件：单流阀、泄油阀、扶正器、井下压力测量仪表和变速驱动装置。工作原理：地面电源通过变压器、控制屏和电缆将电能输送给井下电动机，带动多级离心泵叶轮旋转，将电能转换为机械能，把井液举升到地面。2、PCP系统结构，工作原理系统结构：（1）

49、地面驱动螺杆泵主要由电控箱、驱动系统、联接器、抽油杆及井下抽油装置，辅助器具组成。（2）井下驱动系统主要由四极潜油电机、电机保护器、行星齿轮减速器、减速器保护器、吸入口、螺杆泵组成。工作原理：当螺杆在衬套内偏心旋转时，形成一系列密封腔，流体就是通过这些密封腔从泵吸入口到排出口的。当泵吸入端第一个密封腔的容积增大时，压力下降，流体进入这个腔室，随着螺杆转动，这个腔室开始封闭，并向排出口移动，流体通过密封腔压力不断上升。3、HP工作原理高压动力液经动力液管柱注入井中，驱动水力活塞泵上的液马达，使动力液高压势能变为往复运动的机械能。液马达驱动泵，泵将机械能转变为液体的静压，使产出流体采到地面。4、J

50、P工作原理 射流泵通过喷嘴将动力液高压势能转变为高速动能。在喉管内，高速动力液与低速产液混合，进行动量交换。通过扩散管将动能转变为静压，将混合物采到地面。四、计算ESP特性：在给定转速（60Hz，3500r/min），在相对密度为1、粘度为1mPa·s的清水测试条件下测取，也称为泵的标准特性曲线。额定工作点：效率最高点软启动：启动泵时缓慢增加排量仿射定律：转速、相对密度，粘度对泵特性的影响选泵设计 应满足：（1）必需使泵在最高效率点附近工作，至少不应超出最佳排量范围；（2）泵的额定排量必须和井的产能协调，额定压头必须等于井的总动压头；（3）电动机功率必须满足泵举升流体所需的功率。（1

51、）确定泵吸入口压力假设不同的泵吸入压力Pi，计算相应的进泵含气率fg地层原油饱和压力下的溶解气油比 Rsb=0.02124g（Pb×101.76875/o-0.001638T）1.205 PbMPa，T由校正得到原油溶解气油比Rs泵口条件下的天然气体积系数 Bg=3.447×10-4Z（T+273）/P原油体积系数 进泵含气率 Rgo进泵气油比得到不同泵吸入口压力Pi与含气率fg的表，如图如果潜油电泵机组使用旋转式分离器，应取进泵含气率0.25，从上表得出对应的泵吸入口压力。（2）计算油层中部流压忽略气体影响，按单相流计算L=fww+（1-fw）oPwf=P+（H中-Lp）

52、L/100（3）根据油井产能确定其产液量（油、气、水三相IPR）（4）多级离心泵的选择根据垂直管单相液流方法计算泵排出口压力（从井口计算）油井总动压头 H=100（Pd-Ps）/L由泵的标准特性曲线，选择排量接近最高效率点的最高泵效的泵，读出单级泵的压头、功率和效率。泵级数 由分离器的分离效率，选择分离器。（5）电动机的选择电动机功率 HpkW，qL井液流量，m3/s选择电动机。选择保护器：保护器应根据电机和泵的规格、电机功率和井温进行选择。（6）选择电缆：压降损失应小于21V/304.8mU=21/304.8×L（7）选择变压器变压器容量 BYQkVA，U、I电动机的额定电压、电流

53、（8）选择附属部件，如根据电动机的额定电压、电流选择控制柜。第五章 注水一、概念及定义水质（Water Quality）：是水和其杂质共同表现的综合性特性，它又是描述水体质量的指标。水质指标（Water Quality Specifications）设计必须根据油层配伍性要求，从注入水油层防堵、注水系统防腐和防垢的机理出发，根据大量的模拟试验评价结果，提出配伍性注水水质方案。油田注入系统是油田注水地面系统和井筒流动系统的总称。吸水指数（Injectivity Index）：表示注水井在单位井底压差下的日注水量，表征油层吸水能力的大小。视吸水指数（Apparent Warer Injectivity Index） 相对吸水量（Relative Water absorbing rate）：表示在同一注水压力下，某一层吸水量占全井吸水量的份额。分层注水指示曲线：注水层段注入压力与注水量的关系曲线。嘴损曲线：配水嘴尺寸、配水量和通过配水嘴的节流损失三者之间的定量关系。二、填空1、油田注水系统可分为油田供水系统、油田注水地面系统、井筒流动系统、油藏流动系统。2、注入系统由注水站（waterflood station