机械采油及压裂管柱优化技术

1、有杆抽油系统优化设计及故障诊断有杆抽油系统优化设计及故障诊断21 低渗透油藏机采方式综合分析低渗透油藏机采方式综合分析 3气驱射流泵解堵增产采油技术气驱射流泵解堵增产采油技术4 螺杆泵采油工艺技术螺杆泵采油工艺技术5 压裂管柱优化设计压裂管柱优化设计6 压裂排液测试多联作工艺技术压裂排液测试多联作工艺技术7 水平井压裂管柱下入能力分析水平井压裂管柱下入能力分析目 录一、低渗透油藏机采方式综合分析 机械采油方式的合理选择对充分发挥油井产能、提高采收率和降低生产成本起着十分重要的作用，各种机械采油方法用于不同的油井，有着不同的经济效果。 本软件系统可根据各区块特点、产能等情况，应用系统工程原理和先

2、进的神经网络评判方法，通过对不同机械采油方式技术适应性和经济评价及优化，可优选出不同开采阶段的机械采油方式及确定不同机械采油方式的转换时机。其主要包括：有杆泵、螺杆泵、电潜泵、气举等几种举升方式的技术经济评价和优选。一、低渗透油藏机采方式综合分析 项目条件有杆泵螺杆泵气举排量正常工作范围110016200303180最大排量3002507950（环空12720）泵深正常工作范围300015003000最大泵深442017003650井下特征小井眼多层完井易于多层，小井眼宜小眼井，不适多层宜小眼井和多层斜井及弯曲井小斜度可用，弯曲受限小斜度可用装置简单，最适宜地面环境市区设备大而笨重，不适宜地面

3、装置小，适宜很适宜气候恶劣，边远地区管理分散，不适一般很适宜高气油比环空排气，气锚效果一般无余隙，适于高气油比最适宜高气油比高粘油至1000mPas适宜很适宜乳化，稠油均不适含砂易卡泵，可用砂锚，一般螺旋式运动，不卡泵，很适宜无运动件，最适宜结蜡机械消除，一般适宜气体膨胀，易结蜡，差一、低渗透油藏机采方式综合分析 二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断 在有杆抽油系统机杆泵最佳匹配、杆柱组合优化、扶正器分布优化、生产参数优化与系统效率计算方法研究的基础上，创建完善低渗透油藏有杆泵系统优化设计与系统效率模型，根据油田的油井生产资料，通过建模、跟踪测试和对比分析、配套的计算分析软件, 计算出抽油机井的

4、生产系统各部分的效率，继而分析出影响其水平的主要因素，再有针对性地提出整改措施。抽油机选型抽油机选型抽油杆选型抽油杆选型抽油泵选型抽油泵选型电动机选型电动机选型扶正器分布优化扶正器分布优化.机杆泵机杆泵综合选型综合选型油井油井产能预测产能预测 1、有杆抽油系统优化设计、有杆抽油系统优化设计油气水三相产能油气水三相产能 预测预测低渗透油田定向低渗透油田定向 井产能预测井产能预测直井负荷分析直井负荷分析定向井负荷分析定向井负荷分析影响因素分析影响因素分析光杆负荷光杆负荷现场数据现场数据验证及对比验证及对比光杆负荷公式的光杆负荷公式的 验证验证机杆泵选型方案机杆泵选型方案 对比对比二、有杆抽油系统优

5、化设计及故障诊断 1 1）、机杆泵综合优化选型流程）、机杆泵综合优化选型流程二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断 2 2）、产能预测）、产能预测低渗透油田低渗透油田定向井产能预测定向井产能预测油气水三相油气水三相广义广义IPR模型模型定向井定向井直井直井二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断 3 3）、抽油机选型）、抽油机选型悬点载荷计算悬点载荷计算选择选择平衡方式选择平衡方式选择及平衡计算及平衡计算减速器最大减速器最大扭矩计算选扭矩计算选择择冲程冲次计冲程冲次计算选择算选择抽油机选型类型选择类型选择选型步骤选型步骤二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断 抽油机选型实例抽油机选型实例二、有杆抽油系统优化

6、设计及故障诊断 4 4）、抽油杆选型）、抽油杆选型 抽油杆的选型就是设计抽油杆的长度和直径以及抽油杆等级，在保证抽油杆满足强度的前提下，按照抽油杆的选型就是设计抽油杆的长度和直径以及抽油杆等级，在保证抽油杆满足强度的前提下，按照最轻杆柱原则设计抽油杆，其经济性最佳。最轻杆柱原则设计抽油杆，其经济性最佳。抽油杆选型杆柱设计杆柱设计选型选型基本步骤基本步骤等级等级选择原则选择原则实例实例二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断 抽油杆选型实例抽油杆选型实例二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断 5 5）、抽油泵选型）、抽油泵选型抽油泵选型公称直径选择公称直径选择原则原则选型选型基本步骤基本步骤泵型泵型选择原

7、则选择原则实例实例二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断 抽油泵选型实例抽油泵选型实例二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断 6 6）、电动机选型）、电动机选型电动机选型功率计算功率计算选型选型基本步骤基本步骤主要主要技术指标技术指标实例实例二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断 电动机选型实例电动机选型实例二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断 7 7）、光杆负荷研究）、光杆负荷研究光杆负荷研究定向井定向井光杆负荷光杆负荷直井直井光杆负荷光杆负荷主要主要影响因素影响因素二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断（1）经验公式数学模型模型特点忽略了定向井中井斜角、方位角的影响及摩擦载

8、荷，虽然存在一定误差，但公式计算简单，方便，适合在现场没有计算机情况下进行快速计算。（2）计算机迭代数学模型模型特点考虑了抽油机悬点的静载荷、动载荷和摩擦载荷。另外，由于定向井中的不同位置的井斜角、方位角不同，其静载荷、摩擦载荷也有所不同，为了精确计算悬点载荷，采用迭代方法进行计算。 光杆负荷计算实例光杆负荷计算实例二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断（3）光杆负荷经验公式验证）光杆负荷经验公式验证（4）光杆负荷计算机迭代模型验证）光杆负荷计算机迭代模型验证二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断 分析： （1）对于经验公式模型，预测的光杆最大负荷误差较小，小于 5%；但对于最小光杆负荷则误差较大；其

9、优点是使用方便、简单易懂，可用于手工进行快速计算。对于井下供液不足、空抽或泵存在双凡尔漏失等情况，按照经验公式预测的光杆负荷误差较大，不推荐使用。 （2）对于计算机迭代模型，计算精度较高，预测的光杆最大、最小负荷误差均小于5%。其缺点是需要在计算机上进行，在现场使用受到一定限制。二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断 8 8）、扶正器优化布置）、扶正器优化布置二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断 9 9）、）、低渗油藏机杆泵快速选型图表低渗油藏机杆泵快速选型图表二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断 续续表表二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断 实 例 一：甘谷驿采油厂1

10、351-2井 油井参数：油层中深：539m；油层压力：1.912MPa；饱和压力：1.120MPa； 油层温度：28.2；原油粘度：4.29mPa.s；当前动液面：405m； 泵挂深度：415m；当前产液量：0.560t/d。井斜数据输入：调用 井眼轨迹数据txt文件。 产能预测：得到产能预测结果和IPR曲线。 二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断 实例二： 靖边采油厂梁镇区块梁靖边采油厂梁镇区块梁15-03井口数据如下：油层压力井口数据如下：油层压力Pr=12.59MPa，油层中深，油层中深hr=1415m，原油粘度，原油粘度=3.24mPas，油相对密度，油相对密度油油=0.7845，地层温

11、度，地层温度t=43.63，饱和压力，饱和压力Pb=1.304MPa，日产液，日产液qd=1.45m3/d，含水率含水率13.4%，泵挂，泵挂Lp=1338m，动液面：，动液面：1178m，套管内径，套管内径dc=124.6mm。 （1）原方案）原方案 （2）新方案）新方案二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断2、油井故障诊断 根据抽油机井地面示功图，应用波动方程和抽油杆柱三维力学模型及人工神经网络技术，建立抽油机井泵况智能诊断方法，将实测的地面示功图转换成井下泵功图，根据井下泵功图的几何特征对井下泵况和故障进行实时智能预测。二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断二、

12、有杆抽油系统优化设计及故障诊断二、有杆抽油系统优化设计及故障诊断三、螺杆泵采油工艺技术三、螺杆泵采油工艺技术1、螺杆泵属容积式泵，液体沿输液元件轴向均匀、低速流动、油流扰动小; 2、输送液体种类多，粘度范围大，可抽稠油和高含蜡原油，井液粘度可达数Pas，对于普通油藏及水驱油藏、高含水开采均表现出很好的适应性;3、携砂能力强，衬套材料对砂粒等固体杂物有容让性，可抽含砂原油。对于含砂量 小于21.5 %的流体可实现无故障运行， 对高气液比流体不发生气锁；4、运动部件少，没有阀件和复杂流道，水力损失低，泵效达70%以上；5、流量调节容易，改变地面驱动装置的转速就可实现；6、体积小、重量轻、维修方便，

13、同抽油机相比，单井可节约投资 25% 以上，系统效率提高10个百分点，节电30%以上。地面驱动螺杆泵非接触式转矩转速轴向力传感器及采集诊断系统地面驱动螺杆泵非接触式转矩转速轴向力传感器及采集诊断系统 三、螺杆泵采油工艺技术万元万元螺杆泵和抽油机一次性设备投资对比（万元）举升方式抽油机螺杆泵构成抽油机井下泵抽油杆配套工具驱动装置井下泵抽油杆配套工具型号8型CYB38/2.4800(22)+800(19)扶正器，油管锚等LBQ15LGB100-451600(25)转矩、转速传感器、电流、流量、压力变送器、变频器、采集控制系统、控制柜、扶正器，柔性短节、油管锚等费用180.63.521.23.52.

14、54.46.3合计23.3216.7节约螺杆泵一次性设备投资比抽油机节约6.62万元，设备投资减少28.4%注：1）螺杆泵和抽油机泵挂深度按1600m；2) 抽油机按800m（22mm）+800m（19mm）杆拄组 合来计算抽油杆,螺杆泵按1600m（25mm）；3）抽油杆价格19mm(21元/m)、22mm(23元/m)、 25mm(28元/m)。 三、螺杆泵采油工艺技术螺杆泵和抽油机能耗费用对比序序号号井号井号采油采油方式方式动液动液面面（m m）产液产液量量(m(m3 3/ /d)d)泵泵挂挂（m m）电电流流 (A)(A)电机电机功率功率（KWKW）有功有功功率功率（KWKW）日耗日耗

15、电电（KWh)KWh)吨液百米吨液百米耗电耗电(kwh/100(kwh/100m.t)m.t)1柳87-27螺杆泵15964.71175017-21157.98191.52.58抽油机4.71175135/322213.3319.24.302柳35-50螺杆泵81013.09115019-20157.6182.41.35抽油机14.12110535/302213.3319.22.273柳29-49螺杆泵75412.45105016-17156.46155.041.31抽油机10.22114736/332213.68328.323.114柳77-31螺杆泵15887.02173817-20157

16、.6182.41.66抽油机8.1175036/332213.68328.322.57注:螺杆泵与抽油机电机电流、功率来自现场发来数据kwh/100m.t 三、螺杆泵采油工艺技术Power CableESP PumpPC PumpFlexshaft AssemblySealGear ReducerMotorESP ESPCP三、螺杆泵采油工艺技术井下驱动单螺杆泵采油系统发展的关键是能够设计一种使潜油电机转速与螺杆泵转速相匹配的减速增矩装置，利用井下减速装置驱动螺杆泵可以获得较低的转速和较大的扭矩，可匹配各种规格的螺杆泵。 三、螺杆泵采油工艺技术电动潜油双螺杆泵电动潜油双螺杆泵 三、螺杆泵采油工

17、艺技术四、气驱射流泵解堵增产采油技术 主要作用体现在：气举原理、射流原理、气体膨胀做功、高速射流 气体射流泵可利用烟道气、二氧化碳、氮气等气体向油层注气、注解堵剂等，根据各气体作用机理和高速射流原理对油层进行解堵。由于气体射流泵它的特殊结构和在油井的多级布置，不但可代替气举阀采油更可只直接接替自喷生产成为人为自喷采油，油井生产或解堵只在原油管柱内加一小油管和多级气体射流泵，无需作大的改变，便可保证油井生产。动力油管套管喷嘴混合室喉管扩散管 混合流体 封隔 井液四、气驱射流泵解堵增产采油技术系统流程图 泵芯与泵筒部件虚拟装配射流泵总装四、气驱射流泵解堵增产采油技术1、射流泵无井下运动部件，彻底克

18、服了有杆泵、电潜泵等因正常磨损以及射流泵无井下运动部件，彻底克服了有杆泵、电潜泵等因正常磨损以及 质量事故造成的频繁作业，延长了作业周期；质量事故造成的频繁作业，延长了作业周期；2、含蜡、沥青、胶质的油井，原油粘度及凝固点均能满足该工艺的设计要含蜡、沥青、胶质的油井，原油粘度及凝固点均能满足该工艺的设计要 求，可不加热采油，且油管不结蜡，节能增产明显；求，可不加热采油，且油管不结蜡，节能增产明显；3、气体射流泵可适应于直井、定向井、水平井采油，还可向特别是低渗透气体射流泵可适应于直井、定向井、水平井采油，还可向特别是低渗透 油田注气增加油层能量，也可应用于煤层气、低压产气井排水采气。油田注气增加油层能量，也可应用于煤层气、低压产气井排水采气。四、气驱射流泵解堵增产采油技术五、压裂排液测试多联作工艺技术 压裂排液测试多联作工艺技术是实现一次起下作业，以一套管柱完成了多项工序，从而达到减少洗压井次数、防止地层二次污染的目的。工艺特点： 可获取准确可靠的各项地层参数，即压裂多层或选择性压裂产层、压裂残液排出、压裂过程参数测试与数据分析； 压后可立即进行连续、快速排液，减少压裂残液对地层造成的污染； 排液过程为全封闭状态，使排出的残液或原油不泄漏； 在压裂过程中可进行压力温度测试和压后油井压力恢复测试。五、压裂排液测试多联作工艺技术六、压裂管柱优化设计 在