第六章采油方法

1、原油怎样从地层采至地面？原油怎样从地层采至地面？自喷采油自喷采油(Natural Flow)(Natural Flow)气举采油气举采油(Gas Lift)(Gas Lift)有杆泵抽采油有杆泵抽采油(Pumping)(Pumping)无杆泵抽采油无杆泵抽采油(Rodless Pump)(Rodless Pump)机械采油方法机械采油方法 电动潜油离心泵利用电缆传递电能 电动潜油螺杆泵 常规有杆泵利用抽油杆传递能量 地面驱动螺杆泵 气 举（补充气体膨胀能）连续气举间歇气举 水力活塞泵 利用液体传递能量 射流泵 涡轮泵等（补充机械能） 泵 举（机械采油） 人工举升 tfrwfPPgHP 一、油井

2、流入动态1、采油指数油井日产量与生产压差的比值。Pw产液指数产液指数 它表示单位生产压差下油井的日产量它表示单位生产压差下油井的日产量, ,用以衡量油井的生产能力。用以衡量油井的生产能力。如果油井既产油如果油井既产油, ,又产水：又产水：比采油指数比采油指数：单位油层厚度上的采油指数单位油层厚度上的采油指数。wfrwoLPPqqPI 呈外凸的曲线。呈外凸的曲线。PwfqPwfq2、油气两相渗流的流入动态Pr无因次坐标系：横坐标：不同流压下的产量与最大产量比值纵坐标：流压与地层压力的比值，无因次。 当qo=0 Pwf= Pwf/ =1 当Pwf=0 qo=qomax qo/qomax=1PrPr

3、Pr12rwfrwfmaxoopp8 . 0pp2 . 01qq（6-2）二、垂直管流混气液密度 持液率持液率(H(HL L):):单位管长内液体体积与油管容积的比值。单位管长内液体体积与油管容积的比值。 持气率持气率(H(HG G):):单位管长内气体体积与油管容积的比值。单位管长内气体体积与油管容积的比值。m m= =G G H HG G+ +l lH HL L= =G G（1-1-H HL L）+ +l lH HL L H HG G+ +H HL L =1=1vS = vG -vL GGGAqv LLLAqv 垂直管气液两相管流的流型 HP油气沿井筒喷出时的流型变化示意图纯油流；泡流；段

4、塞流；环流；雾流套压(Pc):指示油管和套管 环空的压力。油压(Pt):原油举升到井口时 的剩余能量,又是 通过油嘴的动力.回压(PB):油嘴后剩余压力,又是地面管线流动的动力。三、嘴流动态1、油嘴流动的特点PtPBPcLH2、流量与油嘴前后压力比的关系当Pt=PB时，V=0，即PB/Pt=1时，q=0ab段：PB/Pt qb点,当PB/Pt=C时,q最大;bc段：PB/Pt q=C 达到最大流量时的压力比(PB/Pt)c 称为临界压力比。(PB/Pt)c这一点叫临界点,这点的流动叫临界流动。这时的流动速度为声速。1PB/Ptabcq 3、临界流动 油气流速可达临界速度，油嘴前后宛若两个系统。

5、 临界流速流体的流速达到压力波在流体介质中的传播速度，即声速。 临界流动状态流体达到临界速度时的流动状态。K气体的绝热指数，K=CP/CV，CP定压比热；CV定容比热.对于空气 k=1.4，（PB/Pt）c= 0.528对天然气 K=1.3， （PB/Pt）c= 0.546气体大都在0.5左右。根据热力学根据热力学, ,临界压力比临界压力比: :4、单相气体嘴流 11212kkckpp 当PB/Pt0.5，即Pt2PB时，油气混合物在油嘴中的流动可达到临界流动状态，这时,油气流量变化与回压无关,仅由Pt决定。因此，油咀的作用：(1)改变油井的工作制度，控制油井产量。(2)分隔咀前咀后的流动,保

6、持油井生产稳定.pwh 油压(Pt)，MPaRp生产气油比，m3/m3qo产油量，m3/d d油嘴直径，mm a、b、c经验常数0cbpwhqdaRp5、气液两相嘴流临界流动：d1d2D2 d1qPt 四、自喷井的协调 1、四个流动过程 (1)地层渗流：遵守渗流规律,IPR曲线； (2)垂直管流：两相流动规律,油管曲线； (3)咀流：多相咀流规律,咀流曲线； (4)地面管流：被油嘴分隔开。2、全井的协调协调条件协调条件: :井底、井口产量相等井底、井口产量相等, ,压力衔接。压力衔接。协调点：协调点：两曲线的交点。两曲线的交点。当q=qc时，Pwf-Pt有较低值。表明该产量下油管中压力损失较低

7、。qPPtPwfB Bd dqcC C 自喷后期地层能量下降，所提供的压力小于举升时要消耗的压力，油井停喷。 当油井自喷能力减弱时，向井中注入高压气体，降低井中油流密度，使油喷出地面。这种生产方法叫气举采油法。有两种方法有两种方法连续气举连续气举间歇气举间歇气举 采取何种方法取决于井的生产特征。采取何种方法取决于井的生产特征。第二节气举采油一、特点优点：井口、井下设备简单，气举不受 套管尺寸限制，生产灵活，管理 比较方便。适用范围广，尤其适 用于海上采油、深井、斜井、含 腐蚀性气体或含砂多、不适于泵 抽的油井。缺点：地面设备复杂、投资大、需要气 源，要求套管能承受高压。二、气源二、气源1、要求

8、(1)具有足够的压力，(2)必须不含氧气。2、来源 (1)高压天然气。 (2)低压天然气，经压缩机加压注入。三、气举系统构成1、压缩站；2、地面配气站；3、单井生产系统；4、地面生产系统。重点：单井生产系统。地面生产系统与其他举升方式基本相同。 1、开式气举装置：无封隔器 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。2、半闭式气举装置：单封隔器完井 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。适用于连续气举和间歇气举。四、气举装置类型图图6-12单封隔器及单流阀完井 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

9、和井筒液体不能进入地层。3、闭式气举装置1、气举前状态油井停喷时,油管和环空液面处于同一位置。2、气举过程五、气举的启动压力和工作压力 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，压风机达到最大压力，称为启动压力Pe。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。 喷出前，Pwf Ps ； 喷后，使油管内m越来越低，油管鞋压力急剧降低，井底压力及压风机压力随之急剧下降。 当 Pwf Ps 时，地层开始产油，并使油管内m稍有增加，致使压风机压力复而上升。最后，液面在管鞋处达到动态平衡，这时压风机的压力称为工作压力Po。若：Pe P Pc

10、c ，则气举无法实现。 P Pc c压缩机的额定输出压力。PePtPo3、启动时压风机压力变化曲线l 若Pe大于压缩机的额定输出压力，该压缩机就无法把环空中的液体压入油管内，气体不能进入油管，就不能实现气举。l 要想实现气举，需大功率的压缩机来保证气举的启动。但正常生产时不需要这么大的功率，造成浪费，增加了设备的成本。l 为实现气举，同时降低成本，必须减小Pe，有效的方法是安装气举凡尔。1、U型管等压面原理；2、压缩机以Po气举，不能把环空液面完全压入油管内，只能把液面向下压一定深度(液面位于油管内压力等于Po点)。六、气举的卸载过程3、在这一位置上方的油管上打孔,气体可将油管内孔之上的这段液

11、体举出。4、液体举出，油管内压力下降,环空液面下降到一定深度后达到稳定,打第二个孔。5、当第二个孔进气时，第一个应封住。6 6、逐级将液面压向一定位置。、逐级将液面压向一定位置。 能满足打开和封闭油管孔眼的装置 叫气举凡尔，这样只需要工作压力就能启动气举。 正常气举时开启的凡尔叫工作凡尔。 上面其余的凡尔称启动凡尔。 机械采油方法（机械采油方法（90%90%） 生产井生产井 自喷采油方法（自喷采油方法（10%10%） 第三节有杆泵采油 气举气举 （10%10%） 深井泵深井泵 有杆泵（有杆泵（ 80%80%） 无杆泵（无杆泵（ 10%10%） 用深井泵采油的井叫抽油井。用深井泵采油的井叫抽油井

12、。机械采油方法机械采油方法 有杆泵一般是指利用有杆泵一般是指利用抽油杆上下往复运动所驱抽油杆上下往复运动所驱动的柱塞式抽油泵。动的柱塞式抽油泵。一、有杆抽油装置 (Sucker Rod Pumping）典型有杆抽油装置如图典型有杆抽油装置如图 抽油机抽油机抽油装置抽油装置 抽油泵抽油泵 抽油杆抽油杆1、抽油机 游梁式抽油机主游梁式抽油机主要由游梁要由游梁连杆连杆曲曲柄机构、减速机构、柄机构、减速机构、动力设备和辅助装置动力设备和辅助装置等四部分组成。等四部分组成。 常规型常规型 抽油机抽油机 异相型异相型 前置型前置型 2、抽油泵、抽油泵 有杆泵采油的井下设备有杆泵采油的井下设备基本要求基本要

13、求：结构简单、强度高；工作可靠，使用寿命长；便于起下，而且规格类型能满足不同油田的采油工艺需要。抽油泵的组成抽油泵的组成泵筒柱塞上下运动一次称一个冲程柱塞上下运动一次称一个冲程,也称一个抽汲周期。也称一个抽汲周期。上冲程上冲程：抽油杆带动活塞向上运动。抽油杆带动活塞向上运动。 a.a.游动凡尔关闭，游动凡尔关闭， 井口排液。井口排液。 b.b.泵内压力下降，泵内压力下降， 固定凡尔打开，固定凡尔打开， 泵内吸油。泵内吸油。 吸入条件：吸入条件： 泵内压力泵内压力 沉没压力沉没压力 c.c.抽油杆加载伸长，抽油杆加载伸长， 油管卸载缩短。油管卸载缩短。 (1) 泵的工作原理泵的工作原理 沉没压力

14、沉没压力泵吸入口的压力。泵吸入口的压力。 动液面动液面生产时的环生产时的环 空液面高度。空液面高度。 静液面静液面关井时的液关井时的液 面高度。面高度。 h hs s沉没度；沉没度； h hf f 动液面高度。动液面高度。h hs sh hf f下冲程：下冲程：抽油杆带动活塞向下运动抽油杆带动活塞向下运动a.a.泵内压力升高，固定凡泵内压力升高，固定凡 尔关闭，停止吸油。尔关闭，停止吸油。b.b.游动凡尔打开，泵内油游动凡尔打开，泵内油 转入活塞以上的油管，转入活塞以上的油管， 井口出液。井口出液。泵排出液体的条件：泵排出液体的条件：泵内压力泵内压力 活塞以上液柱压力活塞以上液柱压力c.c.抽

15、油杆卸载缩短，抽油杆卸载缩短， 油管杆加载伸长。油管杆加载伸长。22, 4/mDdm /3(2)(2)泵的理论排量泵的理论排量假设：假设： 活塞的冲程等于光杆的冲程；活塞的冲程等于光杆的冲程； 活塞让出的体积完全被原油充满；活塞让出的体积完全被原油充满； 抽油系统无漏失。抽油系统无漏失。即即: :柱塞上下吸入和排出的液体体积相等柱塞上下吸入和排出的液体体积相等泵的理论排量为泵的理论排量为: : (6-9)式中：Qt泵的理论体积排量， Ap柱塞截面积； Ap D泵径，m； S光杆冲程，m； n冲次， 。SnAQpt14401min按抽油泵在油管中的固定方式分为 杆式泵 柱塞、固定凡尔、游动凡尔和

16、工作筒装 成一个整体，随抽油杆柱插入油管内的 预定位置固定，故又称为“插入式泵”。 特点：操作方便、结构复杂、成本高，适应 于深度大、产量小的井。 杆式泵杆式泵管式泵管式泵(3)(3)抽油泵类型和结构抽油泵类型和结构 管式泵管式泵 工作筒、固定凡尔装在油管尾部；游动凡尔装在柱塞上。先下工作筒，再下油管，最后用抽油杆下入柱塞。特点:结构：简单、成本低,操作复杂。适用 于下泵深度不大、产量较高的井。3、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。 附属器具： 光杆: 位于抽油杆最上端,其作用是连接驴头钢丝绳与井下抽油杆，并同井口盘根配合密封抽

17、油井口。抽油杆扶正器: 用于斜井和丛式井，使抽油杆处于油管中心，不直接与油管接触，减少抽油杆的磨损、振动和弯曲。 还有用于减少抽油杆振动的减振器、防止抽油杆接箍旋松的防脱器等。加重杆: 用于大泵抽油、稠油井和深井，抽油杆柱的下部采用加重杆，防止抽油杆柱下部发生纵向弯曲,减少抽油杆的断脱事故。 二、抽油机悬点载荷 在上冲程中，游动阀关在上冲程中，游动阀关闭，柱塞上下流体不连通。闭，柱塞上下流体不连通。产生悬点静载荷的力包括抽产生悬点静载荷的力包括抽油杆柱重力和柱塞上液柱的油杆柱重力和柱塞上液柱的压力。压力。1、悬点静载荷(1)抽油杆柱重力prrrgLAW(2)作用在柱塞上的液柱载荷)(rpPLL

18、AAgLW上冲程悬点静载荷lrjWWW1下冲程：rjWW23、摩擦载荷(1)抽油杆柱与油管之间的摩擦力F1(2)柱塞与泵筒之间的摩擦力F2(3)(3)抽油杆柱与液柱之间的摩擦力抽油杆柱与液柱之间的摩擦力F3(4) (4) 液柱与油管之间的摩擦力液柱与油管之间的摩擦力F4(5) (5) 液体通过游动阀的阻力液体通过游动阀的阻力F52、悬点动载荷惯性载荷和振动载荷惯性载荷和振动载荷 4、悬点最大和最小载荷 上冲程的最大载荷若取r/l=1/4，则17902maxSnWWWWrLr 发生在下冲程的最小载荷17902minSnWWWrr三、泵效分析 实际产液量与泵的理论排量之比称为泵的容积实际产液量与泵

19、的理论排量之比称为泵的容积效率，油田习惯称之为泵效。效率，油田习惯称之为泵效。影响泵效的因素：影响泵效的因素： （1 1）抽油杆柱和油管柱的弹性变形的影响）抽油杆柱和油管柱的弹性变形的影响; ; （2 2）气体和泵充不满的影响）气体和泵充不满的影响; ; （3 3）漏失的影响）漏失的影响; ; （4 4）地面脱气和冷却后液体体积收缩的影响）地面脱气和冷却后液体体积收缩的影响. .LLsVB/tvQQ/对于组合杆柱:1 1、静载荷对柱塞冲程的影响静载荷对柱塞冲程的影响rpLrEALWtpLtEALW 抽油杆和油管柱的变形量为抽油杆和油管柱的变形量为: : 总的静载变形量总的静载变形量为：trpL

20、trAAELW11 在静载荷作用下，抽油泵柱塞的冲程长度SP较抽油机悬点的冲程长度S减少变形量，故也称静载冲程损失。 选用较长选用较长S S，有利于减少冲程损失对泵效的，有利于减少冲程损失对泵效的影响程度。惯性力作用产生使柱塞冲程增加。尽影响程度。惯性力作用产生使柱塞冲程增加。尽管提高冲次有利于增大柱塞冲程，但快速抽汲增管提高冲次有利于增大柱塞冲程，但快速抽汲增加了惯性力，会使悬点最大静载荷增大，最小载加了惯性力，会使悬点最大静载荷增大，最小载荷减少，使杆柱受力条件变差。荷减少，使杆柱受力条件变差。 SSP2、气体对泵效的影响泵的充满系数：pLVV / 它表示泵在工作过程中被液体充满的程度。充

21、满系数越高充满系数越高, 泵效越高泵效越高.LgSPVVVVR泵内气液比,R=Vg/VLVLVL图图6-216-21RKRKRK1111K K余隙系数余隙系数,K=V,K=VS S/V/VP P提高充满系数的途径提高充满系数的途径：(1)尽量减小防冲距,以减小余隙。(2)适当增加泵的沉没度 以提高泵的沉没压力(3)使用气锚，使气体在 泵外分离。VLVL图图6-216-213、漏失对泵效的影响 (1)泵排出部分漏失:柱塞与衬套的间隙漏失、 游动阀漏失，均会减少泵内排出的液量。 (2)泵吸入部分漏失 固定阀漏失会减少进泵的液量。 (3)其他部分漏失 由于油管丝扣、泵的连接部分及泄油器 密封不严所产

22、生的漏失都会降低泵效。 井内液体含腐蚀性介质井内液体含腐蚀性介质 油井出砂油井出砂 结蜡结蜡 磁化现象导致漏失磁化现象导致漏失 井身弯曲井身弯曲漏失原因漏失原因: :(1) 使用油管锚减少冲程损失 =r+t t=0 =r(2)调小防冲距为了防止碰泵，要求活塞下死点与固定凡尔有一定的距离，叫防冲距。 防冲距越小，Vs越小，K， 反之，防冲距越大，越保险。 4、提高泵效的措施(3)(3)选择合理的下泵深度选择合理的下泵深度 L Lp p2 2, L, Lp p小小, , 小。小。 P P大大,L,Lp p就大，就大， 可能大，会降低泵效可能大，会降低泵效; ;就气体影响而言就气体影响而言,P,P越

23、大越大, ,则则R R越小越小, ,可提高泵效；可提高泵效；要对比分析，综合考虑。要有一定的沉没度，要对比分析，综合考虑。要有一定的沉没度，使泵效最高的沉没度。使泵效最高的沉没度。(4) (4) 选择合理的泵径选择合理的泵径 D D2 2 D D越大越大 就越大就越大 深井不宜用大泵。深井不宜用大泵。(5) (5) 选用大选用大S S K=V K=Vs s/V/Vp p, V, Vs s与冲程无关，与冲程无关， V Vp p S Sp p S S S Sp p K K ，气体影响下降，气体影响下降 (6)(6)安装气锚安装气锚, ,减少进泵气量减少进泵气量 上冲程：气体有向上分速度，上冲程：气体有向上分速度， 一部分气体被挡在气锚外，另一部一部分气体被挡在气锚外，另一部分气体刚进气锚又流向顶部。分气体刚进气锚又流向顶部。 下冲程：气锚内气体被分离掉下冲程：气锚内气体被分离掉, ,气泡直径越大气泡直径越大, ,效果越好效果越好, ,但不能成但不能成段塞。环空越大越好，液流速度越段塞。环空越大越好，液流速度越低越好。长度越长越好。低越好。长度越长越好。总之总之(1)(1)一般油井：选长冲程、小泵径、中冲数一般油井：选长冲程、小泵径、中冲数 S S K