石油工程与装备课件--第七章-采油工艺概论(11版)

1、第二部分第二部分 采油工艺及设备采油工艺及设备第七章第七章 采油工艺概论采油工艺概论 第一节第一节 采油方法采油方法（分自喷采油法和机械采油法两种分自喷采油法和机械采油法两种）一、自喷采油法一、自喷采油法靠自身能量举升原油。靠自身能量举升原油。（采油作业过程）（采油作业过程） 1. 1. 诱喷诱喷 （完井后，原油不能自动喷到地面上。）（完井后，原油不能自动喷到地面上。）自喷采油首先要进行诱喷。自喷采油首先要进行诱喷。即即降低井筒内液柱压力，清除油层污物降低井筒内液柱压力，清除油层污物。使油气能畅通入井筒，而后流举到地面。使油气能畅通入井筒，而后流举到地面。 诱喷方法有：诱喷方法有：（1 1）替

2、喷法）替喷法完井之后，下完井之后，下油管油管洗井。洗井。将油管下到井底，将油管下到井底，用低比重泥浆循环，替出高比重用低比重泥浆循环，替出高比重泥浆。泥浆。目的：降低井底液柱压力目的：降低井底液柱压力；上提油管上提油管至油层中部，至油层中部，用清水洗用清水洗，见油花为止。，见油花为止。洗井液从洗井液从油、套管油、套管环空注入环空注入，从，从油管油管中中返出返出。目的：易控制井喷和放喷目的：易控制井喷和放喷。 （2 2）抽汲法）抽汲法替喷后，仍不能自喷，用抽汲法。替喷后，仍不能自喷，用抽汲法。方法方法：用特制抽子用特制抽子在油管中在油管中高速高速上下上下提放提放；目的目的：一是：一是抽出抽出井内

3、井内液体液体，减小减小井内井内液柱压力液柱压力； 二是在二是在抽力抽力下，下，吸出吸出浸入浸入油层油层中的中的泥浆、污物泥浆、污物。（3 3）提捞法）提捞法用提捞筒，用提捞筒，提出提出井内井内液体降压液体降压，达自喷目的。，达自喷目的。 2. 2. 自喷条件自喷条件原油由地层推向井筒，有剩余能量原油由地层推向井筒，有剩余能量。【“克拉玛依克拉玛依”意译意译“黑油山黑油山”，即地下原油自喷形成的油山。，即地下原油自喷形成的油山。】取决于地层压力。取决于地层压力。未钻井未钻井，油层，油层压力压力处处平衡平衡状态，状态，原油不流动原油不流动。钻井钻井，油层内，油层内压力平衡压力平衡被被打破打破，井底

4、压力低于油层压，井底压力低于油层压力，在压差作用下，力，在压差作用下，原油原油从油层从油层流入井内流入井内，当，当剩余压力大剩余压力大于内液柱压力时，原油于内液柱压力时，原油自喷自喷到地面。到地面。油层油层：为砂岩为砂岩空隙度大，原油才流出。空隙度大，原油才流出。 其上为泥岩其上为泥岩覆盖层。覆盖层。 3. 3. 原油驱动力原油驱动力 静水压力静水压力：油层与水源相通，：油层与水源相通，边水边水和和底水底水的静水压力的静水压力； 上覆岩压上覆岩压；（ ）gH 气顶膨胀力气顶膨胀力：聚集油顶气体，降压，：聚集油顶气体，降压，气体膨气体膨胀力胀力大于井筒压力；大于井筒压力； 油层弹力油层弹力：体积

5、膨胀挤压原油；体积膨胀挤压原油； 原油中溶解气原油中溶解气: : 降压气体膨胀力。降压气体膨胀力。【大庆油田早期均为自喷井。胜利油田原女子大庆油田早期均为自喷井。胜利油田原女子采油队管自喷井（石大水库南面）。采油队管自喷井（石大水库南面）。】 二、机械采油法二、机械采油法无自喷能力井必须采用无自喷能力井必须采用机械采油法。机械采油法。机械采油法分机械采油法分：气举采油和抽油法气举采油和抽油法。1. 1. 气举法气举法利用压缩气体的能量，利用压缩气体的能量，举升原油举升原油。（1 1）气举方式）气举方式 图图2-172-17两条通道两条通道：注气和出液注气和出液。 进气方式进气方式：有：有环空、

6、中心管进气环空、中心管进气两种方式。两种方式。下管下管双管双管：（内）（内）环空进气，环空进气，中心管出液中心管出液。外层管下到油层之下，更外层管下到油层之下，更好地带出砂子。好地带出砂子。单管单管：环空进气环空进气（油、（油、套管环空进气），套管环空进气），中心管中心管出液。出液。中心管进气：少用。中心管进气：少用。单管单管多用环空进气，中心管出液多用环空进气，中心管出液，易清蜡和带易清蜡和带砂出井。砂出井。若若中心管进气中心管进气，环空出液，环空出液，油管外结蜡难清油管外结蜡难清，且砂，且砂子在环空流动，速度低易沉淀，不利于带砂子。子在环空流动，速度低易沉淀，不利于带砂子。 （2 2）气举

7、过程）气举过程 环空注气，环空环空注气，环空液体液体全全进油管进油管，压缩机压力升高，压缩机压力升高，压缩气进入油管压缩气进入油管，油、，油、气混合，液面不断升高喷气混合，液面不断升高喷出地面。相当于出地面。相当于气携带液气携带液体体而而上行上行。 2. 2. 抽油法抽油法 用各种泵抽油用各种泵抽油，又叫泵法，占，又叫泵法，占80%80%。 正常抽油正常抽油（完井后（完井后, ,用抽油泵抽油。）用抽油泵抽油。） 注水驱油抽油注水驱油抽油（从注水井注入高压水，将油驱动到抽油井，同时用抽油泵抽油。（从注水井注入高压水，将油驱动到抽油井，同时用抽油泵抽油。大庆油田较早的开展注水驱油，造成大面积套管损

8、坏，开发初期自大庆油田较早的开展注水驱油，造成大面积套管损坏，开发初期自喷，后来转抽，继而注水驱油。）喷，后来转抽，继而注水驱油。） 注热蒸汽抽油注热蒸汽抽油 （胜利油田孤岛、孤东、现河采油厂采用；辽河油田。）（胜利油田孤岛、孤东、现河采油厂采用；辽河油田。） 3 3. . 注热蒸汽采油注热蒸汽采油 （1 1）稠油：）稠油：是指粘度很大的原油是指粘度很大的原油。 （2 2）稠油无法冷采）稠油无法冷采：无论压差多大无论压差多大，原油原油也也不能不能从油从油层中层中流入井中流入井中。 （3 3）稠油开采）稠油开采：注蒸汽热力采油法注蒸汽热力采油法。 即注热蒸汽温度高达即注热蒸汽温度高达300300

9、以上，降低粘度，使原油流以上，降低粘度，使原油流入井中。入井中。 （4 4）注蒸汽热力采油基本方法）注蒸汽热力采油基本方法 蒸汽吞吐蒸汽吞吐： 是在本井完成注蒸汽、焖井和开井采油三个是在本井完成注蒸汽、焖井和开井采油三个连续过程连续过程（常用法）。（常用法）。 蒸汽驱：蒸汽驱： 是指按一定井网，在注汽井连续注汽，周围是指按一定井网，在注汽井连续注汽，周围油井以一定产量生产油井以一定产量生产。 注入的蒸汽既可加热油层，又是驱动原油的注入的蒸汽既可加热油层，又是驱动原油的介质。介质。注、采井独立注、采井独立。 从保护套管寿命的角度蒸汽驱好于吞吐，原从保护套管寿命的角度蒸汽驱好于吞吐，原因减少热冷周

10、期。因减少热冷周期。现场认为蒸汽驱采油效果不好现场认为蒸汽驱采油效果不好。 冷原油冷原油加热带加热带蒸汽带蒸汽带蒸汽凝结带蒸汽凝结带流动流动原油原油蒸汽吞吐示意图蒸汽吞吐示意图（5 5）热采井井身结构）热采井井身结构内管内管隔热层（绝热材料）隔热层（绝热材料）外管外管环空环空套管。套管。在注汽层（油层）上面油、套间有封隔器。在注汽层（油层）上面油、套间有封隔器。 （6 6）注汽参数）注汽参数注汽量：注汽量：7070120t/d 120t/d （按（按水水当量计算）当量计算） ；注汽周期：注汽周期：注入注入10102020天；天；蒸汽干度蒸汽干度：要高，：要高，50%50%以上；以上；【汽相占总

11、重量百分数，称汽相占总重量百分数，称蒸汽干度蒸汽干度。蒸汽干度是影响开采效果的首要因素。蒸汽干度是影响开采效果的首要因素。】注汽压力注汽压力：不超过油层破裂压力；：不超过油层破裂压力； 焖井：焖井：（停注后关井）（停注后关井）2 27 7天；天；开井回采开井回采：第一周期开采一般能自喷生产一段时间。：第一周期开采一般能自喷生产一段时间。 （7 7）热采井参数计算）热采井参数计算井筒热损失计算：井筒热损失计算：根据两相流根据两相流（液、汽）（液、汽）理论理论，计算热损失，计算热损失，优化注优化注汽干度、压力、温度汽干度、压力、温度。温度场、热应力场分析：温度场、热应力场分析：用以设计注汽管柱、套

12、管强度。用以设计注汽管柱、套管强度。热应力热应力： 式中式中， 最大热应力，最大热应力，PaPa； 钢材热膨胀系数，钢材热膨胀系数，m/(m.)m/(m.)； 套管热弹性模量，套管热弹性模量，PaPa； 温度变化，温度变化，（注汽时的温度减去井（注汽时的温度减去井筒原始温度）。筒原始温度）。 TEcssmaxmaxsEsTc当热采井套管受当热采井套管受热时，要产生热热时，要产生热膨胀，膨胀受约膨胀，膨胀受约束便产生热应力束便产生热应力 E热采井套管柱设计：热采井套管柱设计：要考虑预拉应力计算要考虑预拉应力计算（下套管时，将套管底部锚住然后加预拉力）（下套管时，将套管底部锚住然后加预拉力） 由于

13、温度变化，套管要膨胀，膨胀约束便产生由于温度变化，套管要膨胀，膨胀约束便产生热应力。热应力。所谓预拉应力：所谓预拉应力：下井时，套管以拉应力固井下井时，套管以拉应力固井。 当注汽时，热膨胀使套管产生压应力，与拉应当注汽时，热膨胀使套管产生压应力，与拉应力抵消，以保护套管。力抵消，以保护套管。 施加套管预应力的原则施加套管预应力的原则 提拉套管时，井口的轴向预应力，不得超过套管允许的提拉套管时，井口的轴向预应力，不得超过套管允许的屈服极限屈服极限。 YSApmax井口预拉力计算井口预拉力计算: QPSP套管截面积套管截面积 套管在井套管在井中的重量中的重量 qgLQ 常温下套管常温下套管材料的最

14、小材料的最小屈服极限屈服极限允许施加允许施加套管的预套管的预应力应力在高温下，套在高温下，套管材料屈服极管材料屈服极限的降低系数限的降低系数最大热最大热应力应力第二节第二节 抽油法设备抽油法设备应用最广泛抽油设备应用最广泛抽油设备有杆抽油设备。有杆抽油设备。 一、有杆抽油装置一、有杆抽油装置抽油机抽油机抽油泵装置，包括三部分。抽油泵装置，包括三部分。1.1. 地面部分地面部分抽油机（驱动部分）抽油机（驱动部分）2.2. 井下部分井下部分抽油泵（悬挂在油管尾部）抽油泵（悬挂在油管尾部）3.3. 中间部分中间部分抽油杆抽油杆称称“三抽三抽”设备设备。典型：典型：游梁式抽油机游梁式抽油机抽油泵装置。

15、抽油泵装置。 二、无杆抽油装置二、无杆抽油装置 1. 1. 水力活塞泵水力活塞泵 用压力液体为动力，驱动活塞往复运动吸排油。用压力液体为动力，驱动活塞往复运动吸排油。（地面动力液泵，驱使井下（地面动力液泵，驱使井下水力活塞泵水力活塞泵换向阀自动工作，使活塞往换向阀自动工作，使活塞往复运动，达到吸排液的目的。）复运动，达到吸排液的目的。） 2.2. 电动潜油离心泵电动潜油离心泵 用井下电机驱动多级离心泵，实现抽油。用井下电机驱动多级离心泵，实现抽油。 3.3. 电动潜油单螺杆泵电动潜油单螺杆泵 开采高粘度、高含砂、高含气原油。开采高粘度、高含砂、高含气原油。 井下电机带动螺杆泵抽油。井下电机带动

16、螺杆泵抽油。（容积式泵）（容积式泵） 2. 2.电动潜油离心泵电动潜油离心泵 用井下电机驱动多用井下电机驱动多级离心泵，实现抽油。级离心泵，实现抽油。 3. 3. 电动潜油单螺杆泵电动潜油单螺杆泵 开采高粘度、高含砂、高含气原油。开采高粘度、高含砂、高含气原油。 井下电机带动螺杆泵抽油。井下电机带动螺杆泵抽油。（容积式泵（容积式泵） 地面地面驱动驱动单螺单螺杆泵杆泵井下井下驱动驱动单螺单螺杆泵杆泵三、采油新技术应用三、采油新技术应用1.1. 连续油管连续油管（1 1）特点：）特点：是一根是一根无接头无接头、能够缠绕在滚筒上的、能够缠绕在滚筒上的长油管长油管。（2 2）使用方便：）使用方便：缩短

17、了作业时间，减轻了劳动强缩短了作业时间，减轻了劳动强度。度。（3 3）工艺应用）工艺应用用连续油管进行气举采油用连续油管进行气举采油用于电潜泵采油用于电潜泵采油用连续油管洗井用连续油管洗井比常规油管效果好，在下井一开始就循环洗井液。比常规油管效果好，在下井一开始就循环洗井液。用于修井作业：用于修井作业：用连续油管用连续油管注入流体注入流体。2.2. 国外抽油杆的新技术发展国外抽油杆的新技术发展发展趋势是：发展趋势是：抽油杆抽油杆向着向着高强度、耐腐蚀、耐磨高强度、耐腐蚀、耐磨损、连续型结构、椭圆形截面（长方形、椭圆形）损、连续型结构、椭圆形截面（长方形、椭圆形）、新材料（铝合金、玻璃纲、石墨合

18、成材料）、新材料（铝合金、玻璃纲、石墨合成材料）方向方向发展。发展。 （1 1） 超高强度抽油杆超高强度抽油杆屈服极限大于：屈服极限大于：793Mpa793Mpa；强度极限大于：；强度极限大于：965Mpa965Mpa；延伸率大于：；延伸率大于：14%14%；断面收缩率大于：；断面收缩率大于：45%45%；硬度；硬度HB185HB185311311（2 2） 喷涂不锈钢抽油杆喷涂不锈钢抽油杆 提高抗腐蚀能力。提高抗腐蚀能力。（3 3）空心抽油杆）空心抽油杆 空心作为通道向井内注入热油、稀释剂、破乳剂、防空心作为通道向井内注入热油、稀释剂、破乳剂、防腐剂等，适腐剂等，适用于抽稠油和解蜡用于抽稠油和解蜡。 （4 4）玻璃钢抽油杆）玻璃钢抽油杆 抗腐蚀抗腐蚀；质量轻；寿命长；质量轻；寿命长； （5 5）长方形连续）长方形连续石墨石墨抽油杆抽油杆缠绕式缠绕式连续抽油杆。连续抽油杆。（6 6）长方形连续）长方形连续钢质钢质抽油杆抽油杆 滚筒滚筒缠绕式缠绕式抽油杆抽油杆 。（7 7）椭圆形连续抽油杆）椭圆形连续抽油杆缠绕式连续抽油杆缠绕式连续抽油杆 。抽油杆大型。抽油杆大型圆架缠绕，起下抽油圆架缠绕，起下抽油杆专用装置杆专用装置。3. 3. 油管加热采油技油