石油钻采设备及工艺李振林自喷井采油及设备

§9-1自喷井采油及设备一、油井自喷基本原理二、自喷井的采油井口装置三、自喷井分层配产井下管柱结构返回四、油井清腊油田一切工作的主要目的，就是尽可能将储藏在油（气）层深处的油（气）开采出来，提高采收率，降低开采成本。按照油层内部的天然能量、油层渗透性能和原油性质等，原油开采的方法有自喷井采油法和机械采油法两大类型。自喷井采油法是利用地层本身的能量，由井底向地面举升原油；机械采油法用于不能自喷的油井，主要用机械的方法，提高井下原油的能量，并将其举升到地面，故又称人工举升法采油。一、油井自喷基本原理自喷的诱导钻井作业完成后，原油和天然气还不能自动喷到地面上来，因为这时井眼内还充满着泥浆，液柱作用于井底的压力大于油层压力，油气不能流入井筒内；同时，钻井和射孔过程中，油层会被泥浆污染，堵塞部分孔隙，也阻碍油气流入井筒内。因此，采油之前应设法降低井筒内液柱压力，清除堵塞油层的污物，使油气能畅流到地面。这种作业过程叫做诱喷或诱流。通常采用的诱喷方法有：替喷法：将油管下入井底，利用洗井机或水泥车把低比重泥浆或清水或原油注入井内，替出井内原有的高比重泥浆，降低井底液柱压力，然后上提油管至油层中部，或者继续在井底向井内注入清水，直至返出的清水中带有大量油花并形成轻微井喷为止。其中，用原油替喷时，一般从油、套管环形空间注入，从油管返出循环洗井液，这样做易于控制井喷和放喷。抽汲法：替喷后，若油井仍不能自喷，就采用抽汲法，即用一种特制的抽子，在油管内上下高速提放，一方面将井内液体逐渐抽出，进一步减轻井内液柱压力；另一方面，在强大的抽力下，有可能将浸入油层的泥浆、污物等吸出，从而使油井自喷。气举法：利用移动式压缩机自油管或油、套管环形空间向井内打入压缩气体，使井筒中的液体从环形空间或油管中排出，以减低井底液柱压力。提捞法：用一个钢管制成的提捞筒下入井内，将井内液体提捞出地面，达到降低井底压力的目的。经过上述方法诱喷，油井达到自喷后，就打开套管闸门，放喷一个短暂时间，然后改为油管放喷，转入正常采油。自喷的动力井底原油能自喷到地面主要是受多种地层驱动力的作用。当油藏未开发、地层未打开时，油层中的压力处于平衡状态，原油不流动；一旦地层中钻有油井，并开始生产时，油层内的压力平衡被打破，井底压力低于油层压力。在地层驱动力的作用下，先将原油从地层内推向井筒，若还有剩余的能量，再将井筒内的原油举升到地面。地层对原油的举升力主要有以下几种：静水压头：油层四周与地面水源沟通（左），或油层的底部和四周与水源沟通（右且油水表面间具有一定的高差，水的静压力驱使油层的原油向井筒内流动。前者称作边水驱动，后者称作底水驱动。油井供水区边水边水不渗透层油井供水区底水不渗透层气顶压缩气的膨胀力油层中，原油中的溶解气量达到饱和状态后，多余的天然气就聚集在油藏顶部形成气顶，处于高度压缩状态（左图）。当油井生产时，随着油层压力的降低，压缩气体膨胀，推动原油流向井内并喷出。气顶驱油能量的大小，与气顶体积和气体压缩性等有关。油井油层气顶不渗透层水层油层弹性力当油层投入开发时，由于其压力不断下降，处于压缩状态的含油岩层及其中的各种液体（主要是位于含水区的水）体积膨胀，挤压原油向井筒流动。溶解气的膨胀力随着油田的不断开发，地层压力不断下降，当降到低于气体饱和压力时，油层中原油的饱和气就开始膨胀，带动原油一起流入井筒，并携带原油喷出。重力到油田开发末期，其它能量逐渐枯竭，原油靠自重从油层高处流向低处，进入油井。此时，油井就完全无自喷能力了。油层的地质条件及开采方法不同，主要驱油动力的表现不同，驱油效率不一样。一般说来，水压驱动时，原油的采收率最高，而溶解气驱动和重力驱动时采收率最低。自喷的流态自喷过程中，油气在井筒内的流态是动态变化的，分为纯油流、泡流、段塞流、环流和雾状流等。这主要是因为井筒内不同井段的压力发生变化的缘故。纯油流泡流段塞流环流雾状流纯油流：在最下段，井筒内压力高于饱和压力，气体溶解在原油中，油流为单相的运动状态。泡流：往上，由于井筒内压力稍低于饱和压力，小部分气体从油流中分离，在原油中呈小气泡状态。段塞流：再往上，井筒内压力更低于饱和压力，气体进一步膨胀，小气泡合并成大气泡，使井筒内出现一段原油一段气体的柱塞状，这时的气体象活塞一样，对油流有很大的举升力。纯油流泡流段塞流环流雾状流环流：：油流流再上上升，，气体体再分分离、、膨胀胀，气气体柱柱塞不不断加加长，，逐渐渐从油油管中中心突突破，，形成成中心心连续续气流流，而而管壁壁附近近则是是原油油流动动的液液流状状态。。雾状流流：最最后，，在井井筒的的最上上段，，气体体继续续增加加，中中心气气柱完完全占占据了了油管管断面面，油油流变变成极极小的的液滴滴分散散在气气柱中中，以以雾状状喷出出。二、自自喷井井的采采油井井口装装置采油（（气））井口口装置置是引引导和和控制制油、、气混混合物物的流流动方方向、、流量量大小小和进进行油油、气气生产产的重重要地地面设设备，，主要由由套管管头、、油管管头和和采油油树三三部分分组成成。套管短接套管头座四通大小头阀门短节油嘴套和井口油嘴放空阀由壬压力表井口装装置的的类型型按各部部分连连接方方式的的不同同，采采油（（气））井口口装置置可分分为法法兰式式、卡卡箍式式和混混合式式三种种。法法兰式式井口口装置置如图图所示示。其各连连接部部位采采用法法兰连连接，，承压压能力力大，，但拆拆装不不便。。卡箍箍式井井口装装置各各部位位用卡卡箍连连接，，拆装装方便便，但但承压压能力力较小小。套管短接套管头座四通大小头阀门短节油嘴套和井口油嘴放空阀由壬压力表卡箍式式井口口装置置各部部位用用卡箍箍连接接，拆拆装方方便，，但承承压能能力较较小。。在一套套井口口装置置中，，既有有法兰兰连接接，又又有卡卡箍或或螺纹纹连接接，谓谓之混混合式式井口口装置置。此外，，使用用条件件不同同，井井口装装置的的结构构形式式也不不同。。对于井井口压压力不不太高高、油油（气气）产产量单单一和和产量量不大大的油油井，，井口口装置置一般般只有有一个个工作作翼作作为工工作管管线，，并只只能悬悬挂一一个油油管，，称作作单翼翼单管管井口口装置置。对于深深井、、超深深井，，油（（气））层单单一、、储量量较丰丰富的的油（（气））层，，井口口装置置可有有两个个工作作翼，，一翼翼作工工作管管线，，另一一翼作作备用用管线线，只只悬挂挂一根根油管管，称称作双双翼单单管井井口装装置。。对于多油（（气）层，，且储量较较丰富的油油（气）田田，井口装装置有两翼翼，同时油油管头内可可悬挂两根根油管柱，，可实现双双层开采，，称作双翼翼双管井口口装置。对于双管或或多管井口口装置，采采油树上的的阀门也与与油管头内内的油管柱柱数相配套套，以便实实现分层开开采。套管头套管头安装装在井口装装置的最下下方，其作作用是固定定整套井口口装置，连连接井下各各层套管柱柱，使各层层套管间的的环形空间间相互密封封。钻井时，套套管头上可可以安装防防喷器等设设备，采油时，则则用于安装装油管头和和采油树。。随着井深的的增加，需需要封隔井井下地层的的层数增多多，下入井井内的套管管长度也相相应增加。。因此，套套管头有单单层、双层层以及其它它层次之分。单层套管头头的结构如如图所示，，在表层套套管上连接接有法兰，，用双头螺螺栓将大小小头与法兰兰连接。如图所示，，双层套管管头第一层套管与下短短节相连，，下短节内内配置卡瓦瓦式悬挂器器，其内连连接第二层套管管；两层套管管之间的空空间相互密密封；第二二层套管的的活端与套套管头上的的短节焊在在一起。卡瓦式悬挂器下部短接上部短接油管挂油管头油管丝扣连接悬挂器上层套管头油层套管技术套管密封垫套管挂下层套管头表层套管卡瓦式悬挂器下部短接上部短接油管挂油管头油管丝扣连接悬挂器上层套管头油层套管技术套管密封垫套管挂下层套管头表层套管油管头油管头位于于套管头的的上方，由由油管头四四通和油管管悬挂器等等组成。其功能是悬悬挂油管柱柱，密封油油管与生产产套管之间间的环形空空间，并可可进行各种种工艺作业业。如图所示，，四通两侧侧安装套管管阀门，以以便进行正正反循环洗洗井，观察察套管压力力，并通过过油、套管管空间进行行各项作业业。下完油管后后，将油管管头下部的的油管短节节用螺纹与与油管柱上上端相连，，油管柱就就被悬挂起起来；油管挂与四四通内壁之之间的间隙隙，通过一一组密封圈圈加以密封封；密封圈圈之间有隔隔环，当介介质通过密密封圈渗入入隔环的空空腔时，可可由单向阀阀压入密封封脂；通孔孔内装有压压环，并用用六个顶丝丝将其顶住住，以防井井内液体作作用在油管管上将油管管柱顶出固固有的位置置；油管挂上部部的护丝是是为了保护护油管挂上上方的螺纹纹，当安装装采油树时时，可将护护丝卸去。。四通密封组密封隔环压环油管挂护丝螺母油管短节油管短节护丝油管挂顶丝采油树采油树安装装在油管头头的上部，，作用是引引导油井喷喷出的油气气通向地面面的输油管管线，控制制和调节油油井的流量量和井口压压力，必要要时可关闭闭油井。法兰式连接接的采油树树结构如图图所示，总总闸阀是控控制油气流流的主要通通道，正常常情况下总总是打开的的，只有在在需要长期期关井或其其它特殊情情况下关闭闭。清蜡闸阀上上部可连接接清蜡装置置、防喷管管等，清蜡蜡时打开，，完毕后将将刮蜡片起起到防喷管管中，再行行关闭。闸阀和节流流阀是采油油树中主要要组成部件件。法兰连接式采油树总闸阀节流阀生产闸阀清蜡闸阀截止阀压力表四通节流阀闸阀起着开开启或截断断管道介质质并控制高高压介质流流向的作用用。节流阀的主主要功用是是改变通道道面积，调调节油、气气流量和压压力，控制制自喷井的的产量。三、自喷井井分层配产产井下管柱柱结构分层配产是是非均质、、多油层油油田确保高高产、稳产产，提高无无水采收率率和最终采采收率的重重要手段。。因为多油层层、非均质质油田各层层渗透性能能、压力和和含水程度度差别很大大，若多层层笼统开采采，在同一一井底压力力下，渗透透性好、压压力高的油油层就产得得多、出得得快，而中中低渗透层层及压力较较低的油层层，则因生生产压差小小，不能发发挥生产能能力。分层配产的的目的，就就是调整各各层间的矛矛盾，使不不同渗透性性和压力的的油层能够够比较合理理地平衡开开采。其方法就是是在油井内内下放一套套分层配产产管柱，以以控制各层层，使其在在合理的压压差下生产产。分层配产管管柱由套管、油油管、封隔隔器、工作作筒配产器器及丝堵等等组成。它它根据油井井内各油层层的性质，，用封隔器将其分开，，选择不同同大小的井底油嘴，控制生产产压差，使使各层断按按照其自身身特点进行行生产。油井封隔器器油井封隔器器是封隔油层层实行分层层开采的主主要井下工工具，按其其作用原理理和结构特特点，可分分为支撑式式、卡瓦式式、皮碗式式、水力扩扩张式、水水力自封式式、水力密密闭式和水水力压缩式式等多种型型式。其作用都是是用于井下下封隔油层层等，不仅仅用于自喷喷井采油，，还用于非非自喷井采采油，在分分层注水、、分层压裂裂酸化及分分层测试等等作业中，，也被广泛泛采用。封隔器编号号以下代号按按次序从左左至右顺序序排列，依依次为：部部定型产品品代号－油油田代号－－封隔器型型式代号－－套管或裸裸眼公称直直径代号－－设计结构构代号－结结构设计次次数。DDQ457-2型封封隔器部定型产品品代号油田代号：：大庆封隔器型式式代号：1（支撑式式）、2（（卡瓦式））、3（皮皮碗式）4（水力扩扩张式）、、5（水力力自封式））、6（水水力密封式式）、7（（水力压缩缩式）套管或裸眼眼公称直径径代号：4（110.25mm，或116.375mm裸眼）、、5（127mm和139.7mm套管管，146.05mm套管或或裸眼）、、6（162.3mm套管））、7（177.8mm和193.675mm套管管，或190.5mm和196.85mm裸眼眼）、8（219.075mm套管管、或215.9mm裸眼））、9（247.65mm裸裸眼）、11（298.45mm裸眼眼）、12（311.15mm裸眼））设计结构代代号：属于于第七种结结构结构设计次次数：第二二次设计油井封隔器器编号示例例支撑式封隔隔器支撑式封隔隔器是以井井底（或卡卡瓦封隔器器、支撑卡卡瓦）为支支点，加压压一定管柱柱重量来坐坐封封隔器器的，其结结构如图所所示。坐封时，将将封隔器连连接在管柱柱中，下放放到井内预预定的坐封封深度，由于承压接接头9和下下接头13与尾管（（或卡瓦式式封隔器，，或支撑卡卡瓦）相接接，以井底底（或卡瓦瓦式封隔器器，或支撑撑卡瓦）为为支点，坐坐封剪钉11在一定定的管柱重重量作用下下被剪断，，从而接头头1、调节节环3、中中心管7和和键12一一起下行，，压缩胶筒筒5，使胶胶筒的外径径变大，封封隔住油、、套管环形形空间。解封时，上上提管柱，，胶筒直径径变小，回回复到原来来状态。上接头销钉调节环胶筒隔环中心管承压接头坐封剪钉键压缩矩形垫环下接头图10－32DSL151型封隔器卡瓦式封隔隔器卡瓦式封隔隔器结构如如图，可防防止油管柱柱的轴向移移动，所用用胶筒为压压缩式，一一般均靠下下放一定管管柱重量坐坐卡和坐封封，也有靠靠从油管柱柱内加液压压来坐卡和和坐封的。。坐封时，将将封隔器下下放到预定定位置。由由于零件10～18组成的扶扶正器，依依靠弹簧14的张力力造成扶正正块13与与套管壁的的摩擦力，，沿轨迹中中心管19的轨迹槽槽运动，滑滑环销钉17就从短短槽的上死死点运动到到坐封位置置的长槽的的上死点，，卡瓦10就就从收拢状状态变成被被锥体撑开开状态，并并卡牢在套套管壁之上上。上接头定位销钉调节环胶筒隔环限位套锥体坐封剪钉卡瓦箍簧卡瓦座扶正块弹簧扶正器座滑环滑环销钉滑环套轨迹中心管与此同时，，坐封剪钉钉9在一定定管柱重量量的作用下下被剪断，，上接头1、、调节环3和轨迹中中心管19一起下行行，压缩胶胶筒5，使使其直径变变大，从而而封隔油、、套管环形形空间。解封时，上上提管柱，，上接头1、调节环环3和轨迹迹中心管19一起上上行。结果，滑环环销钉17运动到下下死点，锥锥体8退出出卡瓦10，卡瓦10收回解解卡，进而而胶筒5也也收回解封封。上接头定位销钉调节环胶筒隔环限位套锥体坐封剪钉卡瓦箍簧卡瓦座扶正块弹簧扶正器座滑环滑环销钉滑环套轨迹中心管上接头调节环挡环胶筒隔环中心管活塞剪钉卡块悬挂体活塞套小卡簧大卡簧保护环键下接头水力压缩式式封隔器水力压缩式式封隔器（（如图），，所用胶筒筒为压缩式式，无卡瓦瓦支撑，只只靠从油管管柱加液压压压缩胶筒筒，使直径径增大，封封隔油、套套管环形空空间。坐封时，从从油管内加加压力液，，经中心管管6的通孔孔作用到活活塞9上，，剪钉10被剪断，，活塞9和活活塞套15上行，压压缩胶筒4，使其直直径变大，，封隔油、、套管环形形空间。卸压后，由由于活塞套套15被大大卡簧17卡住，胶胶筒4仍处处于坐封状状态。上接头调节环挡环胶筒隔环中心管活塞剪钉卡块悬挂体活塞套小卡簧大卡簧保护环键下接头解封时，上上提管柱，，因上接头头1、调节节环2、中中心管6和和键19与与管柱相连连接，随之之上行，而而其余各件件则依靠胶胶筒与套管管壁间的摩摩擦力保持持不动。这样就从上上端撤去了了对胶筒的的压力，胶胶筒又收缩缩恢复原装装解封。配产器配产器通常常与封隔器器配合，下下入井中，，将各油层层分隔开，，实行分层层配产。其具体功用用是控制各各油层的回回压，适当当降低高渗渗透层的采采油量，相相对加大中中低渗透层层的采油量量，以达到到分层配产产或不压井井起下作业业的目的。。配产器主要要由工作筒筒和堵塞器器组成，其其工作原理理如图所示示。工作筒堵塞器油嘴密封圈配产器配产器通常常与封隔器器配合，下下入井中，，将各油层层分隔开，，实行分层层配产。其具体功用用是控制各各油层的回回压，适当当降低高渗渗透层的采采油量，相相对加大中中低渗透层层的采油量量，以达到到分层配产产或不压井井起下作业业的目的。。配产器主要要由工作筒筒和堵塞器器组成，其其工作原理理如图所示示。工作筒堵塞器油嘴密封圈工作原理：：工作筒一般般是带有两两个侧孔和和两个竖槽槽的环形圆圆筒，竖槽连通上上、下油管管，下部油油层段的油油气流通过过竖槽到上上部，侧孔孔只与本层层段的油气气流及工作作筒中心管管相连。当堵塞器从从井口投入入，坐落在在中心管上上时，通过过改变装在在堵塞器上上油嘴的直直径，就能能控制本层层段油气流流。若堵塞器上上装死嘴（（堵头），，该层段不不出油，而而其它油层层的油气流流仍可沿竖竖槽从油管管产出；若油嘴畅通通，则侧孔孔与竖槽两两个通道内内的油气流流在上部油油管内混合合喷出。更换油嘴时时，用专用用打捞器起起出堵塞器器，装好新新嘴子，配配好密封，，再投入井井内。用几级封隔隔器和配产产器配合使使用，便能能达到分几几层采油的的目的。工作筒堵塞器油嘴密封圈四、油井清清腊在原油开采采过程中，，无论蜡在在油层内还还是在油管管、集输管管道内析出出，都会增增加油流阻阻力，甚至至堵死油流流通道，严严重影响生生产。因此，开采采过程中，，除采取一一定的防蜡蜡措施外，，还应有一一定的清