采油方法机械

采油方法机械自喷采油法：完全依靠流体自身的能量将原油采出地面的方法叫自喷采油法，这样的生产井叫自喷井。优点：不需要补充能量，设备简单，操作方便,投资少,尽管自喷井数少，但产量很高。经济效益高。第一节自喷采油第2页,共79页，2024年2月25日，星期天油井自喷的条件

gH—井内静液柱压力Pfr—摩擦阻力Pt—油压第3页,共79页，2024年2月25日，星期天一、油井流入动态1、采油指数油井日产量与生产压差的比值。Pw产液指数

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。如果油井既产油,又产水：比采油指数：单位油层厚度上的采油指数。第4页,共79页，2024年2月25日，星期天

在不同的开采时期，地层中含气饱和度不同，采油指数不同。IPR曲线不是平行后退，而是随地层压力变化，呈外凸的曲线。Pwfq溶解气驱，不同时期IPR曲线不平行Pwfq弹性驱IPR曲线平行后退2、油气两相渗流的流入动态随着原油不断采出，,Sg,Ko

第5页,共79页，2024年2月25日，星期天无因次IPR曲线无因次坐标系：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=0Pwf=Pwf/=1

当Pwf=0qo=qomaxqo/qomax=1PrPr第6页,共79页，2024年2月25日，星期天q/qomax10Pwf/

Pr1

在不同条件下，IPR曲线不同，但无因次IPR曲线基本重合，可近似地用一条无因次IPR曲线来代替。第7页,共79页，2024年2月25日，星期天描述无因次IPR曲线的方程叫Vogel方程。利用这一方程可较容易地获得油井的IPR曲线。（6-2）第8页,共79页，2024年2月25日，星期天

已知地层压力，只需一个点的生产数据就可作出IPR，否则要4至5个实测点的生产数据才能作IPR曲线，或已知两个稳定生产点的数据，可作出IPR曲线。利用Vogel方程作IPR曲线误差早期5%，晚期20%，且绝对误差较小。第9页,共79页，2024年2月25日，星期天二、垂直管流1、混气液密度持液率(HL):单位管长内液体体积与油管容积的比值。持气率(HG):单位管长内气体体积与油管容积的比值。则混气液密度:

m=

GHG+

lHL=

G（1-HL）+

lHLHG+HL=1第10页,共79页，2024年2月25日，星期天2、滑脱现象

由于油气密度不同，在垂直管中气体比液体上升快的现象称为滑脱现象。两相的速度差叫气体的滑脱速度。vS=vG-vL

VSL-液相表观速度VSL=qL/AVSG-气相表观速度VSG=qG/AAL-油相截面积；AG-气相截面积。第11页,共79页，2024年2月25日，星期天

密度所引起的压力变化是油气流动时不可避免的压力损耗,叫有效损耗。滑脱引起的压力变化叫滑脱损失。第12页,共79页，2024年2月25日，星期天纯液流:从井底到井筒压力等于Pb的点之间。无气相,管内流动的是均质液体，叫纯液流，流体密度最大，压力梯度最大,压力分布曲线为直线。

3、垂直管气液两相管流的流型第13页,共79页，2024年2月25日，星期天泡流：管内从压力等于Pb起，有天然气析出，呈现泡状,分散在液相中。随着油流上升，压力下降,气泡渐渐膨胀，液相是连续相，气相是分散相。这时气体的体积流量仍较小。总流量不大，流速较低，摩阻小，密度比纯液流低，但滑脱损失较大,压降分布曲线呈上凹型。第14页,共79页，2024年2月25日，星期天段塞流：

随混气液上升,压力下降,小气泡膨胀成大气泡。当气泡断面几乎与油管直径相当时,井筒内形成一段气，一段液的流动结构。气段外有液膜。液相仍是连续相，气相是分散相。气体体积流量较泡流大,摩阻较泡流大,密度较小,滑脱较小。气段膨胀时顶着液段上升,举油效果好,总的压力损失最小。第15页,共79页，2024年2月25日，星期天环流(过渡流)：气体体积膨胀，气段增长,液段被突破,气段与上部气段相连形成中心是气、外环为液膜的流态。液体靠中心气流的摩擦携带作用向上运移。气相、液相均为连续相。这时体积流量较大,密度小。压降以重力为主过渡为以摩阻为主。总压降比段塞流大，压降曲线呈上凸型。第16页,共79页，2024年2月25日，星期天雾流：

气体体积流量越来越大,管壁的油膜越来越少,液相主要以雾状分散到气相中。气为连续相，液为分散相。这时密度很小,但流速很大,压降主要消耗在摩阻上。压降梯度变得更大,压能损失更为严重。第17页,共79页，2024年2月25日，星期天HP油气沿井筒喷出时的流型变化示意图ⅢⅡⅣⅠ—纯油流；Ⅱ—泡流；Ⅲ—段塞流；Ⅳ—环流；Ⅴ—雾流第18页,共79页，2024年2月25日，星期天套压(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PtPBPcLH第19页,共79页，2024年2月25日，星期天2、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/Ptqb点,当PB/Pt=C时,q最大;bc段：PB/Ptq=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第20页,共79页，2024年2月25日，星期天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。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。第21页,共79页，2024年2月25日，星期天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,临界压力比:4、单相气体嘴流第22页,共79页，2024年2月25日，星期天

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,保持油井生产稳定.第23页,共79页，2024年2月25日，星期天pwh——油压(Pt)，MPaRp——生产气油比，m3/m3qo——产油量，m3/dd——油嘴直径，mma、b、c——经验常数5、气液两相嘴流临界流动：d1d2D2

d1qPt第24页,共79页，2024年2月25日，星期天

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。第25页,共79页，2024年2月25日，星期天2、全井的协调协调条件:井底、井口产量相等,压力衔接。协调点：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。qPPtPwfBdqcC第26页,共79页，2024年2月25日，星期天

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。有两种方法连续气举间歇气举

采取何种方法取决于井的生产特征。第二节气举采油第27页,共79页，2024年2月25日，星期天一、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。第28页,共79页，2024年2月25日，星期天二、气源1、要求

(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。第29页,共79页，2024年2月25日，星期天三、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。第30页,共79页，2024年2月25日，星期天第31页,共79页，2024年2月25日，星期天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、气举装置类型第32页,共79页，2024年2月25日，星期天图6-12第33页,共79页，2024年2月25日，星期天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，使高压气体和井筒液体不能进入地层。3、闭式气举装置第34页,共79页，2024年2月25日，星期天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。第35页,共79页，2024年2月25日，星期天

喷出前，PwfPs；喷后，使油管内ρm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PwfPs时，地层开始产油，并使油管内ρm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。第36页,共79页，2024年2月25日，星期天若：Pe

Pc，则气举无法实现。

Pc—压缩机的额定输出压力。PePtPo3、启动时压风机压力变化曲线第37页,共79页，2024年2月25日，星期天

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。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。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。第38页,共79页，2024年2月25日，星期天注入气工作凡尔启动凡尔启动凡尔第39页,共79页，2024年2月25日，星期天

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、气举的卸载过程第40页,共79页，2024年2月25日，星期天

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。第41页,共79页，2024年2月25日，星期天6、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。第42页,共79页，2024年2月25日，星期天

机械采油方法（90%）生产井自喷采油方法（10%）

第三节有杆泵采油

气举（10%）深井泵有杆泵（

80%）无杆泵（

10%）用深井泵采油的井叫抽油井。机械采油方法第43页,共79页，2024年2月25日，星期天

有杆泵一般是指利用抽油杆上下往复运动所驱动的柱塞式抽油泵。一、有杆抽油装置

(SuckerRodPumping）典型有杆抽油装置如图

抽油机抽油装置抽油泵抽油杆第44页,共79页，2024年2月25日，星期天1、抽油机

游梁式抽油机主要由游梁—连杆—曲柄机构、减速机构、动力设备和辅助装置等四部分组成。

常规型抽油机异相型前置型第45页,共79页，2024年2月25日，星期天第46页,共79页，2024年2月25日，星期天

2、抽油泵

有杆泵采油的井下设备基本要求：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。第47页,共79页，2024年2月25日，星期天游动凡尔活塞泵筒衬套固定凡尔抽油泵的组成泵筒第48页,共79页，2024年2月25日，星期天柱塞上下运动一次称一个冲程,也称一个抽汲周期。上冲程：抽油杆带动活塞向上运动。

a.游动凡尔关闭，井口排液。

b.泵内压力下降，固定凡尔打开，泵内吸油。吸入条件：泵内压力沉没压力

c.抽油杆加载伸长，油管卸载缩短。

(1)泵的工作原理第49页,共79页，2024年2月25日，星期天沉没压力—泵吸入口的压力。动液面—生产时的环空液面高度。静液面—关井时的液面高度。hs—沉没度；hf—动液面高度。hshf第50页,共79页，2024年2月25日，星期天下冲程：抽油杆带动活塞向下运动a.泵内压力升高，固定凡尔关闭，停止吸油。b.游动凡尔打开，泵内油转入活塞以上的油管，井口出液。泵排出液体的条件：泵内压力活塞以上液柱压力c.抽油杆卸载缩短，油管杆加载伸长。第51页,共79页，2024年2月25日，星期天(2)泵的理论排量假设：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；抽油系统无漏失。即:柱塞上下吸入和排出的液体体积相等泵的理论排量为:

(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，。第52页,共79页，2024年2月25日，星期天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。杆式泵管式泵(3)抽油泵类型和结构第53页,共79页，2024年2月25日，星期天

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。第54页,共79页，2024年2月25日，星期天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油井口。第55页,共79页，2024年2月25日，星期天抽油杆扶正器:

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。第56页,共79页，2024年2月25日，星期天二、抽油机悬点载荷

在上冲程中，游动阀关闭，柱塞上下流体不连通。产生悬点静载荷的力包括抽油杆柱重力和柱塞上液柱的压力。1、悬点静载荷第57页,共79页，2024年2月25日，星期天(1)抽油杆柱重力(2)作用在柱塞上的液柱载荷上冲程悬点静载荷下冲程：第58页,共79页，2024年2月25日，星期天3、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)抽油杆柱与液柱之间的摩擦力F3(4)液柱与油管之间的摩擦力F4(5)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第59页,共79页，2024年2月25日，星期天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

发生在下冲程的最小载荷第60页,共79页，2024年2月25日，星期天三、泵效分析

实际产液量与泵的理论排量之比称为泵的容积效率，油田习惯称之为泵效。影响泵效的因素：（1）抽油杆柱和油管柱的弹性变形的影响;

（2）气体和泵充不满的影响;

（3）漏失的影响;

（4）地面脱气和冷却后液体体积收缩的影响.第61页,共79页，2024年2月25日，星期天对于组合杆柱:1、静载荷对柱塞冲程的影响

抽油杆和油管柱的变形量为:

总的静载变形量λ为：第62页,共79页，2024年2月25日，星期天

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λ，故λ也称静载冲程损失。

选用较长S，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，最小载荷减少，使杆柱受力条件变差。第63页,共79页，2024年2月25日，星期天2、气体对泵效的影响泵的充满系数：它表示泵在工作过程中被液体充满的程度。充满系数越高,泵效越高.R—泵内气液比,R=Vg/VLVLVL

图6-21K—余隙系数,K=VS/VP第64页,共79页，2024年2月25日，星期天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6-21第65页,共79页，2024年2月25日，星期天

3、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生的漏失都会降低泵效。第66页,共79页，2024年2月25日，星期天

井内液体含腐蚀性介质油井出砂结蜡

磁化现象导致漏失

井身弯曲漏失原因:第67页,共79页，2024年2月25日，星期天(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、提高泵效的措施第68页,共79页，2024年2月25日，星期天(3)选择合理的下泵深度

Lp2,Lp小,

小。

P大,Lp就大，

可能大，会降低泵效;就气体影响而言,P越大,则R越小,可提高泵效；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。

第69页,共79页，2024年2月25日，星期天(4)选择合理的泵径

D2D越大

就越大深井不宜用大泵。(5)选用大SK=Vs/Vp,Vs与冲程无关，

Vp

SpS

Sp

K

，气体影响下降第70页,共79页，2024年2月25日，星期天

(6)安装气锚,减少进泵气量上冲程：气体有向上分速度，一部分气体被挡在气锚外，另一部分气体刚进气锚又流向顶部。下冲程：气锚内气体被分离掉,气泡直径越大,效果越好,但不能成段塞。环空越大越好，液流速度越低越好。长度越长越好。第71页,共79页，2024年2月25日，星期天总之(1)一般油井：选长冲程、小泵径、中冲数

S

K

s

D

s

(2)稠油井：大泵径(流动阻力小)，长冲程，小冲数，充满系数大。(3)连喷带抽井：压力较高，油气比低，井以大冲数诱喷