采油工程.ppt

1、通过勘探、钻井、试油之后，将具有工业开采价值的油（气）井交给采油队，那么采油的基本任务是什么呢？ 采油的基本任务就是在经济条件许可的情况下，最大限度地将地下原油开采到地面上来，并实现合理、高产、稳产。,采 油 方 法,自喷采油法（Flowing Production ） 人工举升法（Artifical Lift ） 游梁式深井泵采油（Beam Pumping） 有杆泵采油 螺杆泵（Screw Pumping） 气举（Gas Lift） 无杆泵采油 电潜泵（ESP） 水力活塞泵（Hydraulic Pumping） 射流泵（Jet Pumping）,采 油 方 法,采油方法(一)自喷采油法,利用

2、油层本身的能量使地层原油喷到地面的方法称为自喷采油法。 自喷采油原理：主要依靠溶解在原油中的气体随压力的降低分离出来而发生的膨胀。 在整个生产系统中，原油依靠油层所提供的压能克服重力及流动阻力自行流动，不需人为补充能量，因此自喷采油是最简单、最方便、最经济的采油方法。,1.自喷井生产系统的基本流动过程 （1）地层中的渗流：10-15% （2）井筒中的流动：30-80% （3）嘴流：5-30% （4）地面管线流动：5-10%,采油方法自喷采油法,2.气液混合物在油管中的流动规律 （1）纯液流（net liquid flow） （2）泡流（bubble flow） （3）段塞流（slug flow

3、 ） （4）环流/过渡流（annular / transition flow） （5）雾流（mist flow）,采油方法自喷采油法,采油方法自喷采油法,泡流特点：气体是分散相，液体是连续相；存在滑脱，滑脱损失最大；摩擦损失小 段塞流特点：气体是分散相，液体是连续相；存在滑脱，但滑脱损失小；举油效率高，压降小 环流/过渡流特点：气液均为连续相；滑脱很小；举油主要靠摩擦携带，摩擦损失大 雾流特点：液体为分散相，气体为连续相；混合物速度很高，无滑脱；摩擦损失最大,采油方法自喷采油法,3.气液混合物通过油嘴的流动规律（choke flow） 油嘴是调节和控制自喷井产量的装置。一般情况下，在选择井口的

4、油嘴大小时，除要求保证油井高产稳产外，还要求油井的生产能够稳定，即地面管线的压力波动不影响油井的产量。 当气液混合物通过油嘴时，由于直径较小，流速极高，所以有可能达到临界状态。 临界状态：油气混合物的流速达到压力波在该介质中的传播速度（声速）时的流动状态。,采油方法自喷采油法,采油方法(二)有杆泵采油,有杆泵采油的优点： 设备简单；结构牢固；性能可靠；管理经验比较完善 有杆泵采油的缺点： 设备笨重；仅适用于浅井、中深井；对特殊井（斜井、弯井、海上油井）有困难；对砂、蜡、盐、水、稠的适应性差,一、深井泵采油（“三抽”设备）,（一）抽油机 1、分类：游梁式和无游梁式 2、组成：四大部分 游粱连杆曲

5、柄机构、减速装置、动力设备和辅助装置,采油方法(二)有杆泵采油,结构特点： 曲柄连杆机构和驴头均位于支架的前边，曲柄连杆机构存在一定的相位夹角（15度左右）和平衡相位角（20度左右）。 前置型游梁式抽油机优点： 动载较小；悬点最大载荷较小；减速箱峰值扭矩降低；扭矩变化均匀；电动机动力降低，有明显的节能效果。主要适用于悬点载荷大于120kN、冲程大于3.6m的油井。 前置型游梁式抽油机缺点： 结构不平衡大大增加；工作时间前冲力较大，影响基架的稳定性。因此，在我国前置型游梁式抽油机应用尚不广泛。,一、深井泵采油（“三抽”设备）,（一）抽油机 3、平衡方式：机械平衡和气动平衡 机械平衡又分为曲柄、游

6、粱和复合平衡 4、型号说明：（CYJ10-3-48(H)B） CYJ游粱式抽油机系列代号；10悬点最大载荷(10KN)；3光杆最大冲程(m)；48减速箱输出轴最大扭矩(KNm)；H减速箱齿轮齿形代号；B平衡方式代号(B曲柄平衡；Y游梁平衡；F复合平衡；Q气动平衡) CYJ常规型；CYJQ前置型；CYJY异相型,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油（“三抽”设备）,（二）抽油杆 1、分类：常用的主要有钢制抽油杆、玻璃纤维抽油杆、空心抽油杆三种类型。此外，还有连续抽油杆、钢丝绳抽油杆、不锈钢抽油杆、非金属带状抽油杆等特殊用途的抽油杆。,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油（“三抽”设备）,普通杆特点：

7、结构简单、制造容易、成本低；直径小，有利于在油管中运行 玻璃钢杆特点：耐腐蚀、有利于延长寿命；重量轻、有利于降低抽油机悬点载荷和节约能量；弹性模量小，可实现超行程，有利于提高泵效。 空心杆特点：成本高，可用于热油循环和热电缆加热，也可通过空心通道向井内添加化学剂，适用于高含蜡、高凝固点的稠油井。,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油（“三抽”设备）,（二）抽油杆 2、符号说明：CYG 25 / 120 C(B) CYG抽油杆代号；25抽油杆直径(mm)；120短抽油杆长度(mm)；C杆材强度代号(C40号、45号钢正火处理；B20CrMo钢调质处理) 根据需要可下入单级杆和多级杆。 常用的杆体直

8、径有13mm、16mm、19mm、22mm、25mm和29mm,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油（“三抽”设备）,（二）抽油杆 3、新型抽油杆的发展： 为满足大泵强采、小泵深抽、稠油井、高含蜡井、腐蚀井和斜井采油的需要，以增加杆的承载、耐腐蚀、耐磨损，提高杆的使用可靠性与寿命，已开发出多种特殊抽油杆，如加高强度抽油杆、玻璃钢抽油杆、铝合金抽油杆、不锈钢抽油杆、喷涂保护处理抽油杆、空心抽油杆、连续抽油杆、钢丝绳抽油杆等。,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油（“三抽”设备）,（三）抽油泵 1、分类：普通抽油泵和特殊用途抽油泵 为满足开采复杂条件的要求，近年来，国内外研制出了具有特殊用途的抽油泵。

9、国内推广的主要有：防砂卡泵、长柱塞泵、环阀式防气抽油泵、浸入式抽稠油泵、流线型抽油泵、流压反馈抽稠油泵、双向进油抽稠油泵等。,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油（“三抽”设备）,（三）抽油泵 普通式抽油泵主要由工作筒、柱塞、游动凡尔和固定凡尔组成。根据其结构不同可分为管式泵和杆式泵。 管式泵特点：泵径较大、排量大，适用于产量高、油井较浅、含砂较少的井使用。 杆式泵特点：泵径较小、排量低，适用于产量低的深井使用。,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油（“三抽”设备）,（三）抽油泵 2、型号说明：CYB/56/T/H/A/C/5/1.8/0.7 CYB抽油泵代号；56泵径(mm)；T泵型式； H 泵

10、筒型式； A 定位部位；C定位部件型式；5泵筒长度(m)，1.8柱塞长度(m)；0.7加长短节长度(m),采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油（“三抽”设备）,（三）抽油泵 3、工作原理： 深井泵是依靠抽油机带动抽油杆使活塞在衬套内部做往复运动来实现抽油的。,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油（“三抽”设备）,（三）抽油泵 3、工作原理：,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油（“三抽”设备）,（三）抽油泵 4、泵效：实际排量 / 理论排量 1） 泵工作的三个基本环节： 活塞让出体积 原油进泵 原油从泵内排出,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油（“三抽”设备）,（三）抽油泵 4、泵效： 2） 影响泵

11、效的因素： 杆柱和管柱的弹性伸缩 气体和充不满 漏失（排出、吸入、其它）,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油（“三抽”设备）,（三）抽油泵 4、泵效： 3） 提高泵效的措施： 选择合理的工作方式 确定合理的沉没度 改善泵结构 合理利用气体能量、减少气体影响,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油,（四）抽油机悬点运动规律及悬点载荷 1、抽油机悬点运动规律 ： 掌握抽油机悬点的位移、速度和加速度的变化规律是研究抽油装置动力学、进行抽油设计和分析其工作状况的基础。 作为一般计算分析，可简化为简谐运动和曲柄滑块运动两种形式分别进行研究。但做精确的分析计算和抽油机结构设计时，则必须按四连杆机构来研究抽油机

12、的实际运动规律，可用图解法或根据解析式用计算机来精确计算每种抽油机的位移、速度和加速度。,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油,（四）抽油机悬点运动规律及悬点载荷 2、抽油机悬点载荷： 抽油机在不同抽汲参数下工作时，悬点所承受的载荷是选择抽油设备和分析设备工作状况的重要依据。因此必须了解悬点承受了哪些载荷和如何计算这些载荷。,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油,（四）抽油机悬点运动规律及悬点载荷 2、抽油机悬点载荷：,悬点承受的载荷,静载（杆柱、液柱） 惯性载荷（杆柱、液柱） 动载 摩擦载荷（固固、液固） 其它载荷（沉没压力 、井口回压、 振动、冲击 ）,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油,（五

13、）系统效率 1、定义：将液体举升至地面的有效功率与系统输入功率的比值。 有效功率：在一定的扬程下，将一定排量的井下液体提升到地面所需要的功率。也叫水功率。 输入功率：驱动抽油机的电动机的输入功率即为抽油机的输入功率。 光杆功率：光杆提升液体和克服井下各种阻力所消耗的功率为抽油机的光杆功率。,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油,（五）系统效率 2、系统效率的分解： 根据抽油机系统工作的特点，可将抽油机系统的效率分为两部分：地面效率和井下效率。 以光杆悬绳器为界，悬绳器以上的机械传动效率和电机运行效率的乘积为地面效率。 悬绳器以下从抽油泵到井口（包括回压）的效率为井下效率。,采油方法有杆泵采油,一

14、、深井泵采油,（五）系统效率 3、提高系统效率的措施： 据有关资料介绍及我们的研究表明，在我国有杆抽油系统效率不足20%。 提高有杆泵抽油系统效率的措施主要包括：采用节能型机采设备、加强管理、抽汲参数优选等。具体应从以下几方面考虑：,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油,（五）系统效率 1）应用系统效率控制图,一区、二区：设计合理、抽汲参数匹配，管理较好，系统效率较高（正常） 三区：设备选择较大，或抽汲参数不匹配，或供液不足，造成系统效率过低（不正常）,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油,（五）系统效率 1）应用系统效率控制图,调整区：设备选择过小；或抽汲参数设计不合理；或供液能力强，造成泵吸入

15、口压力过高，系统效率过低（不正常） 控制区：系统效率较高，但泵吸入口压力过高（基本正常）,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油,（五）系统效率 2）解决“大马拉小车” “大马”指的是电气设备的能力（容量、功率）大；“小车”则指负载（各种工作机）量小，即所需的功率较小。大家常提到的“大马”主要是指最常用的电动机，当它与被拖动的机械不配套而容量过大时，即“大马拉小车”。 “大马拉小车”的结果是使电机电能利用率变差，对提高有杆泵抽油系统效率极为不利。,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油,（五）系统效率 3）推广异相型曲柄平衡抽油机与前置型抽油机 国内外的研究与实践都表明，异相曲柄平衡抽油机与前置型抽油

16、机节能幅度大，适应范围广，应积极推广。 一般来讲，悬点载荷在120kN以下的，可选择异相曲柄平衡抽油机；悬点载荷在120kN以上的，可考虑选择前置型抽油机。,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油,（五）系统效率 4）保持适当的举升高度 有杆泵抽油系统效率随有效扬程的增加而增加。对于正常抽油机井，有效举升高度基本相当于举升高度，为使抽油机在高效率下运行，要保持适当的举升高度。,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油,（五）系统效率 5）严防非正常漏失 对油田低效率井的分析表明，漏失（特别是非正常漏失）严重影响井下效率。 主要包括油管漏失、游动凡尔漏失和固定凡尔漏失。,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油

17、,（六）抽油系统工况 “五指法” “光杆动力仪”或“地面示功仪” “井下动力仪” “计算机诊断技术”,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油,（六）抽油系统工况,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油,（六）抽油系统工况,采油方法有杆泵采油,一、深井泵采油,（六）抽油系统工况,采油方法有杆泵采油,二、螺杆泵采油,螺杆泵是一种新型的机械采油设备。苏联于1973年首先研制成功采油用井下单螺杆泵，之后，美国、加拿大、法国等一些国家也相继研制和应用了螺杆泵采油。我国从1986年开始引进和使用螺杆泵采油。 采油螺杆泵，就其驱动方式来讲，可分为地面驱动和井下驱动两类。目前广泛应用的是地面驱动单螺杆泵。,采油方法有

18、杆泵采油,（一）系统组成 螺杆泵主要由地面驱动和井下泵两部分组成。驱动部分由防爆电机、皮带轮、减速箱和光杆密封器组成。井下泵由接头、转子、定子、定位衬套和扶正器等组成。,二、螺杆泵采油,采油方法有杆泵采油,二、螺杆泵采油,（二）工作原理 螺杆泵是靠空腔排油（即转子与定子间形成的一个个互不连通的封闭腔室），当转子转动时，封闭空腔沿轴线方向由吸入端向排出端方向运移。封闭腔在排出端消失，空腔内的原油也就随之由吸入端均匀地挤到排出端。同时，又在吸入端重新形成新的低压空腔将原油吸入。这样，封闭空腔不断地形成、运移和消失，原油便不断地充满、挤压和排出，从而把井中的原油不断地吸入，通过油管举升到井口。,采油

19、方法有杆泵采油,二、螺杆泵采油,（三）特点 1）结构简单，占地面积小，有利于海上平台和丛式井组采油； 2）只有一个运动件（转子），适合稠油井和出砂井应用； 3）无脉动排油特征； 4）阀内无阀件和复杂的流道，水力损失小； 5）泵实际扬程受液体粘度影响大，粘度上升，泵杨程下降较大。,采油方法有杆泵采油,二、螺杆泵采油,（四）国内技术现状 1）螺杆泵采油技术应用领域比较宽广，不仅在高粘、含气、含砂的油井上得到应用，而且在高含水、海上油井上也得到了应用。在发挥螺杆泵解决高粘度、高含气、高含砂油井井液抽汲难的优越性的同时，配合各种防砂措施和电加热空心抽油杆，使螺杆泵的应用领域不断拓宽。 2）通过开发一系

20、列专用配套装置，解决了驱动系统调控、管柱防脱与扶正、杆柱防脱与扶正、泵与抽油杆的对接、抽空保护、清防蜡解堵、工况诊断等技术难题。,采油方法有杆泵采油,二、螺杆泵采油,（四）国内技术现状 3）通过研究螺杆泵系统所受作用力和力矩，建立了描述系统工作状况的数学模型，为螺杆泵采油系统的分析诊断奠定了基础。 4）通过开展螺杆泵工况诊断和优化技术的研究，可以帮助人们正确判断油井工作状况，提供地面驱动系统、井筒内杆柱设计和泵型等方面的优化设计方案，提出调参的依据。,采油方法有杆泵采油,二、螺杆泵采油,（四）国内技术现状 5）螺杆泵实验室已初具规模，可以检测螺杆泵水力特性、定子橡胶耐油气浸特性、螺杆泵结构参数

21、等，在不同工况条件下模拟螺杆泵工作特性，进行综合评价。 6）开展了潜油电机驱动螺杆泵的试验，在电机变极降速、井下机械降速、变频降速等方面进行了有益的探索。设计试验了地面驱动、油管传动扭矩带动井下定子转动螺杆泵，取得了良好的生产效果。,采油方法有杆泵采油,二、螺杆泵采油,（五）发展趋势 1）为提高排量和扬程，国外各公司在单螺杆泵结构优化的同时，积极研究多头螺杆泵。 2）为提高螺杆泵的综合性能和使用寿命，国外各公司在优化定子橡胶的配方和增强转子的耐磨、抗腐蚀的同时，还探索使用金属定子、非金属转子。,采油方法有杆泵采油,二、螺杆泵采油,（五）发展趋势 3）为降低螺杆泵的制造成本，以提高经济效益，国外

22、各公司在普遍从采用圆钢毛坯加工成型转子向采用热轧成型转子方向发展的同时，积极发展钢管热轧成型转子。 4）为避免杆、管磨损和抽油杆断脱问题，以减少井下事故，国外各公司不断改进井下驱动的螺杆泵系统，应用规模日益扩大。,采油方法有杆泵采油,一、气举采油（Gas Lift）,当地层供给的能量不足以把原油从井底举升到地面时，人为地把气体（天然气或空气）压入井底，使原油喷出地面，这种采油方法称为气举采油法。 1、原理 1）气体的膨胀能 2）降低混气液的密度和井底回压,采油方法无杆泵采油,一、气举采油（Gas Lift）,2、气举方法分类 根据根据井况、注气方式及井口生产方式的不同，可将气举采油分为： 1）

23、连续气举：适用于采油指数较大、井底流压较高的井 2）间歇气举：适用于采油指数较大、井底流压较低的井；适用于采油指数和井底流压都低的井,采油方法无杆泵采油,各类气举采油方式对比表,各类气举采油方式对比表（续）,一、气举采油（Gas Lift）,3、气举装置的类型 4、气举凡尔 气举凡尔可分为卸载凡尔、工作凡尔和备用凡尔。其作用为： 1）卸掉油井的液体载荷，使气体从最合适的部位注入； 2）控制注气量,采油方法无杆泵采油,一、气举采油（Gas Lift）,4、气举凡尔 气举凡尔的类型与特性： 1）气压控制凡尔：靠环形空间气体压力来实现凡尔的关闭或打开。套压升高，凡尔打开；套压降低，凡尔关闭。 2）液

24、压控制凡尔：靠油管液柱压力来实现凡尔的打开与关闭。油压升高，凡尔打开；油压降低，凡尔关闭。 3）节流式凡尔：套压升高，凡尔打开；油压或套压降低，凡尔关闭。 4）综合式凡尔：油压升高，凡尔打开；套压或油压降低，凡尔关闭。5）弹簧凡尔,采油方法无杆泵采油,一、气举采油（Gas Lift）,5、气举采油的优点 1）气举井井下设备一次性投资低，维修工作量小 2）能延长油田开采期限，增加油井产量 3）不受开采液体中腐蚀性物质和高温的影响 4）井下无摩擦件，适宜于含砂、蜡、水的井 5）易于在斜井、拐弯井、海上平台上使用 6）容易实现集中管理和控制 7）可用于诱导油气流和压裂酸化后的排液,采油方法无杆泵采油

25、,一、气举采油（Gas Lift）,6、气举采油的局限性 1）必须有充足的气源；2）压缩机的操作和维护费用高；3）使用腐蚀性气体气举时，需增加气体的处理费用和防腐措施费用；4）连续气举在高压下工作，安全性较差；5）套管损坏了的高产井不宜采用气举；6）不宜用于结蜡井和稠油井；7）单独用于小油田和单井的效果差,采油方法无杆泵采油,一、气举采油（Gas Lift）,7、国内外发展趋势及动态 目前国际上正在兴起混合的人工举升法，即将有杆泵和电潜泵作为一次系统，和气举联合使用作为二次系统。这种设计采用了一个较宽的操作范围，即允许单独或联合使用一次系统和二次系统，从而在混合系统的运行中达到最佳技术经济条件

26、和经济性能。 这种混合的人工举升方法与单一的气举方法相比能更好地提高油井产量。,采油方法无杆泵采油,二、 电潜泵采油（Electrical Submersible Pumping） 1、工作原理 潜油电泵是井下工作的多级离心泵，同油管一起下入井内，地面电源通过变压器、控制屏和潜油电缆将电能输送给井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把油井的井液举升到地面。,采油方法无杆泵采油,二、 电潜泵采油（Electrical Submersible Pumping） 2、组成 井下部分：是ESP的主要机组，包括潜油电机、保护器、分离器和多级离心泵，起抽油的主要作用 中间部分：由特殊

27、结构的电缆和油管组成 地面部分：包括控制屏、变压器和辅助设备,采油方法无杆泵采油,二、 电潜泵采油（Electrical Submersible Pumping） 3、工作流程,动力电缆将地面电力送到电机 保护器防止井液进入电机 电机带动离心泵工作 井液经气体分离器进入离心泵 泵给井液加速，使井液具有动能 动能转变为压头，井液经油管被举升到地面,采油方法无杆泵采油,.电潜泵采油（Electrical Submersible Pumping） 4、适用范围及特点 使用电泵的实践表明，对于强水淹井，高产井、浅井和中深井、深井以及方向井、多砂和多蜡井，电泵的使用效果都很好。其排量范围为16 m3/d

28、14310 m3/d；最大下泵深度可达4600m，井下最高工作温度可达230。,采油方法无杆泵采油,.电潜泵采油（Electrical Submersible Pumping） 5、潜油电泵新技术发展 1）潜油电泵新产品 水平电泵用于高压注液井（Reda公司制造，排 量4769m3/d，排出压力27.6MPa 低排量高泵效电泵外径101.6mm、400级 用于水平井的电泵美国ODI公司制造出可使电 泵通过12 /30m弯曲段的专 用装置，并已成功应用,采油方法无杆泵采油,.电潜泵采油（Electrical Submersible Pumping） 5、潜油电泵新技术发展 2）潜油电泵机组改进

29、电泵轴套减少磨损 电泵动力油管为电机提供动力 串联双级旋转式分离器提高分离效率,采油方法无杆泵采油,三、水力活塞泵采油（Hydraulic Pumping） 1、工作原理 井下水力活塞泵由紧密组合成一体的马达和泵组成。高压动力液经动力液管柱泵入井内，驱动马达，而乏动力液和油井采出液则由生产管柱返出地面。所依据的基本原理就是帕斯卡定律。,采油方法无杆泵采油,三、 水力活塞泵采油（Hydraulic Pumping） 2、组成 井下部分：由工作筒、滑阀、拉杆、排出筒、吸入阀、固定阀、换向槽、封隔器等组成，起抽油的主要作用 地面部分：包括地面动力泵、各种控制阀及动力液处理设备，担负提供动力的任务 中

30、间部分：动力液由地面井下机组的中心油管，乏动力液和产出液排至地面的专门通道。,采油方法无杆泵采油,三、水力活塞泵采油（Hydraulic Pumping） 3、分类 按系统井数分：单井流程系统、多井集中泵站 系统、大型集中泵站系统 按动力液循环分：闭式循环和开式循环 按动力液性质分：原油动力液和水基动力液,采油方法无杆泵采油,三、水力活塞泵采油（Hydraulic Pumping） 4、特点 水力活塞泵对油层深度、含蜡、稠油、斜井及水平井具有较强的适应性。其主要缺点是机组结构复杂，加工精度要求高，动力液计量困难。 1）泵排量范围较大（16-1600m3/d）；2）可用于斜井；3）便于加化学剂；

31、4）适宜抽重质油；5）可用于单井或多井；6）可在温度相对较高的井内工作,采油方法无杆泵采油,5、应用范围及工艺条件,四、射流泵采油（Jet Pumping） 1、系统组成 分为地面部分、中间部分和井下部分。其中地面部分和中间部分与水力活塞泵相同，所不同的是水力喷射泵只能安装成开式动力液循环系统。井下部分是射流泵，由喷嘴、喉管和扩散管三部分组成。,采油方法无杆泵采油,四、射流泵采油（Jet Pumping）,采油方法无杆泵采油,四、 射流泵采油（Jet Pumping） 2、工作原理 动力液从油管注入，经射流泵的上部流至喷嘴喷出，进入与地层液相连通的混合室。在喷嘴处，动力液的总压头几乎全部变为速

32、度水头。进入混合室的原油则被动力液抽汲，与动力液混合后流入喉管，在喉管内进行动量和动能转换，然后通过断面逐渐扩大的扩散管，使速度水头转换为压力水头，从而将混合液举升到地面。,采油方法无杆泵采油,四、 射流泵采油（Jet Pumping）,采油方法无杆泵采油,四、 射流泵采油（Jet Pumping） 3、特点 （1）井下设备没有动力件 （2）射流泵可座入与水力活塞泵相同的工作筒内（3）不受举升高度的限制 （4）适于高产液井 （5）初期投资高 （6）腐蚀和磨损会使喷咀损坏 （7）地面设备维修费用相当高,采油方法无杆泵采油,采油方法优选及组合应用,1. 人工举升方法的优选 选择人工举升方法应考虑的

33、因素 （1）油藏的驱动类型 （2）油藏流体的性质 （3）油井的完井状况及生产动态 （4）油井生产中出现的问题 （5）油井所处的地面环境 （6）油田开发中、后期的开采方式 （7）各种采油方法的经济效果,1. 人工举升方法的优选 选择人工举升方法的基本模式 人工举升方式选择的基本出发点是少井、高产、适用、经济。 人工举升方法的优选，应进行以下两方面的研究工作：（1）人工举升方法可行性研究；（2）油井生产动态研究,采油方法优选及组合应用,2. 人工举升方法的组合应用 电潜泵气举组合 射流泵有杆泵组合 射流泵气举组合,采油方法优选及组合应用,2. 人工举升方法的组合应用 （1）电潜泵气举组合 气举用作

34、备用采油方式 气举用于排液卸载和稳产 电潜泵气举联合举升,采油方法优选及组合应用,2. 人工举升方法的组合应用 （2）射流泵有杆泵组合 射流泵有杆泵组合工艺 有杆射流增压泵,采油方法优选及组合应用,2. 人工举升方法的组合应用 （3）射流泵气举组合 射流泵气举组合举升方法是将普通气举阀去掉，在该位置的油管内安装一个特殊设计的射流泵，从而形成喷射气举工艺。,采油方法优选及组合应用,主 要 内 容,完井方式与试油（气） 采油方法 增产（注）措施 复杂条件下的开采新技术 采气工艺,油水井增产增注措施,压裂（Fracturing） 水力压裂（Hydraulic Fracturing） 高能气体压裂（H

35、igh Energy Gas Fracturing ） 酸化（Acidizing or Acid Stimulation） 碳酸盐岩地层的盐酸酸化 砂岩地层的土酸酸化 物理法增产增注技术,增产（注）措施压裂,一、水力压裂（Hydraulic Fracturing） 1.定义 利用地面高压泵组，以大大超过地层吸收能力的排量将高粘液体注入井中，使井底憋压，当此压力超过井壁附近地应力及岩石的抗张强度后，在井底附近地层中产生裂缝，继续将带有支撑剂的携砂液注入缝中，此缝向前延伸，这样停泵后即可在地层中形成足够长度、一定宽度及高度的填砂裂缝，整个过程就称为水力压裂。 其过程为：地层破裂裂缝延伸支撑剂填砂裂

36、缝（具有很高的导流能力）,增产（注）措施压裂,一、水力压裂（Hydraulic Fracturing） 2.目的 （1）增产增注 （2）封堵大厚层底水 （3）提高油气田工业开采价值（勘探阶段）,一、水力压裂（Hydraulic Fracturing） 3.增产增注原理 1）改变了地层中流体渗流方式 压前：径向流 压后：流体裂缝井底（直线流） 径向流（压前）直线流（压后），使压力损失减少10倍。,增产（注）措施压裂,一、水力压裂（Hydraulic Fracturing） 3.增产增注原理 2）增加了油水井渗流面积 压前：7.5”套管，20m厚，其渗流面积约12m2 压后：缝高20m，缝长100

37、m（垂直缝），其渗流面积约80000m2，对于水平裂缝，相当于增大了井半径。,增产（注）措施压裂,一、水力压裂（Hydraulic Fracturing） 3.增产增注原理 3）开辟了“新”的产油区 通过压裂，沟通了井底与微裂缝、透镜体的联系，而死油区成了“新”的产油区。,增产（注）措施压裂,一、水力压裂（Hydraulic Fracturing） 3.增产增注原理 4）裂缝使油、水流“绕过”了伤害区 钻井时泥浆污染，注水井水质不合格而造成的污染堵塞，这样就限制了油井的产量、水井的注水量。通过压裂，提高了井底附近地层的渗透率，相当于使油（水）流“绕过”了伤害区。,增产（注）措施压裂,一、水力压

38、裂（Hydraulic Fracturing） 4. 地应力状态对造缝的影响 水力裂缝的形态取决于地应力的大小和方向。压裂时，在油层中形成何种裂缝，取决于地层中垂向应力何水平应力的相对大小。 当z x y 时，裂缝面垂直于y 当z y x时，裂缝面垂直于x 当y x z 时，将出现水平缝,增产（注）措施压裂,一、水力压裂（Hydraulic Fracturing） 4. 地应力状态对造缝的影响,增产（注）措施压裂,一、水力压裂（Hydraulic Fracturing） 5.压裂液 影响压裂施工的各种因素中，压裂液的性能是其中的主要因素之一。 1）压裂液的任务 压裂液是一个总称，根据其在施工过

39、程中不同阶段的任务不同，可分为前置液、携砂液和顶替液三种。,增产（注）措施压裂,一、水力压裂（Hydraulic Fracturing） 5.压裂液 2）压裂液的性能要求 滤失少；悬砂能力强；摩阻低；稳定性好（热稳定性和抗机械剪切）；配伍性好；低残渣；易返排；货源广、便于配制、价格便宜,增产（注）措施压裂,一、水力压裂（Hydraulic Fracturing） 5.压裂液 3）压裂液的类型 水基压裂液 油基压裂液 酸基压裂液 泡沫压裂液 乳状压裂液,增产（注）措施压裂,一、水力压裂（Hydraulic Fracturing） 6.支撑剂 1）支撑剂的类型 压裂后能否在地层中造出一条高裂缝导流

40、能力、足够长度的填砂裂缝，直接关系到压裂后的增产效果合压裂施工的成败。 脆性支撑剂（石英砂、玻璃珠、陶粒） 韧性支撑剂（核桃壳、铝球）,增产（注）措施压裂,一、水力压裂（Hydraulic Fracturing） 6.支撑剂 2）对支撑剂的要求 粒径要均匀 强度要高，密度适中 杂质含量少 砂子园球度要好 货源广，价廉。,增产（注）措施压裂,一、水力压裂（Hydraulic Fracturing） 7.压裂工艺技术 1）选井层 2）分层压裂 3）深层压裂 4）重复压裂,增产（注）措施压裂,二、高能气体压裂 （High Energy Gas Fracturing） 利用火药或推进剂在油、气、水井中

41、有控制地燃烧，产生大量超过地层最大就地应力值的高温高压气体，以脉冲加载方式作用于地层，使井筒周围地层岩石发生破裂，形成不受地应力控制的多条裂缝。,增产（注）措施压裂,二、高能气体压裂(High Energy Gas Fracturing) 1.增产（注）机理 造缝作用 热力作用 物理化学作用,增产（注）措施压裂,二、高能气体压裂(High Energy Gas Fracturing) 1.增产（注）机理 1）造缝作用 井筒附近地层产生多条、多方位随机的径向裂缝，在地层岩石应力作用下产生剪切错位，使缝面凹凸处相错，同时裂缝面处岩石产生少量碎屑也能支撑裂缝，改善了地层的渗流能力。,增产（注）措施压

42、裂,二、高能气体压裂(High Energy Gas Fracturing) 1.增产（注）机理 2）热力作用 热力作用可清除近井地带的沥青质、胶质、石蜡等沉积物的堵塞和使原油降粘。,增产（注）措施压裂,二、高能气体压裂(High Energy Gas Fracturing) 1.增产（注）机理 3）物理化学作用 爆炸所产生的冲击波作用于地层可疏通孔隙通道，降低毛管力，使原油降粘等。化学反应的生成物（如CO，CO2，N2，NO，HCl等气体）进入地层后，前三种气体易溶于原油、降低原油粘度、提高原油溶解石蜡、胶质及沥青质的能力；后两种气体生成物均溶于水生成硝酸和盐酸，在地层中能起到酸化的作用。,

43、增产（注）措施压裂,二、高能气体压裂(High Energy Gas Fracturing) 2.高能气体压裂技术发展趋势 高能气体压裂与射孔复合技术 高能气体压裂与水力压裂及酸化复合技术 液体药高能气体压裂 袖套式射孔压裂复合技术,增产（注）措施压裂,二、高能气体压裂(High Energy Gas Fracturing) 2.高能气体压裂技术发展趋势 1）高能气体压裂与射孔复合技术 高能气体压裂与射孔复合技术是一项射孔与高能气体压裂相结合的增加油气产量的新技术。其特点包括： 增加了高温高压气体的能量利用率；简化了施工工艺；增加了高速射流的作用过程 ；可以实现隔层位同时施工。,增产（注）措施

44、压裂,二、高能气体压裂(High Energy Gas Fracturing) 2.高能气体压裂技术发展趋势 1）高能气体压裂与射孔复合技术 高能气体压裂与射孔复合的另外一个技术是超正压射孔技术。 超正压射孔技术 (简称 EOP)是采用井眼压力远高于使地层产生裂缝所需要的压力 (即岩层破裂压力 )的条件下进行射孔。,增产（注）措施压裂,二、高能气体压裂(High Energy Gas Fracturing) 2.高能气体压裂技术发展趋势 2）高能气体压裂与水力压裂及酸化复合技术 油气井在开发生产的后期要进行水力压裂或酸化处理，现在有几个油田已成功地把高能气体压裂与水力压裂，高能气体压裂与酸化处

45、理结合在一起，并取得了良好的效果。,增产（注）措施压裂,二、高能气体压裂(High Energy Gas Fracturing) 2.高能气体压裂技术发展趋势 3）液体药高能气体压裂 固体药高能气体压裂，严格地说，仅是一项近地带解堵技术，它的压裂缝长一般是28m。液体药高能气体压裂，缝长可达到2530m，与水力压裂缝长相近。增产比为2.55。其特点包括： 成本低、能量相对较高；地面操作安全可靠 ；对套管无损坏 。,增产（注）措施压裂,二、高能气体压裂(High Energy Gas Fracturing) 2.高能气体压裂技术发展趋势 4）袖套式射孔压裂复合技术 该技术是在射孔枪身外套一个推进

46、剂袖套。射孔弹在井下目的层射孔时，引燃推进剂袖套，推进剂袖套在目的层套管内燃烧形成的高压，对地层实施压裂并形成多条径向裂缝，达到射孔压裂同时完成的目的。其特点包括： 工艺简单，操作方便，射孔压裂一体化；造缝能力强，压裂效果好；排除一些不安全因素；成本低，便于油田推广应用；尤其适用于大井径油气井。,增产（注）措施压裂,三、压裂的发展趋势 1.高能气体压裂技术 该技术具有工艺简单、周期短、成本低、见效快等优点，是油气层解堵增产的有效措施。,增产（注）措施压裂,三、压裂的发展趋势 2.泡沫压裂技术 该技术具有携砂性好、滤失低、伤害小、摩阻低等优点，对于低渗、低孔、低压、高水敏的油气层尤为适用。,增产

47、（注）措施压裂,三、压裂的发展趋势 3.大型水力压裂 美国发展的大型压裂，最高工作压裂达140MPa，一次用液量达3000-4000m3，用砂量300m3以上，可以形成1000m以上的裂缝。 此外还有振动压裂、爆炸压裂、超声压裂等。,增产（注）措施压裂,酸化就是利用酸液的化学溶蚀作用，以及向地层挤酸时的水力作用来溶蚀地层堵塞物和部分地层矿物，扩大、延伸、沟通地层缝洞，或在地层中造成具有较高导流能力的人工裂缝，以恢复和提高地层渗透性，减少油气流入井底的阻力和提高注水井注入能力，从而达到油气井增产、水井增注的目的而对地层所采取的工艺措施。,增产（注）措施酸化,1.酸化的分类 按作用原理分:解堵酸化

48、和深穿透酸化 按施工压力分:基质酸化和压裂酸化 按施工所用酸液体系分:常规酸化、降阻酸酸化、胶凝酸酸化、胶联酸酸化、泡沫酸酸化和乳化酸酸化,增产（注）措施酸化,2.酸液 碳酸盐岩地层酸化主要采用盐酸，有时也用醋酸、甲酸、混合酸和氨基磺酸等，为了满足酸化缓速、提高酸处理效果的需要，有时还采用胶化酸、乳化酸和泡沫酸等。 砂岩地层酸化常用土酸（盐酸和氢氟酸的混合液），若碳酸盐含量高也可单独采用盐酸处理。对于砂岩注水井，除用土酸外，个别油田也用“王水”（盐酸与硝酸的混合液）、废硫酸和酸渣（主要成分为磺酸盐）处理。 酸化用酸可分为无机酸、有机酸、多组分酸及缓速酸等类型,增产（注）措施酸化,3.酸液添加剂

49、 在酸液中加入能改善酸液性能，使之满足现场施工作业要求和更适合地层处理目的需要的化学物质统称为酸液添加剂。 目前酸化中常用的添加剂有缓速剂、表面活性剂、铁离子稳定剂和粘土稳定剂等。,增产（注）措施酸化,4.影响酸岩反应速度的因素 酸处理的效果很大程度上取决于酸岩反应速度。影响因素包括： 面容比（面容比越大，反应速度越快） 酸液的流速（流速越大，反应速度越快） 酸液的类型（强酸反应速度快） 酸液的浓度（酸化处理中常用高浓度的酸） 温度（温度升高，反应速度加快） 压力（压力增加，反应速度减慢，影响不明显） 其它因素（岩石的化学组分、物理化学性质、粘度）,增产（注）措施酸化,5.酸处理工艺 1）酸处

50、理井层的选择 优先选择钻井过程中油气显示好、试油效果差的井层 优先选择邻井高产而本井低产的井层 多产层的井，应选择分层处理 慎重对待靠近油气、油水边界或含有气水夹层的井 对套管损坏、固井质量差的井应修复后再处理,增产（注）措施酸化,5.酸处理工艺 2）酸处理方式的选择 酸处理方式分为常规酸化和酸压两种。 常规酸化是在低于地层破裂压力下把酸挤入地层，主要清除井底附近地层的堵塞。 酸压是在高于地层破裂压力下进行施工，一般用于碳酸盐岩地层，主要是提高酸液的有效作用距离和裂缝的导流能力。,增产（注）措施酸化,5.酸处理工艺 3）酸处理井的排液 酸处理后停留在地层中的残酸水已失去其活力，不能继续溶蚀岩石

51、，而且随着PH值的升高，还会产生金属氢氧化物沉淀，因此施工结束后应立即排液。常用的方法有两大类： 放喷、抽汲、气举排液 增注液态CO2及氮气助喷排液,增产（注）措施酸化,声波法（主要是超声波） 水力振荡法 电脉冲法 人工地震法,增产（注）措施物理法,主要机理 作用于近井地带及油层，解除井筒附近的污染及改善油层的孔隙结构与渗透性；作用于地层流体（主要是原油），改善其流变性。,增产（注）措施物理法,1.超声波处理油层技术 超声波处理油层技术是利用超声波的振动、空化等作用于油层，解除近井地带的污染和堵塞，以达到增产增注目的的工艺措施。,增产（注）措施物理法,1.超声波处理油层技术 超声波对油层的作用

52、效应： 解除地层堵塞 使地层产生微裂缝 提高油层的渗透率 降低原油粘度 降低水的表面张力和毛细管渗流阻力（注水井）,增产（注）措施物理法,2.水力振荡解堵技术 是利用液体流过井下振荡器时产生的周期振动，在井底产生水力脉冲波，并直接作用于地层，以解除井底污染，恢复近井地带地层渗透率，达到油、水井增产增注的目的。,增产（注）措施物理法,2.水力振荡解堵技术 作用机理包括： 1）振动波作用于油层使油层流体及岩石发生振动，减小油-岩石的亲和力；油-水界面形成乳状液；毛细管时大时小，减小了毛管力的影响；使岩石应力时大时小地发生变化而产生疲劳裂缝，即振动波压裂的原理。,增产（注）措施物理法,2.水力振荡解

53、堵技术 作用机理包括： 2）振动波具有较强的穿透能力，使油层流体发生快速的往复振动，堵塞物如垢等从介质上脱离，从而疏通流道，提高油层渗透性。,增产（注）措施物理法,2.水力振荡解堵技术 作用机理包括： 3）在振动波场中原油分子结构在剧烈振荡作用下进行周期性的排列组合；空化作用使分子键断裂，从而降低原油的粘度。,增产（注）措施物理法,3.井下低频电脉冲处理油层技术 是将一对电极置于井中油气层部位，配以相应的工作介质，产生电弧放电，在地层中造成定向传播的压力脉冲。反复放电可在近井地带形成裂缝网络，改善地层渗透性，从而增加油气井产量。,增产（注）措施物理法,3.井下低频电脉冲处理油层技术 作用机理包

54、括： 1）产生压力波和空化作用，解除油层孔道中的堵塞； 2）在油层中产生微裂缝和改造原有裂缝，改善油层流体渗流能力； 3）在脉冲作用下，压差交替变换大小和方向，减少了毛管力的影响，使油层流体由滞留区向排液活动区流动，提高原油的采收率。,增产（注）措施物理法,4.人工地震处理油层技术 人工地震处理油层技术是利用地面人工震源产生强大的波动场作用于油层进行振动处理，从而提高油层中油相渗透性及毛管渗流和重力渗流速度，促使石油中的原始溶解气及吸附在油层中的天然气进一步分离，以达到提高原油产量及采收率的目的。,增产（注）措施物理法,4.人工地震处理油层技术 作用机理包括： 1）振动可加速油层中流体的流动；

55、 2）振动可降低原油粘度，降低界面张力，从而改善原油流动和降低油水流度比，有利于水驱油过程； 3）振动可促使气体从原油或岩石孔隙表面上分离，产生气驱油作用； 4）振动使孔隙表面的沉淀污染物脱落分散并被液流携走，起到疏通孔隙通道、解除油层损害的作用。,增产（注）措施物理法,主 要 内 容,完井方式与试油（气） 采油方法 增产（注）措施 复杂条件下的开采新技术 采气工艺,复杂条件下的开采新技术,防砂与清砂 防蜡与清蜡 找水与堵水,复杂条件下的开采新技术 防砂与清砂,油层出砂是砂岩地层开采过程中的常见问题。对于疏松砂岩油藏，出砂是提高采油速度的主要障碍。因此，油井防砂工艺技术的研究和发展对疏松砂岩油

56、藏的开采至关重要。,复杂条件下的开采新技术 防砂与清砂,1.出砂的危害 1）减产或停产作业 油气井出砂，最容易造成油气层砂埋、油管砂堵、地面管汇砂堵及储罐积砂。因此常被迫起油管清除砂堵、冲洗砂埋油气层、清理地面管汇和储罐，造成油气井减产或停产。,复杂条件下的开采新技术 防砂与清砂,1.出砂的危害 2）磨蚀井下和地面设备 如果产出流体中含有地层砂，由于地层砂的主要成分是石英，硬度很高，是一种破坏性很强的磨蚀剂。对于自喷井，流体携带砂子磨蚀刺坏油管、油嘴和采油树闸门等地面设备；抽油井出砂将加速柱塞、泵阀、工作筒等部件的磨损，或造成卡泵断脱等事故。使得油气井不得不停产进行设备维修或更换，造成产量下降

57、，成本上升。,复杂条件下的开采新技术 防砂与清砂,1.出砂的危害 3）损坏套管和衬管 油气层出砂常常伴随着生产层段的套管损坏和井报废。在某些相当坚固的地层，如墨西哥某些承受低压的地层（如老第三系的Frio，Vicksburg和Wilcox），套管损坏是由于不均匀的水平载荷造成，这种不均匀的水平载荷是在岩层出砂，或者是支撑套管的盖层坍塌而形成高轴向压缩力时产生的。在疏松的地层中，地层压实作用使整个套管柱承受异常的负荷。 此外，地层大量出砂，对环境造成污染。,复杂条件下的开采新技术 防砂与清砂,2.出砂的原因 油气层出砂首先是由于井底附近地带的岩石结构破坏引起的。一般来说，地层应力超过地层强度就可

58、能出砂。地层强度取决于地层胶结物的胶结力、圈闭内流体的粘着力、地层岩石颗粒物之间的摩擦力以及岩石颗粒本身的重力；地层应力则包括构造应力、上覆压力、流体流动时对地层颗粒的推曳力，还有地层孔隙压力和生产压差形成的作用力。因此，地层出砂是地层强度、地应力状态和开采条件等综合因素决定的。,复杂条件下的开采新技术 防砂与清砂,2.出砂的原因 1）应力状态 油层钻开前处于应力平衡状态。钻开后，造成井壁附近岩石的应力集中，岩石发生变形和破坏，引起采油过程中油层出砂。 2）岩石的胶结状态 油层出砂与油层岩石胶结物种类、数量和胶结方式有关。,复杂条件下的开采新技术 防砂与清砂,2.出砂的原因 3）渗透率的影响

59、渗透率越高，其胶结强度越低，油层越容易出砂。 4）固井质量 固井质量差，易引起串槽，使井壁岩石不断受到冲刷，粘土膨胀，岩石胶结遭到破坏，因而导致油气井出砂。,复杂条件下的开采新技术 防砂与清砂,2.出砂的原因 5）射孔密度 如射孔密度过大，有可能使套管破裂和砂岩油层结构遭到破坏，引起油气井出砂。 6）生产压差 在其它条件相同时，生产压差越大，流体渗流速度越高，则井壁附近流体对岩石的冲刷力就越大。另外，如井的工作制度突然变化，使得油层岩石受力状况发生变化，也容易引起地层出砂。,复杂条件下的开采新技术 防砂与清砂,3.防砂的方法 油气井防砂方法很多，最终要以防砂后的经济效果来选择和评价。 按防砂时期来分，可分为先期防砂和后期防砂 按防砂原理大致可以分成砂