6.油井生产技术原理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一节 完井与试油,第二节 油井流入动态,第三节 自喷与气举,第四节 深井泵采油技术原理,第六章 油井生产技术原理,第一节 完井与试油,一、完井,钻开油层,建立合理的井身结构,钻开油气层,确定完井方式,安装井口及井底装置,试油,完井的过程,第一节 完井与试油,（一）井身结构,生产套管,技术套管,表层套管,导 管,指井内所下套管层数、尺寸、深度、水泥返高等。,第一节 完井与试油,完井方式分类,套管或尾管射孔完井,割缝衬管完井,裸眼完井,砾石充填完井,贯眼完井,第一节 完井与试油,裸眼完井方式,先期裸眼完井方式,复合型完井方式,后期裸眼完井方式,第一节 完井与试油,优点：,油层完全裸露，不会产生附加渗流阻力，产能较高，完善程度高。,缺点：,不能克服井壁坍塌和油层出砂对油井生产的影响；,不能克服生产层范围内不同压力的油、气、水层的相互干扰；,无法进行选择性酸化或压裂等。,裸眼完井方式的主要特点：,第一节 完井与试油,射孔完井方式,套管射孔完井方式,优点：,可选择性地射开油层，避免层间干扰；具备实施分层注采和选择性压裂或酸化等分层作业的条件。,缺点：,出油面积小、完善程度较差，对井深和射孔深度要求严格，固井质量要求高，水泥浆可能损害油气层。,第一节 完井与试油,割缝衬管完井方式,割缝衬管完井方式,改进后的割缝衬管完井方式,第一节 完井与试油,砾石充填完井方式,直接充填,先将绕丝筛管或衬管下入油层部位，然后用充填液将在地面上预先选好的砾石泵送至绕丝筛管与井眼或绕丝筛管与套管之间的环形空间内，形成砾石充填层，阻挡油层砂流入井筒，达到保护井壁、防砂入井的目的。,第一节 完井与试油,第一节 完井与试油,贯眼完井方式,带眼套管,水泥伞,第一节 完井与试油,二、试油,试油,：,根据地质录井资料和测井资料解释结果、钻井过程中油气显示等资料，利用一套专用的设备和方法，对可能出油的层位的油气水产量、温度、压力及油气水性质进行直接测量，以鉴别和认识油气水层的工作。,试油目的：,为勘探开发提供依据。,第一节 完井与试油,（一）油井诱流,替喷法,抽汲法,气举法,第一节 完井与试油,（二）油井试油工艺,注水泥塞试油,用封隔器分层试油,中途测试工具试油,（三）试油资料,产量数据,压力数据,原油及水的特性资料,温度数据,第一节 完井与试油,第二节 油井流入动态,第三节 自喷与气举,第四节 深井泵采油技术原理,第六章 油井生产技术原理,第二节 油井流入动态,油井流入动态曲线（,IPR,曲线）,：,表示产量与井底流压关系的曲线，简称,IPR,曲线。,油井流入动态：,油井产量与井底流动压力的关系,。,它反映了油藏向井的供油能力，,反映了油藏压力、油层物性、流体物性、完井质量等对油层渗流规律的影响，是采油工程与油藏工程的衔接点。,第二节 油井流入动态,采油,(液),指数,：,单位生产压差下的油井产油,(液),量，反映油层性质、厚度、流体物性、完井条件及泄油面积等与产量之间关系的综合指标。,单相流动时，油层物性及流体性质基本不随压力变化，产量公式可表示为,:,一、单相液体流入动态,第二节 油井流入动态,二、,油气两相渗流时的流入动态,o,、B,o,、,K,ro,都是压力的函数。用上述方法绘制,IPR,曲线十分繁琐。,通常结合生产资料来绘制,IPR,曲线。,Vogel,方程：,P,P,b,第一节 完井与试油,第二节 油井流入动态,第三节 自喷与气举,第四节 深井泵采油技术原理,第六章 油井生产技术原理,第三节 自喷与气举,影响流型的因素：,气液体积比、流速、气液界面性质等。,流动型态（流动结构、流型）：,流动过程中油、气的分布状态。,纯液流：,当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶解在原油中，产液呈单相液流。,油气沿井筒喷出时的流型变化示意图,纯油流；,泡流；,段塞流；,环流；,雾流,一、两相流体垂直管流特征,第三节 自喷与气举,泡流：,井筒压力稍低于饱和压力时，溶解气开始从油中分离出来，气体都以小气泡分散在液相中。,滑脱现象：,混合流体流动过程中，由于流体间的密度差异，引起的小密度流体流速大于大密度流体流速的现象。,如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等,特点：,气体是分散相，液体是连续相；,气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力影响不大；,滑脱现象比较严重。,第三节 自喷与气举,段塞流：,当混合物继续向上流动，压力逐渐降低，气体不断膨胀，小气泡将合并成大气泡，直到能够占据整个油管断面时，井筒内将形成一段液一段气的结构。,特点：,气体呈分散相，液体呈连续相；,一段气一段液交替出现；,气体膨胀能得到较好的利用；,滑脱损失变小；,摩擦损失变大。,第三节 自喷与气举,环流：,油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。,特点：,气液两相都是连续相；,气体举油作用主要是靠摩擦携带；,滑脱损失变小；,摩擦损失变大。,第三节 自喷与气举,雾流：,气体的体积流量增加到足够大时，油管中内流动的气流芯子将变得很粗，沿管壁流动的油环变得很薄，绝大部分油以小油滴分散在气流中。,特点：,气体是连续相，液体是分散相；,气体以很高的速度携带液滴喷出井口；,气、液之间的相对运动速度很小；,气相是整个流动的控制因素。,第三节 自喷与气举,总结：,油井生产中可能出现的流型自下而上依次为：,纯油,(液),流、泡流、段塞流、环流和雾流,。,实际上，在同一口井内，一般不会出现完整的流型变化。,油气沿井筒喷出时的流型变化示意图,纯油流；,泡流；,段塞流；,环流；,雾流,第三节 自喷与气举,二、两相流体垂直管流压力分布计算,倾斜管流能量平衡关系示意图,两个流动断面间的能量平衡关系：,第三节 自喷与气举,适合于各种管流的通用压力梯度方程：,则：,令：,第三节 自喷与气举,三、自喷采油原理,嘴流示意图,临界流动,：,流体的流速达到压力波在流体介质中的传播速度时的流动状态。,关系曲线,什么叫自喷？,第三节 自喷与气举,自喷井生产的四个基本流动过程,地面水平或倾斜管流,地层渗流,井筒多相管流,嘴流,生产流体通过油嘴(节流器)的流动,第三节 自喷与气举,自喷井节点分析,节点系统分析法：,应用系统工程原理，把整个油井生产系统分成若干子系统，研究各子系统间的相互关系及其对整个系统工作的影响，为系统优化运行及参数调控提供依据。,图9-8 自喷井生产系统节点位置,节点划分依据：不同的流动规律相关式,第三节 自喷与气举,节点系统分析对象：,整个油井生产系统,节点系统分析实质：,协调理论在采油应用方面的发展,协调条件,质量守恒,能量(压力)守恒,热量守恒,自喷井生产系统组成：,油藏渗流子系统,井筒流动子系统,油嘴(节流器)流动子系统,地面管流子系统,第三节 自喷与气举,（1）井底为求解点,图9-9 管鞋压力与产量关系曲线,节点（井底）流入曲线,:,IPR,曲线,节点（井底）流出曲线,: 由井口油压所计算的井底流压与产量的关系曲线。,交点,：,该系统在所给条件下可获得的油井产量及相应的井底流压,。,可以井底为求解点。,第三节 自喷与气举,图9-10 油压与产量的关系曲线,（2）井口为求解点,设定一组产量，通过,IPR,曲线,A,可计算出一组井底流压，然后通过井筒多相流计算可得一组井口油压曲线,B。,节点（井口）流入曲线：,油压与产量的关系曲线,IPR,曲线,Pa-,Pb,是在油管中消耗的压力,曲线,B,的形状,：油管的上下压差(,Pa-,Pb,),并不总是随着产量的增加而加大。产量低时，管内流速低，滑脱损失大；产量高时，摩擦损失大，这两种情况均可造成管内压力损耗大。,使用：计算出任意产量下的井口油压的大小，并用于预测油井能否自喷。,第三节 自喷与气举,必须有足够的气源；需要压缩机组和地面高压气管线，地面设备系统复杂；一次性投资较大；系统效率较低。,利用从地面向井筒注入高压气体将原油举升至地面的一种人工举升方式。,气举定义：,优点：,井口和井下设备比较简单,缺点：,高产量的深井；气油(液)比高的油井；定向井和水平井等。,适用条件：,四、气举采油,第三节 自喷与气举,图9-12 气举采油系统示意图,依靠从地面注入井内的高压气体与油层产出流体在井筒中混合，,利用气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低,，将流到井内的原油举升到地面。,第三节 自喷与气举,第三节 自喷与气举,气举井启动时的压缩机压力随时间的变化曲线,启动压力,工作压力,第三节 自喷与气举,气举阀,气举阀工作原理,压力调节器结构示意图,凡尔关闭条件：,凡尔打开条件：,第一节 完井与试油,第二节 油井流入动态,第三节 自喷与气举,第四节 深井泵采油技术原理,第六章 油井生产技术原理,第四节 深井泵采油技术原理,天然能量充足,自喷,天然能量不足,人工举升,有杆泵,无杆泵,常规有杆泵,地面螺杆泵,电潜泵,水力活塞泵,射流泵,振动泵,第四节 深井泵采油技术原理,一、有杆泵常规抽油机,（一）装置与工作原理,抽油机,抽油杆,抽油泵,其它附件,设备组成,1、装置,第四节 深井泵采油技术原理,游梁式抽油机系列型号表示方法,CYJ 123.370(H) F(Y，B，Q),游梁式抽油机系列代号,CYJ-,常规型,CYJQ-,前置型,CYJY-,异相型,悬点最大载荷，,10,kN,光杆最大冲程，,m,减速箱曲柄轴最大允许扭矩,kN,.m,减速箱齿轮形代号，,H,为点啮合双圆弧齿轮，省略渐开线人字齿轮,平衡方式代号,F：,复合平衡,Y：,游梁平衡,B：,曲柄平衡,Q：,气动平衡,第四节 深井泵采油技术原理,2、有杆泵工作原理,抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受管内液柱压力而关闭。,泵吸入的条件：,泵内压力,(,吸入压力,),低于沉没压力。,A-,上冲程,1),上冲程,泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力,(,沉没压力,),与泵内压力之差的作用下被打开。,泵内吸入液体、井口排出液体。,光杆从上死点到下死点的距离。,第四节 深井泵采油技术原理,B-,下冲程,2),下冲程,柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。,泵排出的条件：,泵内压力,(,排出压力,),高于柱塞以上的液柱压力。,泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开。,柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。,泵内排出液体、井口排出少量液体。,第四节 深井泵采油技术原理,（二,),泵的理论排量与泵效,泵的工作过程,是由三个基本环节所组成，即,柱塞在泵内让出容积,，,井内液体进泵,和,从泵内排出井内液体,。,在理想情况下，活塞上、下一次进入和排出的液体体积都等于柱塞让出的体积：,每分钟的排量为：,每日排量,:,泵的理论排量,冲次：一分钟的时间内抽油泵吸入与排出的周期数。,第四节 深井泵采油技术原理,1.,泵效,：,在抽油井生产过程中，实际产量与理论产量的比值。,2.,影响泵效的因素,(3),漏失影响,(1),抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩,(2),泵充满程度的影响,(4),体积系数的影响,第四节 深井泵采油技术原理,(1),抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩,抽油杆和油管弹性伸缩示意图,冲程损失的影响因素：,(2),抽油杆和油管的性质、组合；,(3),下泵深度；,(4),抽油泵的规格。,(1),油层供液状况和生产流体的性质；,第四节 深井泵采油技术原理,(2),泵充满程度的影响,气体对冲满程度的影响,气锁,：,抽汲时由于气体在泵内压缩和膨胀，吸入和排出阀无法打开，出现抽不出油的现象。,泵充满程度的影响因素：,(1),生产流体的性质,气液比,增加泵的沉没深度或使用气锚,。,(2),防冲距,尽量减小防冲距，以减小余隙,。,第四节 深井泵采油技术原理,(3),漏失影响,排出部分漏失,吸入部分漏失,其它部分漏失,如油管丝扣、泵的连接部分及泄油器不严等,第四节 深井泵采油技术原理,3.,提高泵效的措施,(1),选择合理的工作方式,连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。,深井抽汲时，,S,和,N,的选择一定要避开不利配合区。,(2),确定合理沉没度。,(3),改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。,(4),使用油管锚减少冲程损失,(5),合理利用气体能量及减少气体影响,选用大冲程、小冲次，减小气体影响，降低悬点载荷，特别是稠油的井。,第四节 深井泵采油技术原理,（三)抽油机悬点载荷分析,1.,静载荷,包括,：,抽油杆柱载荷；,作用在柱塞上的液柱载荷；,沉没压力对悬点载荷的影响；,井口回压对悬点载荷的影响。,抽油杆柱载荷,上冲程,（即杆柱在空气中的重力）,下冲程,（即杆柱在液体中的重力）,第四节 深井泵采油技术原理,作用在柱塞上的液柱载荷,上冲程,:,下冲程,:,A-,上冲程,B-,下冲程,游动阀关闭，作用在柱塞上的液柱载荷为：,游动阀打开，液柱载荷作用于油管，而不作用于悬点。,1.,静载荷,第四节 深井泵采油技术原理,沉没压力,(,泵口压力,),对悬点载荷的影响,上冲程,在沉没压力作用下，井内液体克服泵入口设备的阻力进入泵内，此时液流所具有的压力即吸入压力。吸入压力作用在柱塞底部产生,向上,的载荷,:,下冲程,吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响。,1.,静载荷,第四节 深井泵采油技术原理,井口回压对悬点载荷的影响,液流在地面管线中的流动阻力所造成的井口回压对悬点将产生附加的载荷。,上冲程：,增加悬点载荷,:,下冲程：,减小抽油杆柱载荷,:,1.,静载荷,第四节 深井泵采油技术原理,2.,动载荷,(,惯性载荷、振动载荷,、,摩擦载荷,),惯性载荷,(,忽略杆液弹性影响,),抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动，因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。惯性力与质量有关，与悬点加速度的大小成正比，其方向与加速度方向相反。,上冲程,:,前半冲程,加速度为正，即加速度向上，则惯性力向下，从而,增加,悬点载荷；,后半冲程,中加速度为负，即加速度向下，则惯性力向上，从而,减小,悬点载荷。,悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的,。,下冲程,:,与上冲程相反，,前半冲程,惯性力向上，,减小,悬点载荷；,后半冲程,惯性力向下，将,增大,悬点载荷。,第四节 深井泵采油技术原理,2.,动载荷,(,惯性载荷、振动载荷,、摩擦载荷,),振动载荷,抽油杆柱本身为一弹性体，由于抽油杆柱作变速运动和液柱载荷周期性地作用于抽油杆柱，从而引起抽油杆柱的弹性振动，它所产生的振动载荷亦作用于悬点上。其数值与,抽油杆柱的长度,、,载荷变化周期,及,抽油机结构,有关,。,第四节 深井泵采油技术原理,2.,动载荷,(,惯性载荷、振动载荷,、,摩擦载荷,),摩擦载荷,(1),抽油杆柱与油管的摩擦力 （杆管）,上冲程主要受,(1)(2)(4),影响，增加悬点载荷,(2),柱塞与衬套之间的摩擦力 （柱塞与衬套）,(3),液柱与抽油杆柱之间的摩擦力 （杆液）,(4),液柱与油管之间的摩擦力 （管液）,(5),液体通过游动阀的摩擦力 （阀阻力）,下冲程主要受,(1)(2)(3)(5),影响，减小悬点载荷,第四节 深井泵采油技术原理,抽油杆柱载荷,、,液柱载荷,及,惯性载荷,是构成悬点载荷的三项基本载荷。,稠油井内,摩擦载荷,及大沉没度井的,沉没压力产生的载荷,突出；,在低沉没度井内，由于泵的充满程度差，会发生柱塞与泵内液面的撞击，将产生较大,冲击载荷,，从而影响悬点载荷。,第四节 深井泵采油技术原理,悬点最大载荷和最小载荷,最大载荷发生在上冲程，其值为：,最小载荷发生在下冲程，其值为：,第四节 深井泵采油技术原理,（四),深井泵工况分析,示功图,：,载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。,地面示功图或光杆示功图,：,悬点载荷与位移关系的示功图,。,1.,静载荷作用下的理论示功图,静载理论示功图,2.,考虑惯性、振动载荷后的理论示功图,考虑惯性和振动后的理论示功图,第四节 深井泵采油技术原理,3.典型示功图分析,典型示功图,：,某一因素的影响十分明显，其形状代表了该因素影响下的基本特征的示功图。,（1）.气体和充不满对示功图的影响,有气体影响的示功图,气体影响示功图,充满系数,：,气锁,第四节 深井泵采油技术原理,充不满影响的示功图,充不满现象,：,地层产液在上冲程末未充满泵筒的现象。,液击现象,：,泵充不满生产时，柱塞与泵内液面撞击引起抽油设备受力急剧变化的现象。,充不满的示功图,第四节 深井泵采油技术原理,（2）.漏失对示功图的影响,排出部分的漏失,泵排出部分漏失,柱塞的有效吸入行程,：,泵效,：,第四节 深井泵采油技术原理,吸入部分漏失,吸入凡尔漏失,柱塞的有效吸入行程：,泵效：,吸入凡尔严重漏失,第四节 深井泵采油技术原理,吸入部分和排出部分同时漏失,吸入凡尔和排出凡尔同时漏失,第四节 深井泵采油技术原理,（3）.柱塞遇卡的示功图,柱塞在泵筒内被卡死在某一位置时，在抽汲过程中柱塞无法移动而只有抽油杆的伸缩变形，图形形状与被卡位置有关。,活塞卡在泵筒中部,第四节 深井泵采油技术原理,（4）.带喷井的示功图,在抽汲过程中，游动阀和固定阀处于同时打开状态，液柱载荷基本加不到悬点。示功图的位置和载荷变化的大小取决于喷势的强弱及抽汲液体的粘度。,喷势强、油稀带喷,喷势弱、油稠带喷,第四节 深井泵采油技术原理,（5）.抽油杆断脱,抽油杆断脱后的悬点载荷实际上是断脱点以上的抽油杆柱重量，只是由于摩擦力，才使上下载荷线不重合。图形的位置取决于断脱点的位置。,抽油杆柱的断脱位置可根据下式来估算：,抽油杆断脱,第四节 深井泵采油技术原理,出砂井,（6）.其它情况,结蜡井,管式泵活塞脱出工作筒,防冲距过小活塞碰,固定凡尔,第四节 深井泵采油技术原理,二、无杆泵,（一）电潜泵,潜油电机,保护器,分离器,多级离心泵,潜油电缆,井下机组部分,变压器,控制屏,接线盒,地面控制部分,泄油阀,单流阀,电力传输部分,第四节 深井泵采油技术原理,（二）水力活塞泵采油,液马达,高压泵机组,井下器具管柱结构,井口,高压控制管汇,计量装置,动力液处理装置,地面管线,抽油泵,滑阀控制机构,系统组成,油井装置,地面流程,水力活塞泵井下机组,第四节 深井泵采油技术原理,开式水力活塞泵采油系统,工作原理,动力液地面,加压,；,油管或专用动力液管,输送,；,动力液被,传至,井下液马达处；,滑阀控制机构,换向,；,动力液,驱动,液马达；,液马达,做往复,运动,；,液马达通过活塞杆带动,抽油泵,做往复,运动,；,原油被增压,举升,。,第四节 深井泵采油技术原理,（三）水力,射流泵,采油,高压泵机组,井下器具管柱结构,井口,高压控制管汇,计量装置,动力液处理装置,地面管线,系统组成,油井装置,地面流程,射流泵,第四节 深井泵采油技术原理,射流泵采油井下系统示意图,工作原理,动力液地面,加压；,油管或专用动力液管,输送,；,动力液被,传至,井下喷嘴；,通过喷嘴将,压能转换动能,；,嘴后形成,低压区,；,动力液与油层产出液在喉管中,混合,；,经扩散管,动能转换成压能,；,混合液的压力提高后被举升到地面,。,水力射流泵排量、扬程取决于喷嘴面积与喉管面积的比值。,