采油工艺与装备

采油工艺与装备东北石油大学机电工程系高胜油田开发阶段的划分1.按产量划分阶段产量上升阶段产量稳产阶段产量递减阶段2.按开采方法划分阶段一次采油阶段：利用油藏本身的天然能量开采石油的方法。这一阶段可开采出原油地质储量的10%-15%。2.按开采方法划分阶段二次采油阶段：一次采油过程中，油藏能量不断被消耗，依靠天然能量采油无法维持采油速度，由人工向油藏中注水或者注气以补充地层能量二增加采油量的方法。这一阶段可开采原油地质储量的20%-30%。三次采油阶段：针对一次、二次未能采出的剩余在油藏中的原油，向地层注入其他驱油剂或者引入其它能量来提高原油采收率的方法。油田开发阶段的划分3.按油田综合含水方法划分开发阶段：实际常用方法无水采油期(综合含水率小于2%)低含水采油期(综合含水率2%-40%)中含水采油期(综合含水率40%-80%)高含水采油期(综合含水率80%-90%)特高含水采油期(综合含水率90%以上)油田开发阶段的划分含水率：油井产出液量中水所占的质量分数自喷人工举升有杆泵采油方法常规（抽油机）螺杆泵无杆泵潜油电泵水力泵水力活塞泵气举连续气举潜油电动离心泵潜油电动螺杆泵水力射流泵间歇气举自喷采油定义：依靠油层本身的能量使由喷到地面能量来源：井底油流具有足够的压力；随同原油一起进入井底的溶解气所具有的弹性膨胀能量。自喷采油的四个环节：油层渗流：原油从油层到井底井筒流动：从井底沿着井筒上升到井口油嘴节流：原油到井口之后通过油嘴的流动地面管线流动：沿着地面管线到分离器，然后通过油气分离将油和天然气分开，分别计量后，原油进入储油罐以备输运，天然气进入集输管线或储运或使用。地面:抽油机地下:抽油泵中间:抽油杆抽油机游梁连杆平衡块曲柄电机皮带轮减速箱支架驴头悬绳器常规型经传动皮带三轴二级减速将旋转运动悬绳器带动工作过程：电动机减速箱曲柄连杆游梁上下运动抽油杆泵柱塞上下往复运动抽油1.抽油机（地面设备）分类游梁式无游梁式常规型前置型变形游梁支架在驴头和曲柄连杆之间，上、下冲程时间相等。常规型古老，应用广泛。四连杆机构：1杆：曲柄；2杆：连杆；3杆：游梁；4杆：虚杆。游梁式抽油机抽油机机构简图游梁式抽油机结构电机；减速箱；曲柄；连杆；游梁；平衡块；支架；驴头；制动器；悬绳器。•驴头将游梁前端往复圆弧运动，变为抽油杆垂直往复运动。•驴头目的：对中井口。2.型号（标准化）CYJ—□—□—□（Y）（F）（B）（Q）抽油机悬点载荷冲程（m）最大扭矩平衡方式（x10KN）例，CYJ8-3-37-HB：悬点载荷80kN；冲程3m；扭矩37；H—圆弧齿轮箱；B—曲柄平衡。常规型：支点在中间，动力在尾部（见图9-2）；双驴头抽油机（变力臂，节能。）；前置式：支点在尾部，动力在中间（见图9-3）。前置式摆杆式游梁抽油机是采用曲柄--摆杆带动摇杆机构作往复直线运动的新结构抽油机，摆杆针对悬点上下冲程载荷大小的变化自行调整力矩，使减速器工作扭矩始终处于最佳状态，达到较游梁抽油机节能约50%的效果，是一种具有广阔发展前景的抽油机。减速箱在支架的前面，缩短了游梁的长度，减小了抽油机的规格尺寸，上、下冲程时间不等，从而降低了上冲程动载荷及减速箱的最大扭距和需要的电机功率。前置型变形异相型、旋转驴头式、大轮式以及六杆式双游梁。提高冲程、节能及改善抽油机的结构特性和受力状态。双驴头抽油机目前广泛采用的是常规型游梁式抽油机，它通常采用齿轮式减速器传动、电动机驱动、曲柄平衡或复合平衡、侧转式驴头等结构。数十年来，在机械采油中始终占据主要地位。但是，常规型游梁式抽油机及其他型式的游梁式抽油机，受其结构的限制，不易实现长冲程。此外，由于受其四连杆机构的限制，常规型游梁式抽油机平衡效果不佳、动载荷大、能耗大。常规游梁抽油机的缺点与常规型游梁式抽油机相比，双驴头抽油机将游梁后臂改为变形圆弧形状的后驴头，使得原固定的四连杆机构，变为可变参数四连杆机构，在悬点载荷较大时，其游梁后臂长度较大，使曲柄轴扭矩不至于过大；悬点载荷较少时，其游梁后臂较少，使曲柄的载荷扭矩不至于过少，降低了扭矩峰值。由于双驴头抽油机具有变力臂、运行平稳、扭矩波动小、起动容易、工作效率高、能耗低等优点，并且适用于中、低粘度原油和高含水原油的开采，因此其具有良好的推广应用前景。曲柄0度位置曲柄90度位置曲柄180度位置曲柄270度位置无游梁：为了减轻抽油机重量，扩大设备的使用范围以及改善其技术经济指标，特点多为长冲程低冲次，适合于深井和稠油井采油。机械式无游梁抽油机液压式无游梁抽油机链条式机械式无游梁抽油机曲柄连杆式潜油电泵全称为电动潜油离心泵，简称电泵，是重要的机械采油方法。优点：排量大、自动化程度高无杆泵：潜油电泵采油(1)地面部分:包括变压器、控制屏、接线盒和特殊井口装置等。(2)中间部分:主要有油管和电缆。(3)井下部分:主要有多级离心泵、油气分离器、潜油电机和保护器。1.系统组成系统工作过程举升到地面使井液逐级增压分离器输入泵内离心泵旋转井下电机控制屏电机所需工作电压地面电源工作过程油管由泵叶轮把井液通过带动电缆输入变压器气举采油法:当油井不能自喷时，除采用前面介绍的人工举升方法外，还可以人为地把气体(天然气或空气)压入井底，使原油喷到地面的采油方法。优点：设备比较简单、管理调节较方便。在新井诱导油流及作业井的排液方面气举也有其优越性。缺点：需压缩机和高压管线，地面系统设备复杂，投资大，气利用率低。气举采油连续气举是将高压气体连续地注入井内，使其和地层流入井底的流体一同连续从井口喷出的气举方式。它适用于采油指数高和因井深造成井底压力较高的井。间歇气举是将高压气间歇地注入井中，将地层流入井底的流体周期性地举升到地面的气举方式。间歇气举既可用于低产井，也可用于采油指数高、井底压力低，或者采油指数与井底压力都低的井。气举采油螺杆泵螺杆泵是一种容积式旋转型水力机械。它是利用相互啮合的螺杆与衬套间容积的变化为流体增加能量的。螺杆泵常用于输送润滑油、密封油及油气混输等。一、螺杆泵的基本知识一、螺杆泵的基本知识螺杆泵于1930年发明后主要用于工业领域泵送粘稠液体，只是近20年内作为一种人工举升采油手段用于开采稠油和含砂原油。它是一种容积泵，特点是结构简单、尺寸小、重量轻，不会出现泵卡、气锁、被砂蜡垢等堵塞，不会形成乳化液。螺杆泵是开采稠油和含砂原油的一种很好手段，其容积效率随原油粘度升高而升高，不象离心泵那样随原油粘度升高泵效急剧下降。目前，法国MAPE公司生产的螺杆泵可以在含砂量高达60%的井况下正常工作，系统效率在50%以上，比电潜螺杆泵高1倍以上，比普通螺杆泵高14%。电潜螺杆泵采油装置螺杆泵在油田的应用二、螺杆泵的主要零部件螺杆泵主要由螺杆及与之相配套的衬套组成。如图所示：螺杆的任一断面都是半径为R的圆。整个螺杆的形状可以看成是由很多半径为R的薄圆盘组成，不过这些圆盘的中心O1分布在一条圆柱螺旋线上。该圆柱的半径为螺杆泵的偏心距离e、螺旋线的螺距为t。1、转子（螺杆）：tedcba二、螺杆泵的主要零部件二、螺杆泵的主要零部件如图所示：衬套的断面形状是由两个半径为R(等于螺杆断面的半径)的半圆和两个长度为4e的直线段组成的长圆形。衬套的内表面就是由很多个这样的断面所组成的导程为t(t=2e)的双头内螺旋面。衬套的旋向与螺杆的旋向是相同的。2、定子(衬套)：其它衬套断面形状二、螺杆泵的主要零部件衬套一般用橡胶材料制成。必须根据抽汲混合液的性质和泵工作条件来选取，如抽取油类、弱酸和碱等介质，可用丁腈橡胶作衬套材料；而要求在高耐磨、高强度和耐油、耐苯条件下工作，则可选取聚氨脂橡胶作衬套材料。三、螺杆泵的工作原理当螺杆转动时，螺杆—衬套副中靠近吸入端的第一个腔室的容积增加，形成负压，在压力差的作用下，液体被吸入第一个腔室。随着螺杆的继续转动，工作腔容积不断增至最大后，该腔室形成封闭，以螺旋方式向排出端移动，并最终在排出端消失。同时在吸入端又形成新的密封腔。由于密封腔室的不断形成、推移和消失，使混合液通过一个一个密封腔室，从吸入端推挤到排出端，压力不断升高。螺杆泵利用螺杆的回转来吸排液体的。四、旋向、转向、流向关系即螺杆的螺旋旋向(左旋或右旋)、螺杆的转向(顺时针或逆时针)和混合液的流向三者之间的关系。如图所示，螺杆为左旋，假设观察者位于螺杆的一端，如螺杆作顺时针转动，则混合液背向观察者；如螺杆作逆时针方向转动，则混合液流向观察者。将螺杆改为右旋，如螺杆作顺时针方向转动，则混合液流向观察者；如螺杆作逆时针方向转动，则混合液背向观察者。由此可见，旋向、转向和流向三个因素中，给定任意两个因素，可确定第三个因素。1、由于螺杆泵的衬套由橡胶制成，螺杆与衬套间的相对运动为滚动加滑动，为高粘、高含砂、高含气原油的输送创造了有利的条件，加之螺杆泵的运动件少，过流面积大，油流扰动小，使其能在高粘原油中高效工作。2、由于密封腔室的推移速度是恒定的，理论上螺杆泵的流量是非常均匀的，不存在流量波动。五、螺杆泵的特点七、螺杆泵的种类按其螺杆数目的不同，可分为单螺杆、双螺杆、三螺杆和五螺杆等；按其螺杆螺距可分为长、中、短螺距三种；按其结构型式可分为卧式、立式、法兰式和侧挂式等。在油田所用的螺杆式油气混输泵中，以单螺杆泵和双螺杆泵为主。１１２３６５78941、单螺杆泵单螺杆泵组成示意图1-排出口；2－螺杆；3－螺杆衬套；4－填料密封器；5－万向轴总成；６－吸入口；７－轴承；8－传动主轴；9-底座如图所示：双螺杆泵由两根螺杆、轴承、吸入腔、排出腔、壳体等组成。2、双螺杆泵八、螺杆泵的特性曲线q-HQ-HQt-HQ0H单螺杆的理论特性曲线和实际特性曲线（1）理论特性曲线流量(Qt)—压头(H)为一条水平线，表明其流量不随压头的变化而改变。（２）实际特性曲线：随着压头H的增加，通过螺杆—衬套副密封线从泵排出端到吸入端的液体漏失量q也增加，实际流量Q是理论流量Qt和漏失量q的差值。随着压头H的增加，流量Q是逐渐下降的。