第六章采油方法.

原油怎样从地层采至地面？自喷采油(NaturalFlow)气举采油(GasLift)有杆泵抽采油(Pumping)无杆泵抽采油(RodlessPump)机械采油方法第六章采油方法电动潜油离心泵利用电缆传递电能电动潜油螺杆泵常规有杆泵利用抽油杆传递能量地面驱动螺杆泵气举（补充气体膨胀能）连续气举间歇气举水力活塞泵利用液体传递能量射流泵涡轮泵等（补充机械能）泵举（机械采油）人工举升•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•油井自喷的条件gH—井内静液柱压力Pfr—摩擦阻力Pt—油压一、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。wfrwoLPPqqPI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,KoPr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=1PrPrq/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。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。2rwfrwfmaxoopp8.0pp2.01qq（6-2）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。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=12、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-vLVSL-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。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。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。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。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。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。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PtPBPcLH2、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/Pt(PB/Pt)cabcq3、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。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、单相气体嘴流当PB/Pt0.5，即Pt2PB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.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。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。二、气源1、要求(1)具有足够的压力，(2)必须不含氧气。2、(1)高压天然气。(2)低压天然气，经压缩机加压注入。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。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、气举装置类型图6-12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。喷出前，PwfPs；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PwfPs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。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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。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。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。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。抽油泵的组成泵筒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•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。(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；ApD——泵径，m；S——光杆冲程，m；n——冲次，。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。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。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