井筒举升设计及实例分析-讲课材料

Er=25%35%45%55%冀东油田钻采工艺研究院2008年4月举升设计及案例分析第一部分举升方式适应性冀东油田采油工艺研究院主要的举升方式：气举、有杆泵、螺杆泵、电潜泵、水力活塞泵、射流泵等。国内外举升工艺状况冀东油田采油工艺研究院国内外人工举升方式的适应性及目前达到的水平对比项目条件有杆泵电动潜油泵水力活塞泵气举螺杆泵射流泵排量m3/d正常范围1-20030-70030-60030-318016-20010-500最大值5001400124579505001590泵深m正常范围＜3000＜2000＜3500＜3000＜1500＜2000最大值442035005486365824003500井下状况小井眼磨损严重不适宜适宜适宜适宜适宜分层措施一般不适宜一般一般不宜一般斜井一般适宜适宜很适宜一般适宜地面环境海上、市区不适宜适宜适宜很适宜一般适宜气候恶劣地区一般适宜适宜很适宜一般适宜操作问题高气油比较好一般一般很适宜较好一般重油较好不适宜适宜一般适宜适宜出砂较好不适宜一般很适宜适宜一般高凝油适宜适宜很适宜很适宜适宜很适宜腐蚀适宜适宜一般一般适宜一般结垢适宜不适宜一般一般适宜一般维修管理检泵难度较大难度大容易容易难度较大容易平均免修期二年一年半半年三年一年半年自动控制适宜适宜适宜一般一般适宜生产测试一般不适宜不适宜很适宜不适宜不适宜灵活性适宜适宜适宜很适宜一般适宜冀东油田采油工艺研究院气举优点：对大斜度井、出砂井、气液比高和含腐蚀成分的油井具有良好的适应性，可作为自喷生产的能量补充方法，单井投资成本和举升成本低，改变生产条件灵活，在气源充足的条件下可优先采用该方法。井口和井下设备比较简单，管理方便，占地面积最小，适用于海上平台。缺点：天然气含水时会产生水化物，形成堵塞，影响系统运行；由于套管承受气举高压，油井要求按气井完井；不适应单井装置和大井距的油井。高压注入气产气气举阀十字架封隔器冀东油田采油工艺研究院缺点：对于出砂、高气油比、结蜡和腐蚀的油井有一定的不适应性，整个系统的薄弱环节是抽油杆。有杆泵采油方式（简称有杆泵）优点：技术成熟，工艺配套，设备装置耐用，故障率低。其抽深和排量又能覆范围广。国内油田约占人工举升井数的90％以上，几年来工艺配套和技术进步很快，深井泵泵径已形成32-110mm系列，特种泵已初步配套；地面动力带动驱动杆柱旋转，转子也随之一起转动，井液从螺杆泵下部吸入，通过一个又一个密封腔室从吸入端推挤到排出端，压力不断升高，将液体举升到地面冀东油田采油工艺研究院地面驱动螺杆泵采油方式排量均匀，连续排油，对地层没有扰动性结构简单，运动部件少，水力损失小、故障率低、泵效高自吸能力较强（1）管柱断脱、橡胶膨胀问题（2）井斜易造成杆管磨损及脱扣、断杆等现象。冀东油田采油工艺研究院优点：举升扬程高，排量范围广，对于降低油井动液面，放大生产压差、强化高、中渗透地层、解放低渗地层、提高采油速度等十分有效。管理简便，泵效相对较高。缺点：一次资金投入（50多万元/套）和运行费用（耗电1.5-8万元/月）较高。举升高度受电机功率、套管尺寸、井身轨迹等限制。不适合高气油比的油井，举升效率降低。潜油电泵采油方式冀东油田采油工艺研究院水力活塞泵采油方式水力喷射泵水力活塞泵缺点：以原油为动力液时，动力液要求高，地面动力液处理系统相对复杂，高压动力液的安全性较差，检泵频率高，初期投入大，设计复杂，效率低，管理成本高。水力活塞泵优点：抽深可达5486米，排量可达600方/日。浅层抽油时最高可达1245方/日，耐温性好，在大排量生产时提液成本相对较低，对结蜡、稠油、高温、斜井等井况具有良好的适应性。动力液系统、生产参数及井下泵选择合理将大大提高使用寿命，井下泵可采用液力循环方式检泵，施工简单，作业成本低。水力喷射泵水力活塞泵冀东油田采油工艺研究院水力射流泵优点：没有紧密装配的运动件，能经受井液的磨损和腐蚀，适应范围广，目前抽深可达3500米，排量可达1590方/日，是唯一能满足深抽大排量的采油方式。井下泵可采用液力起下方式检泵，施工简单，作业成本低，水力射流泵采油方式缺点：泵效低，产率小，地面设备投资高，运行、维护费用高，现场操作熟练程度及接受程度低，管理成本相对较高。冀东油田采油工艺研究院电潜螺杆泵是螺杆泵和电潜泵的组合，下深1700米，最高排量200方/日左右，避免了管、杆摩擦损耗；井下驱动螺杆泵工作转速高，减速机构减速比小，定子和转子在高速转动中磨损严重，检泵周期短。电潜螺杆泵采油方式冀东油田采油工艺研究院(4)潜油螺杆泵采油方式潜油螺杆机组安装示意图1扶正器；2套管；3潜油电机4保护器5潜油减速器（包括减速器保护器）6电缆护罩7螺杆泵8螺杆泵排出头9引接电缆10油管11单向阀；12泄油阀13动力电缆14地面电缆15井口装16接线盒17控制柜18变压器第二部分设计原则冀东油田采油工艺研究院总体原则人工举升主要以高效、长效、节能和智能化方向发展1、满足开发方案要求2、技术先进可行3、经济效益好4、便于配套5、便于操作管理冀东油田采油工艺研究院技术要求1、举升方式优选：常规油藏：有杆泵（抽油机有杆泵、地面驱动螺杆泵）特殊油藏：电泵其它方式冀东油田采油工艺研究院技术要求2、抽油机井优化设计原则：产量效率寿命协调统一冀东油田采油工艺研究院技术要求3、后期提液原则：先调参后换泵换大泵（换泵设计时按较小参数选取，避免后期频繁升级）调整工作参数换大排量电泵冀东油田采油工艺研究院技术要求4、抽油机井泵挂深度大于1800米：管柱锚定5、合理沉没度：300米左右冀东油田采油工艺研究院技术要求6、产液量小于50吨/日抽油机有杆泵的油井：优选杆式抽油泵；定向井推广使用斜井抽油泵，并进行综合防偏磨工艺设计。第三部分设计方法冀东油田采油工艺研究院参考标准SY/T6570—2003油井举升工艺设计编写规范SY/T5873—2005有杆泵抽油系统设计、施工推荐作法SY/T6258—1996有杆抽油系统（常规型）设计计算方法SY/T5904—2004潜油电泵选井原则及选泵设计方法SY/T5863—93潜油电泵起下作业方法SY/T6084—94地面驱动螺杆抽油泵使用与维护SY/T5952—2005油气水井井下工艺管柱工具图例SY/T6120—1995油井井下作业防喷技术规程冀东油田采油工艺研究院应用设计软件1、“PIPESIM2003版”油井优化设计软件，中油股份公司配发6套，各个作业区都有该版本。2、加拿大PC螺杆泵设计软件（英文版），中油股份公司配发1套3、深斜井系统效率优化设计软件，华北采油院编制，网络版软件。4、螺杆泵优化设计与诊断软件（VB6.0），中油勘探院采油所编制，单机版。5、潜油电泵井参数优化及数据库系统软件，大港油田中成机械制造有限公司，单机版)0.(............................................................bjqrwfqqppmaxmax0.............)8081(1125.0)(otbbbtboJqrwwfqqqqqqqpfpfpt)....(......................................................................)]}999.0(80811[125){()(maxmaxmaxmaxmaxmaxtotbboboobowotJqrwwfqqqqqqqqpfJfqqpfpo应用达西公式沃格尔方程含水IPR曲线公式绘制IPR曲线确定泵的排量、下入深度冀东油田采油工艺研究院产能预测推荐方法在现场实际工作中，不可能采用一整套公式去计算油井产能，为了较直观和简单了解油井产能变化，可以采取简单计算方法，提高工作效率和选井的成功率。冀东油田采油工艺研究院产能预测推荐方法（1）首先根据油层的供液能力，确定泵径、泵挂；（2）初选冲程、冲次；（3）根据等强度的原则，确定杆柱组合；（4）校验疲劳强度，最后确定抽油杆柱的组合方式。设计思路冀东油田采油工艺研究院抽油机井设计方法抽油杆柱下部加重杆设计方法与步骤)1(140)/(94.0pMDP1）由已知Dp，S，n三参数并以Lp作为Lmax2）计算泵筒与柱塞间半干摩擦力冀东油田采油工艺研究院初选抽油杆组合形式及各级抽油杆柱所占比例。抽油杆柱下部加重杆设计方法与步骤)1(140)/(94.0pMDP冀东油田采油工艺研究院泵隙号码与直径间隙范围泵隙泵筒内径及偏差柱塞直径ｄ泵隙范围对应组合代号（ｍｍ）尺寸代号基本尺寸极限偏差（ｍｍ）泵分段1D0+0.051D0-0.0130.025～0.088Ⅰ级220.050～0.0113330.075～0.138Ⅱ级440.100～0.163550.125～0.188Ⅲ级(3）计算液体通过排出阀的水力阻力所产生的对柱塞底部的向上推力)2()/(63.522copledDsnR计算雷诺数：求流量系数：)3()103(28.04eR)4()103(38.137.04eeRnR)5()()/1(7295.1202032lpknSnP冀东油田采油工艺研究院)6()4/(2ppD)7()4/(200d)6(11gLPprf（4）计算作用于抽油杆柱底部液体上浮力（5）计算下冲程时抽油杆底部所受的总下行阻力lfmwpppp)8(gAPLr（6）计算需配加重杆长度冀东油田采油工艺研究院加重杆上部抽油杆柱组合设计方法与步骤)9(%)(iWpiLLL（1）计算各级抽油杆柱长度由选定的抽油杆柱型式及各级抽油杆柱所占比例计算各级抽油杆柱长度LI：)10(1MiWWriiprALALLA（2）求抽油杆柱按长度加权平均截面积冀东油田采油工艺研究院)11(1zjtjjptALLA)12()(1'MiWiirLrrPqLW（3）计算油管柱金属部分按长度的加权平均横截面积（4）计算抽油杆柱在液体中的重量冀东油田采油工艺研究院（5）计算作用在抽油泵柱塞上的液体载荷)13(0'PLpLAPgHLW)15()11('trPLAAELW（6）计算抽油机从上冲程开始到液柱载荷加载完毕时（初变形期）悬点位移。油管锚定时：冀东油田采油工艺研究院油管未锚定时：)16('rPLAELW)16.......(..............................)........./21(cos1S)17()/(trtAAA)18(1（7）计算抽油机从上冲程开始到液柱载荷加载完毕曲柄转角油管未锚定时：（8）计算变形分布系数油管锚定时：冀东油田采油工艺研究院)19(sin)1(30sin60''maxaLnnSaAEWWPPrLr)20(sin)1(30sin60'minaLnnSaAECWPPrr（9）计算最大、最小载荷C:0.85-0.9冀东油田采油工艺研究院)21()5625.04(minmaxSFAPTAPrMrM（10）校核疲劳强度如果式（21）不成立则重新选择抽油杆柱组合型式或更换高强度杆，再重复上述计算。（11）计算曲柄轴最大扭矩)22()(236.0300minmaxmax