第7章-完井管柱

第7章完井管柱与井口装置•教学内容：完井管柱、油管设计、油气井井口装置。•基本要求：了解油井完井管柱、注水井完井管柱、气井完井管柱、其它特殊井完井管柱，理解油管尺寸、材料选择和设计方法、了解油气井井口装置。重点完井管柱组成油气井井口装置•重点：完井管柱组成、油气井井口装置。•难点：油管设计方法。难点：油管设计方法。1第7章完井管柱与井口装置第节完井管柱第一节完井管柱第节油气井井口装置第二节油气井井口装置第节油管设计简介第三节油管设计简介2第一节完井管柱一口井从上到下是由井口装置、完井管柱和井底结构三部分组成。口井从上到下是由井口装置、完井管柱和井底结构三部分组成。井口装置主要包括套管头、油管头和采油（气）树，作用是悬挂井下油管柱、套管柱，密封油套管和两层套管间环空以控制油气井生产、回注（蒸汽、注气、注水、酸化、压裂、注剂等）和安全生产。完井管柱则包括油管套管和按一定功用组合而成的井下工具完井管柱则包括油管、套管和按一定功用组合而成的井下工具。井底结构是指连接在完井管柱最下端的与完井方法相匹配的工具和管柱的有机组合体。3第一节完井管柱下入完井管柱使生产井或注入井开始正常生产是完井工程的最后一个环节。生产管柱的合性直接关系到生产井生产管柱设计的合理性直接关系到生产井或注入井投产后能否正常生产或注入井投产后能否正常生产。完井管柱与采油方式有很大关系完井管柱与采油方式有很大关系。4第一节完井管柱自喷采油有杆泵采油地面能量通过抽油杆提供给抽油泵，将井底原油举升至地面的采油方式自喷采油采油人工地面的采油方式。方法地面能量通过高水力活塞泵举升采无杆泵采油地面能量通过高压液体或电缆提供给抽油泵，将水力活塞泵电动潜油泵采油井底原油举升至地面的采油方式。电动潜油泵螺杆泵气举采油利用气举气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低将流5气举采油中的混合液密度降低。将流到井内的原油举升到地面。第一节完井管柱1、自喷井完井管柱适用于能够自喷生产的油井。技术关键是油管合理直径的确定技术关键是油管合理直径的确定。包括全井合采管柱、分层开采管柱和其它特殊管柱。（1）全井合采管柱，适用于单层系的油井或层数不多层间差层系的油井或层数不多、层间差异不大的油井。6自喷井全井合采采油管柱第一节完井管柱（2）分层开采管柱，分层开采管柱主要由封隔器、配产器和其它配套的井下工具组成。主要用于工具组成。主要用于层间差异大的自喷井，可解决或减少层间干扰和矛盾提高采油扰和矛盾，提高采油速度。7自喷井分层采油管柱双管分采管柱示意图第一节完井管柱2.有杆泵完井管柱适用于油井无自喷能力，适用于油井无自喷能力，但又有一定深度的动液面，原油粘度适中。主要由机、泵、杆、管主要由机、泵、杆、管组成。8有杆泵井标准井下管柱示意图第一节完井管柱9(a)封下采上(b)封上采下(c)封中间采两头(d)封两头采中间有杆泵生产管柱型式第一节完井管柱3、水力活塞泵完井管柱-系统组成高压泵机组动力液处理装置高压控制管汇地面流程高压控制管汇计量装置地面管线地面流程井口井下器具管柱结构水力活塞泵井下机组油井装置液马达抽油泵水力活塞泵井下机组抽油泵滑阀控制机构10开式水力活塞泵采油系统第一节完井管柱工作原理工作原理：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；开式水力活塞泵采油系统液马达做往复运动；液马达通过活塞杆带动抽油泵做往复运动；开式水力活塞泵采油系统11原油被增压举升。第一节完井管柱适油层深度与排量范围大；适应条油层深度与排量范围大；含蜡；条件稠油；井斜主要缺点：井斜。(1)机组结构复杂，加工精度要求高；(2)地面流程大，投资高（规模效益）；12第一节完井管柱分类：(1)按系统井数分类单井流程系统；多井集中泵站系统；大型集中泵站系统。(2)按动力液循环分类单井流程系统；多井集中泵站系统；大型集中泵站系统。动力液不与产出液混合。（应用少，多用海上）动力液与产出液混合。（尤其稠油开采应用多）闭式循环方式：开式循环方式：(3)按动力液性质分类原油动力液水力活塞泵采油系统（润滑性好成本低优先选择）原油动力液水力活塞泵采油系统。（润滑性好，成本低，优先选择）水基动力液水力活塞泵采油系统。（污染小，安全，易腐蚀）13第一节完井管柱(4)按井下泵的安装方式分类固定式安装：整个泵随油管下入井内，优点是泵径大、排量大，缺点是起泵必须起油管。插入式安装：泵工作筒随大直径油管下入井内，而沉没泵机组则用小直径油管下入插到泵工作筒内泵机组则用小直径油管下入，插到泵工作筒内。投入式安装：又分单管封隔式和平行管柱式，泵工作筒投式安装管式管式泵筒随油管下至井底，沉没泵机组则从油管中投入，使用液力下泵和起泵优点是起下泵方便缺点是泵径受到限制下泵和起泵，优点是起下泵方便，缺点是泵径受到限制，排量较小。14第一节完井管柱开式水力活塞泵采油系统闭式力塞采油系统15开式水力活塞泵采油系统闭式水力活塞泵采油系统第一节完井管柱16全井段合采单管柱示意图第一节完井管柱17第一节完井管柱4、电潜泵完井管柱电潜泵是井下工作的多级离心泵同油管起下入井内电潜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，把油井中的井液举升到地面。电潜泵采油装置组成:井下机组部分潜油电机保护器分离器和多级离心泵井下机组部分电力传输部分潜油电机、保护器、分离器和多级离心泵潜油电缆电力传输部分潜油电缆18地面控制部分控制屏、变压器和接线盒变压器地电潜泵供电流程：地面电源变压器控制屏潜油电变压器控制屏地面控制变压器控制屏潜油电缆潜油电机。接线盒制部分泄油阀泄油阀单流阀电潜泵抽油工作流程：分离器多级离心泵单流阀泄油阀井出油线多级离心泵井下泄油阀井口出油干线。保护器分离器下机组潜油电缆潜油电机保护器部分电力传输部分电潜泵采油系统示意图第一节完井管柱电潜泵举升方式的主要优点：(1)排量大；(1)排量大；(2)操作简单，管理方便；(3)能够较好地运用于斜井与水平井以及海上采油；(4)在防蜡方面有一定的作用。电潜泵举升方式的主要缺点：(1)下入深度受电机功率、油套管直径、井筒高温等的限制；(1)下入深度受电机功率、油套管直径、井筒高温等的限制；(2)比较昂贵，初期投资高；作业费用高日常维护要求高(3)作业费用高，日常维护要求高；(4)电机、电缆易出现故障；20(5)受原油气液比限制。第一节完井管柱电潜泵完井管柱21第一节完井管柱22电动潜油泵井下管柱示意图第一节完井管柱5、水力射流泵完井管柱井下器具管柱结构井口油井井下器具管柱结构系井装置射流泵高压泵机组统组成高压控制管汇动力液处理装置成地面计量装置动力液处理装置流程23地面管线射流泵采油井下系统示意图第一节完井管柱射流泵工作原理动力液地面加动力液地面加压；油管或专用动力液管输送；油管或专用动力液管输送；动力液被传至井下喷嘴；井下射流泵工作示意图通过喷嘴将压能转换动能；嘴后形成低压区；嘴后形成低压区；动力液与油层产出液在喉管中混合；水力射流泵排量、扬程取决于喷嘴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扬程取决于喷嘴面积与喉管面积24混合液的压力提高后被举升到地面。的比值。第一节完井管柱主要优点主要优点(1)没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大;(2)由于可利用动力液的热力及化学特性，适用于高凝油、稠油、高()于可利用动力液的热力及化学特性用于高凝油稠油高含蜡油井;(3)对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性。泵内存在严重的湍流和摩擦系统效率相对较低（般为％主要缺点主要缺点(1)泵内存在严重的湍流和摩擦，系统效率相对较低（一般为15％～20％，最高不超过33％）；(2)在一定条件下泵会出现气穴作用为避免气穴作用要求吸入压力(2)在一定条件下泵会出现气穴作用。为避免气穴作用，要求吸入压力高；(3)对回压的任意变化都很敏感；25()对回压的任意变化都很敏感；(4)地面需要高压泵站，要使其长期稳定运转，技术上尚有较大困难。第一节完井管柱26第一节完井管柱6、螺杆泵完井管柱1930年，Moinean发明，并在美国获得第一个专利，31-32年在法国制造。我国1986年开始研究地面驱动螺杆泵我国1986年开始研究地面驱动螺杆泵。螺杆泵是一种容积泵，运动件只有螺杆，没有阀和复杂的流道。油流扰动少，使水力损失大大降低。由于螺杆在橡皮衬套表面的运动带有滚动和滑动的性质，使砂粒不易沉积沉积。突出优点：尺寸小，质量轻，制造容易，维修方便，运动部件少排量均匀部件少，排量均匀。缺点：橡皮衬套易磨损，下部径向上止推轴承损坏，偏27心联接轴不够可靠，周期短。第一节完井管柱对于开采高粘度、高含砂和含气量较大的原油时，同其它采油方式相比螺杆泵具有灵活可靠抗磨蚀及容积效率高等特油方式相比，螺杆泵具有灵活可靠、抗磨蚀及容积效率高等特点。机械无级调速机械无级调速固定转速固定转速液压驱动螺杆泵液压驱动螺杆泵调速方式调速方式固定转速固定转速变频无级调速变频无级调速地面驱动地面驱动调速方式调速方式螺杆泵螺杆泵连续抽油杆连续抽油杆普通抽油杆普通抽油杆抽油杆传动抽油杆传动螺杆泵螺杆泵抽油杆类型抽油杆类型普通抽油杆普通抽油杆空心抽油杆空心抽油杆井下电机驱动螺杆泵井下电机驱动螺杆泵抽油杆类型抽油杆类型28井下电机驱动螺杆泵井下电机驱动螺杆泵第一节完井管柱1-电控箱；2-电机；3-皮带；4-方卡子5-减速箱；6-压力表；7专用井口；8抽油杆9抽油杆扶正器8-抽油杆；9-抽油杆扶正器；10-油管扶正器；11-油管；12-螺杆泵13-套管；14-定位销；15-油管防脱器16筛管17丝堵18油层16-筛管；17-丝堵；18-油层29地面驱动螺杆泵采油系统地面驱动螺杆泵采油系统第一节完井管柱1-扶正器；2-套管；3-潜油电机；4-保护器；5-潜油减速器；保护器；潜油减速器；6-电缆护罩；7-螺杆泵；8螺杆泵排出头9引接电缆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-井口装置；16-接线盒；15井口装置；16接线盒；17-控制柜；18-变压器30井下驱动螺杆泵采油系统井下驱动螺杆泵采油系统第一节完井管柱工作原理工作原理当螺杆在衬套内偏心旋转时，形成一系列密封腔，流体就是通过这些密封腔从泵吸入口到排出口的。当泵吸入端第一个密封腔的容积增大时，压力下降，流体进入这个腔室，容积增大时，压力下降，流体进入这个腔室，随着螺杆转动，这个腔室开始封闭，并向排出口移动，流体通过密封腔压力不断上升，排量保持不变31保持不变。第一节完井管柱螺杆泵采油井下管柱32第一节完井管柱7、气举井完井管柱•工艺过程是通过向井筒内注入高压气体的方法来降低油管内从注气点到地面的液柱密度，使原油及液体连续地管内从注气点到面的液柱密度使原油及液体续从油层流向井底，并从井底举升到地面。适应性强可用于高气液比出砂井及定向井水平井•适应性强，可用于高气液比、出砂井及定向井、水平井。•要求有稳定充足的气源，一次性投资大，但管理方便、生产测试工艺简单、运行费用低，总体经济效益好。•连续气举和间歇气举连续气举和间歇气举•单管气举井下管柱、多管注气管柱33第一节完井管柱34第一节完井管柱35第一节完井管柱附：各种人工举升方法适应性对比气举：适用于出砂井、气液比高的井、大斜度井、海上采油井特别适用于有高压气可供利用的油井附：各种人工举升方法适应性对比上采油井。特别适用于有高压气可供利用的油井。日排液最高可达7950m³，举升高度可达3658m。抽油机有杆泵：不适用于海上采油及小井眼、深井采油。对于出砂、高气油比、结蜡或腐蚀性严重的井都会降低容积效率和使用寿命。日排液最高可达410m³举升高度可达4420m。日排液最高可达410m，举升高度可达4420m。36第一