采油工程原理与设计(张琪)

采油工程（张琪）第一章：油井流入动态与井筒多相流动计算油井流入动态是指油井产量与井底流动压力的关系，它反映了油藏向该井供油能力。动态曲线：表示产量与流压关系的曲线，简称IPR曲线。三种流动状态：地层渗流（地层到井底）井口多相管流（井底到井口）地面水平或倾斜管流（井口到分离器）采油指数：单位生产压差下的油井产油量。（单相流动时的IPR曲线为直线，其斜率的负倒数便是采油指数）流动效率FE：该井的理想生产压差与实际生产压差之比。油井的不完善：打开性质不完善井；打开程度不完善井；双重不完善井S=0,FE=1完善井S0,FE1超完善井S0,FE1不完善井单相液流：当油井的井口压力高于原油的饱和压力时井筒内的液流气液两相流动：当自喷井的井底压力低于饱和压力时泡流：在井筒中从低于饱和压力的深度起，溶解气开始从油中分离出来，这时，由于气量少，压力高，气体都以小气泡分散在液相中，气泡直径相对于油管直径要小很多，这种结构混合物的流动称为泡流。滑脱：由于油、气密度的差异和泡流的混合物的平均流速小，因此，在混合物向上流动的同时，气泡上升速度大于液体流速，气泡将从油中超越而过，这种气体超越液体上升的现象称为滑脱。泡流的特点：气体是分散相，液体是连续相；气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力的影响不大；滑脱现象比较严重。段塞流：当混合物继续向上流动时，压力逐渐降低，气体不断膨胀，小气泡将合成大气泡，直到能过占据整个油管断面时，在井筒内将形成一段油一段气的结构，这种混合物的流动称为段塞流。环流：随着混合物继续向上流动，压力不断下降，气相体积继续增大，泡弹状的气泡不断加长，并逐渐由油管中间突破，形成油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。雾流：在油气混合物继续上升过程中，当压力下降使气体的体积流量增加到足够大时，油管中流动的气流芯子将变得很粗，沿管壁流动的油环变得很薄，此时，绝大部分油都以小油滴分散在气流中，这种流动结构称为雾流。雾流特点：气体是连续相，液体为分散相；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。自下而上：纯液流、泡流、段塞流、环流、雾流滑脱损失的实质：液相的流动断面增大将引起混合物密度的增加。滞留率：多相流动的某一管段中某相流体体积与管段容积之比（存容比）第二章：自喷与气举采油自喷：油层能量充足时，利用油层本身的能量就将油举升到地面的方式(p54)自喷井生产系统的组成：地层到井底—地层渗流井底到井口—井口多相管流井口到分离器—地面水平或倾斜管流嘴流：生产流体通过油嘴的流动自喷井节点分析：以油井生产系统为对象把从油藏到地面分离器所构成的整个油井生产系统按不同的流动规律分成若干个流动子系统，在每个流动子系统的起始及衔接处设置节点。在分析研究各子系统流动规律的基础上分析各子系统的相互关系及其各自对整个系统工作的影响，为优化系统运行参数和进行系统的调控提供依据。1、以井底为求解点：油藏到井底、井底到分离器（井底流压即油管鞋压力）2、以井口为求解点：油藏到井口、井口到分离器3、以分离器为求解点：油藏到井底、井底到井口、井口到分离器(P63)临界流动：指流体的流速达到压力波在流体介质中的传播速度即声波速度时的流动状态油嘴系统分为：油嘴、井下安全阀、井下节流器功能节点：压力不连续即存在压差的节点系统功能节点分析过程：当以功能节点为求解点时，先要以系统两端为起点分别计算不同流量下节点的上、下游压力，并求得节点压差和绘出压差—流量曲线；然后，根据描述节点设备（油嘴、安全阀）的流量—压差公式或相关式，求得设备工作曲线。由两条压差—流量曲线的交点便可求得问题的解，即节点设备产生的压差及相应的油井产量。（对油嘴的生产系统，必须以油嘴为求解点）气举：是利用从地面注入高压气体将井内原油举升至地面的一种人工举升方式（条件：必须有足够的气源；原理：依靠从地面注入井内的高压气体与油层产出的流体在井筒中的混合，利用气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低，将流入到井内的原油举升到地面。）气举按注气方式分为：连续气举：将高压气体连续注入井内，排井筒中液体的举升方式间歇气举：向井筒周期性地注入气体，推动停注期间在井筒内聚集的油层流体段塞升至地面从而排出井中液体的举起方式沉没度：表示泵沉没在动液面以下的深度启动压力：随着压缩机压力的不断提高，环形空间内的液面最终将达到管鞋（注气点）处，此时，井口注入压力达到的最高值称为启动压力。气举设计：根据给定的设备条件（可提供的注气压力及注气量）和油井流入动态确定的。（包括气举方式和气举装置类型；气举点深度、气液比和产量；阀位置、尺寸、类型及装配要求）气举阀的作用：降低启动压力和排出油套环形空间中的液体。气举装置：开式装置（仅限于连续气举）、半闭式装置、闭式装置、箱式装置（后三种既可用于连续气举也可用于间歇气举）第三章：有杆泵采油有杆泵采油包括游梁式抽油井有杆泵采油和地面驱动螺杆泵采油抽油装置系统：抽油机、抽油杆、抽油泵抽油机工作原理：工作时，动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄做低速旋转，曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下摆动，挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆柱作往复运动。P94游梁式抽油机：游梁—连杆—曲柄机构—减速箱—动力设备—辅助装置按结构分为：普通式、前置式（区别：游梁和连杆的连接位置不同；平衡方式不同，普通式多采用机械平衡，支架在驴头和曲柄连杆之间，其上、下冲程的时间相等。前置式多采用气动平衡）抽油泵满足条件：1、结构简单，强度高，质量好，连接部分密封可靠。2、制造材料耐磨和抗腐蚀性好，使用寿命长。3、规格类型能满足油井排液量的需要，适应性强。4、便于起下5、在结构上应考虑防砂、防气，病带有必要的辅助设备。抽油泵可分为管式泵和杆式泵管式泵：结构简单、成本低、在相同油管直径下允许下入的泵径较杆式泵大，因而排量大。但检泵时必须起出油管，修井工作量大，故适用于下泵深不很大、产量较高的油井。杆式泵：检泵方便，结构复杂，制造成本高，在相同油管直径下允许下入的泵径比管式小。适用于泵深度大、产量较小的油井。冲程：活塞上下运动一次称为一个冲程分为上冲程和下冲程冲次：每分钟内完成上下冲程的次数光杆冲程：悬点在上下死点间的位移用S来表示活塞冲程：活塞在上下死点间的位移用Sp来表示泵吸入的条件：泵内压力（吸入压力）沉没压力泵排出液体的条件：泵内压力（排出压力）柱塞以上的液柱压力泵的工作过程：柱塞在泵内让出容积、井内液体进泵、泵内排出井内液体四连杆机构：以游梁支点和曲柄轴中心的连线做固定杆，以曲柄、连杆、游梁后臂为三个活动杆。悬点载荷：抽油杆柱载荷Wr，柱塞上的液柱载荷Wl，惯性载荷上冲程抽油杆柱载荷—抽油杆柱在空气中的重力下冲程抽油杆柱载荷—抽油杆柱在液体中的重力上冲程中柱塞上的液柱载荷—柱塞以上的液柱重力下冲程过程中无液柱载荷—等于零吸入压力：上冲程中，在沉没压力作用下，井内液体克服泵的入口设备的阻力进入泵内，此时液流所具有的压力井口回压对悬点载荷的影响：上冲程中增加悬点载荷；下冲程中减小抽油杆柱载荷上冲程中：前半冲程加速度为正，即加速度向上，则惯性力向下，增加悬点载荷后半冲程加速度为负，即加速度向下，则惯性力向上，减小悬点载荷下冲程中：前半冲程惯性力向上，减小悬点载荷后半冲程惯性力向下，增大悬点载荷抽油机不平衡的原因和后果：上冲程中悬点承受着最大载荷，所以电动机必须作很大的功才能使驴头上行；下冲程中，抽油杆在其自身重力作用下克服浮力下行，这是电动机不仅不需要对外做功，反而接受外来的能量做负功，造成抽油机在上、下冲程中的不平衡。（上、下冲程中悬点载荷不同，造成电动机在上、下冲程中所做的功不想等。）后果：1、上冲程中电动机和承受着极大的负荷，下冲程中抽油机反而带着电动机运转，从而造成功率的浪费，降低电动机的效率和寿命。2、由于负荷极不均匀，会使抽油机发生激烈振动，而影响抽油装置的寿命。3、会破坏曲柄旋转速度的均匀性，而影响抽油杆和泵的正常工作。抽油机平衡原理：在下冲程中把能量储存起来；在上冲程中利用储存的能量来帮助电动机做功。抽油机平衡方式：气动平衡机械平衡：游梁平衡、曲柄平衡、复合平衡抽油机平衡检验方法：1、测量驴头上、下冲程的时间（如果上冲程快、下冲程慢，说明平衡过量，则应减小平衡重量或平衡半径）2、测量上、下冲程中的电流（如果上冲程的电流峰值大于下冲程大的电流峰值，则说明平衡不够，应增加平衡重量或增大平衡半径）3、观察法目前国产抽油机所选配的电动机大多是：高启动转矩系列的三相异步封闭式鼠笼型电动机。等值扭矩：用一个不变化的固定扭矩代替变化的实际扭矩，两种扭矩下电动机发热条件相同，则此固定扭矩即为实际变化的扭矩的等值扭矩。水力功率：指在一定时间内将一定量的液体提升一定距离所需要的功率光杆功率：通过光杆来提升液体和克服井下损耗所需要的功率泵效：实际产量/理论产量影响泵效的因素：抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩气体和充不满的影响漏失影响影响泵效的漏失的因素：排出部分漏失、吸入部分漏失、其他部分漏失提高泵效的措施：1、选择合理的工作方式。2、确定合理沉没度，以降低泵口气液比，减少进泵气量，从而提高泵的充满程度。3、改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能，采取防砂、防腐蚀、防蜡及定期检查泵等措施。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。有杆油井生产系统：油层、井筒流动、机—杆—泵和地面出油管线到油气分离器。静液面：关井后环形空间中液面恢复到静止（与地层压力相平衡）时的液面。动液面：油井生产时油套环形空间的液面。地面示功图：表示悬点载荷与位移的示功图称为地面示功图P157第五章：注水油田注水要求：水源的水量充足、水质稳定水源种类：地面水源、来自河床等冲积层的水源、地层水水源、油层采出水注入水处理技术：1、沉淀（聚凝剂：硫酸铁、三氯化铁和偏铝酸钠）2、过滤3、杀菌（杀菌剂：次氯酸、次氯酸盐及氟化钙、甲醛既有杀菌作用又有防腐作用）4、脱氧5、曝晒6、含油污水处理污水回注的优点：(1)污水中含表面活性物质，能提高洗油能力。(2)高矿化度污水回注后，不会使粘土颗粒膨胀而降低渗透率。(3)污水回注保护了环境，提高了水的利用率。污水回注应解决的问题：(1)处理后的污水应达到注水水质标准。(2)水在设备和管线中既不产生堵塞性结垢，又不产生严重腐蚀。(3)和地层水不起化学反应生成沉淀，以免堵塞油层。注水地面系统：水源泵站、水处理站、注水站、配水间和注水井注水站作用：将来水升压，以满足注水井对注入压力的要求。储水罐作用：1、储备作用：为注水泵储备一定水量，防止因停水而造成缺水停泵现象。2、缓冲作用：避免因供水管网压力不稳定而影响注水泵正常工作及其它系统的供水量及水质。3、分离作用：可使水中较大的固体颗粒物质、砂石等沉降于罐底，含油污水中较大颗粒的油滴可浮于，便于集中回收处理。注水井投注程序：1、排液（目的在于清除油层内的堵塞物，在井底附近造成适当的低压带，为注水创造有利条件，并利用部分弹性储量，减少注水井排或注水井附近的能量损失，有利于注水井排拉成水线。）2、洗井（目的是把井筒内的腐蚀物、杂质等污物冲洗出来，避免油层被污物堵塞，影响注水。）3、试注（目的在于确定能否将水注入油层并取得油层吸水启动压力指数等资料，根据要求注入量选定注入压力。）4、转注（注水井通过排液、洗井、试注，取全准试注的资料，并绘出注水指示曲线，在经过配水就可以转为正常注水。）吸水指数：单位注水压差下的日注水量，单位为m3/(d*MPa)比吸水指数：地层吸水指数除以油层有效厚度的数值视吸水指数：日注水量/井口压力（未进行分层注水时若采用油管取水，则井口压力取套管压力；若采用套管注水，则井口压力取油管压力。）影响吸水能力的因素：分层注水作用：解决层间矛盾，调整油层平面上注入水分布不均匀的状况，以控制油井含水上升和油田综合含水率的上升速度，提高油田的开采效果。封隔器失效的原因：1、封隔器胶皮筒变形或破裂，使胶皮筒无法密封2、配水器弹簧失灵及管柱底部阀密封不严，使油管内外压差达不到封隔器胶皮筒胀开所需要的压力差。表