油田机械采油新工艺技术

孤东油田机械采油新工艺技术第一部分孤东油田采油技术管理系统软件..................1一、抽油井参数优化.........................................1二、抽油井工况管理技术.....................................5三、软件特点及先进性.......................................7四、现场应用情况...........................................8第二部分孤东油田新型机采配套小工具简介.................10自锁式脱节器..............................................10新型抽油杆扶正器..........................................11可溶式扶正器..............................................12滤砂管管柱与生产管柱分离..................................12超越离合器................................................14碳纤维连续抽油杆..........................................15第三部分孤东油田新型抽油泵简介........................18FN-01型耐磨防砂泵.........................................18CFCYB型长柱塞式防砂抽油泵.................................23CYB44/63型防砂式稠油泵....................................25地面驱动螺杆泵............................................27水力喷射泵................................................29敞开直入式抽稠油泵........................................33空心杆越泵电加热装置......................................35强制启闭阀式抽稠油泵......................................40HY型液压启动抽稠油泵......................................41第一部分孤东油田采油技术管理系统软件孤东油田目前共有抽油井1900口,其中常规有杆系统日产液量占全油田总液量的80%,因此,这部分井管理水平的高低将直接影响到油田产量.近几年来,我们致力于采油技术管理系统软件的研制与推广工作,取得了一定成绩,现将该技术做一简单介绍,该技术包括抽油井工况管理与抽油井参数优化两部分:一、抽油井参数优化1、抽油机井参数优化设计技术的理论和方法抽油井生产系统是由地层、井筒和抽油设备(机-杆-泵系统)所组成。油层工作可用IPR曲线来描述；在井筒中从井底到井口的流动服从多相垂直管流规律，机－杆－泵是用来向井下提供能量的，它自身组成的机械力学的复杂动力学系统，可以通过正确地选择抽汲参数来控制、调节油井生产。机－杆－泵系统的工作参数与工作状况直接决定着油井的产量，只有该系统与油层生产能力相适应时，才能既获得较高的产量，又使设备在高效率下安全工作。由于地层、井筒和抽油设备在油井生产过程中具有不同2功能和各自的工作规律，但他们又同处于一个系统中，从而构成了相互联系相互作用的有机整体。因此，抽油井的设计必须以生产系统为对象，以各自系统之间的协调为基础，以油层生产能力为依据，采用系统分析方法来进行抽油机井参数优化设计。同时，正确地设计抽汲参数，充分发挥地层和抽油设备的潜力，也是抽油井科学管理的一项重要指标。⑴节点系统和抽油协调节点分析方法已广泛地应用于各种方法的生产设计，它们所涉及的主要是流体力学(管流)及机械力学问题，而常规有杆抽油系统还涉及到机－杆－泵系统的运动学、动力学的问题，特别是抽油杆柱的动力学问题。因而，与其它采油方式的油井相比，对抽油井采用系统分析方法进行设计更为复杂，只有正确地设置节点和选取求解点才能对有杆泵油井的生产系统做出合理的设计。节点系统的对象是整个油井生产系统，在本项研究中将该生产系统划分如下：①Pr:油藏平均压力②Pwf:井底流压③P1:泵吸入口处压力④P2:泵排出口处压力3⑤P3:油压⑥P4:回压图1油井生产系统节点划分示意图油层、井筒－抽油设备的协调和衔接条件为：①油层生产的液量、井筒排出的液量和泵排量三者相同(质量)；②流体从油层流到井底时所剩余的压力Pwf等于井筒流动的起始压力，从井底到泵吸入口处时所剩余的压力等于泵的吸入口处压力P1；③泵排出口处的压力P2与井口油压和油管中流体所造成的压力相平衡。⑵抽油机井生产设计时下泵深度的确定:从机－杆－泵系统来看，油井产量直接取决于泵排量，而泵排量不仅与使用的泵径、冲程、冲数及抽油杆柱的结构有关，而PrPwfP1P4P3P24且与下泵深度及泵吸入口处压力有关，因此，要想获得规定或希望的产量，就必须正确地确定上述各抽汲参数。从地层方面来看，在规定产量下，根据油井流入动态关系(IPR)曲线，其井底流压是一定的，并且在此产量下，流体沿井筒上升的压力分布由多相垂直管流规律所决定的，因此，在下泵深度处的压力能否满足泵所要求的泵吸入口压力，将直接影响泵的实际排量，从而影响油井的产量。下泵深度过小或过大都是有限制的。所以抽油系统的设计，首先必须根据产量合理确定下泵深度，然后确定抽油参数、设计抽油杆柱和计算抽汲工况指标。在一定气油比下，泵吸入口处的压力直接影响泵的充满程度。在本软件中，根据泵吸入口处的压力或泵的充满程度，来确定下泵深度，这样具有较大的灵活性，用户可根据现场的实际经验或现场生产的统计结果，来确定较为合理的下泵深度。⑶常规有杆泵抽油生产动态模拟器常规有杆泵抽油生产动态模拟器模拟的是油层－井筒－机、杆、泵所组成的有杆泵抽油生产系统，在选定不同机型的条件下，以泵口处为系统求解点，采用系统分析方法求解油井的最大可能产量，及其相应的抽汲参数，其设计步骤如下：①根据IPR曲线选定的产液量，计算井下压力分布及井底流压所对应的动液面深度。②选择适当的抽油机、泵型及抽汲参数③根据充满系数确定下泵深度。④根据多相垂流计算井筒中的压力和温度分布。⑤设计抽油杆柱。⑥计算平衡、扭矩和功率。5⑦存储参数优选结果。二、抽油井工况管理技术1、抽油井工况管理技术的理论和方法抽油井工况管理图是根据油井产生和管理的需要而提出的一种检查抽油井工况的直观方法。其特点是能宏观地反映抽油井供液能力和机械设备排液能力的匹配情况、机械设备(泵)的效率以及油田区块管理水平。通过抽油井工况管理图可以把油田区块的抽油井按其工况参数选择的好坏和泵的磨损程度分成几大类，然后用单井泵效分析图分析其原因，可以粗略地对油井的工况进行诊断，指出挖潜增产方向，为生产管理和选择增产措施提供理论依据，并可清楚地看出哪些井存在问题。⑴抽油井工况管理图抽油井的工作状况工况反映了管理水平，其最重要的一个工况指标是泵效。影响泵效的因素很多，主要有：泵吸入口压力、饱和压力、泵口温度、泵的余隙、下泵深度、泵径、杆径、含水、泵的磨损程度等。其中泵的吸入口压力影响最大。考虑到用两维的平面图来表示抽油井的工况，通过无因次化处理，选用效核的泵效为横坐标，沉没度与下泵深度之比为纵坐标(沉没度反映了泵吸入口压力)。其它影响因素在同一油区块内差别不大，对泵效的影响通过效核泵效来消除。抽油井工况管理图把抽油机井的工况分为优秀合格区、断脱漏失区、待落实区、参数偏小区和供液不足区。把油田区块中每口抽油机井其按工况标在图上，可以直观地知道哪些井处在合理工作状态，哪些井有潜力，哪些井有问题。①优秀合格区：参数合理，泵工作良好，系统效率高。对该6区内的井应加强日常管理，使其长期保持正常生产。②断脱漏失区：沉没度高，泵效低，主要原因是泵磨损严重或泵工作不正常，如结蜡、气体影响严重、凡尔漏失等，也可能有油管漏失或抽油杆断脱等现象。该区内的井应进行诊断和综合分析，弄清泵效低的原因，制定检泵作业措施，使这些井恢复正常生产。③供液不足区：沉没度低、泵效低，主要是地层供液不足，抽汲参数偏大。需要对油层采取酸化、压裂等改造措施，加强注水，或将抽汲参数调小，加大下泵深度等使地层供液与设备排液能力相匹配。④参数偏小区：沉没度高，泵效高，说明地层供液还有潜力，相对地抽油系统的参数偏小。这些井是挖潜增油的主要目标井，增大抽汲参数可增加油井产量。但泵效相应地要降低一些。⑤待落实井：沉没度与泵效不协调。主要是计量或测试资料不准。应核实产量、动液面，消除虚假资料后，这些井就进入相应区。⑵抽油井井数按不同参数的分布图抽油井工况管理图是用两维的平面图来反映油井的工作情况，这要求区块中各油井的参数值相差不大。不同参数的井数分布图，反映了区块中油井各参数值的均匀情况。该软件可绘制按泵径、产液量、含水、泵效、流压、沉没度、泵深的油井井数分布图。分部图中井数集中在某一值且呈正态分布，说明由该区块数据做的抽油井工况管理图准确性高。否则，分布图中井数分散，说明由该区块数据做的抽油井工况管理图准确性差。此外，有抽油井井数按不同参数的分布图也可以直观地了解该区块的大致情况。7⑶单井泵效分析图单井泵效分析图是用来具体分析泵效低的原因。把泵效损失分成冲程损失、气体影响损失、漏失损失和体积变化损失四项，用扇面图来表示，可清楚地看到不同损失对泵效的影响，并可由此确定提高泵效的措施。抽油井工况管理图中横坐标采用校核泵效，其目的是为了消除各井参数不同造成的影响。因图中界线是由区块平均参数计算得到，各井参数与平均参数存在差异，通过校核泵效可使各井落在相应的区。三、软件特点及先进性孤东油田采油技术管理系统软件的理论和方法主要包括两大部分，即抽油井宏观控制管理图技术和抽油机井参数优化设计技术，与目前油田现场广泛应用的同类软件相比，本软件所采用的理论和方法具有以下的主要特点。1、抽油井宏观控制管理图技术该技术是在大庆和华北所开发的控制图的基本理论上发展起来的，并辅助以计算机的应用。研究中，结合孤东油田的具体实际，在图的坐标确定方面做了修正，并补充了一些新的功能。本软件中采用了与泵效直接有关的沉没度与下泵深度之比的无因次量作纵坐标，该坐标的选择直接或间接地考虑了影响泵效的三大主要因素；横坐标为校核泵效，其目的是为了消除统一区块中单个油井与其它油井某些参数不同造成的影响，使得每口油井具有可比性。同时本软件还具有单井泵效分析和统计油井流压、产能、泵效、含水、泵径及泵深分布的功能，并以方便直观的图形输出。82、抽油机井参数优化设计技术本技术以抽油机井生产系统为研究对象，采用节点分析的方法进行研究。与以往同类软件相比，本技术采用的基础理论和计算方法更趋合理。主要表现以下四大方面：一是根据油井的基础地质、井身结构等资料和目前油井的生产资料相结合，计算油井的流入动态关系(InflowPerformanceRelationship)，我们综合分析和比较了目前已形成的十六中计算IPR的方法，筛选出了更符合实际的Petrobas的方法。二是运用多相流相关式计算井筒中的压力、温度、及油气水三相PTV特征等沿井筒的分布情况。本研究综述和对比了目前国内外关于多相管流的八种计算相关式，选择了相对而言最为精确的安萨瑞(Ansari)相关式。三是抽油杆柱设计采用目前国内外流行的修正的古得曼应力图(ModifiedGoodmanDiagram)进行抽油杆柱校核和设计；抽油杆柱受力克服以往软件采用近似方法计算的缺点，本软件考虑了抽油杆柱在抽汲过程中几乎所有可能的受力，并分别进行计算，这样不仅有利于精确计算，而且还有利于载荷组成分析和对相关计算方法的检验。