1、1,13 石油开采,一、自喷采油 二、机械采油 三、采油井生产过程中的作业施工,2,石油开采包括两个过程,如何使储藏在岩石孔隙中的石油，沿着复杂的油层孔隙网最有效地流入井底； 如何使流入井底的原油沿着井身最有效地流到地面。,3,一、自喷采油,问题1：什么是自喷采油？ 答：当油井没有动用及实施开采时，石油在地下保持着平衡状态，一旦打开储藏石油的油层，并投入开发，平衡状态就遭到破坏，形成压差，当油层供给能量大于流体流动过程中所应消耗的能量时，油层压力就将原油从油层驱至井底，从井底连续举升到地面，从而形成自喷采油。 靠油层本身天然能量（压力），将井筒原油举升至地面。这种开采方式的采油井，叫自喷采油井
2、。,4,井身结构,井身结构是指下入套管的层次、直径及其下入深度以及套管外水泥环的高度。,导管,表层套管,表层套管水泥环,技术套管,技术套管水泥环,油层套管,油层套管水泥环,油管,油层,5,导管 用以保护井口附近的表土地层，防止被经常流出的钻井液体冲垮，下入深度小于30米 表层套管 加固上部比较疏松易塌的不稳定岩层，用于安装防喷器等井口设备，以控制钻开高压层时可能发生的井喷现象（30100米） 技术套管 用来封隔难以控制的复杂地层，使钻井能顺利地进行 油层套管 用来保护井壁，封隔井深范围内的油、气、水层，控制出油，保证油井正常生产。油层套管的直径一般为140180毫米，穿透全部油层下到井底 油管
3、 用来采出原油和天然气，还可用油管和油层套管间的环形空间进行洗井等作业,6,井口装置（采油树）,套管头,油管头,套管阀,套管四通,套压表,总闸阀,油嘴套,生产阀,油管四通,清蜡阀,出油管,油压表,7,8,井口装置的作用,悬挂油管，密封各套管之间、油管和套管的环形空间，控制和调节油井的自喷生产，保证作业施工，测取油、套压资料，并有可能从油管与套管的环形空间中压入或放出液体和气体，测试、清蜡等日常生产管理。,9,井口装置各主要部件的作用,套管头 连接各层套管，密封各套管间的环形空间，不使油气漏失并承托整个井口装置。 油管头 悬挂油管，密封油管与油层套管的环形空间 阀门 用来实现采油树的各种作用,1
4、0,油嘴 在油井的生产过程中，控制油层静止压力和流动压力之间的合理压差，根据油层能量的大小来限制和调节油井的生产 静止压力是指油层压力 流动压力是指原油从油层流到井底后的剩余压力，也就是指油井的井底压力,11,问题2：为什么要采用油嘴节流？,在油田开采初期，油层能量往往很大，如果不进行油嘴节流，则油井产量会远远超过所允许的采油量，油层能量大为消耗，井底流压急剧下降，会带来以下影响：井底附近岩石孔隙中有气体分出，含油饱和度下降，造成原油的渗透率降低；水过早地进入油井井底，岩石中造成水淹，最终采收率下降；油气混合物的渗流速度大大增加，使油层结构遭到破坏，如油层出砂造成砂堵、油层坍塌、破坏井底结构；
5、油层能量过早衰竭，大大缩短自喷油井的寿命。所以，生产中必须采用油嘴节流，以保持油井井底有一定的压力，使油井在最好的工作制度下生产。,12,油管压力表 指示的是油气混合物流至地面后的剩余能量，一般简称为油压 套管压力表 指示的是油管和油层套管环形空间的气体压力，简称为套压 油井回压 表示了油气混合物通过油嘴后的剩余能量，等于流动压力-液柱重力-摩檫阻力,P1,（回压）,回压的产生是流体在管路中流动时的阻力造成的,13,自喷采油能量的来源,液体压能 是指石油从油层流到井底后的剩余能量，即井底压力 气体能量 气体能量的来源有自由气和溶解气两种,14,问题3：气体能量的作用,降低了油气混合物的密度、粘
6、度 气体的膨胀成为举升石油的动力 气体举升石油依靠两种作用： 气体作用于原油上，垂直地顶推原油上升 靠气体和液体之间的摩擦作用，气体携带原油上升,15,5.自喷过程的能量消耗,举升油气混合物的重量所需要的能量P1 油气混合物的摩阻损失P2 油气混合物在井筒内的加速运动以及气液的相对运动所造成的能量损失P3 油气混合物到达井口后的剩余能量P4Pw=P1+P2+P3+P4,16,6.油气混合物在井筒中的流动结构 油气混合物在井筒中的流动结构具有泡沫流、段塞流、环雾状流和雾状流四种结构状态，如下图所示：,泡沫流,段塞流,环雾状流,雾状流,17,泡沫流的特点：油是连续相，气体是分散相。气体流速大于原油
7、的流速，存在有相对运动 段塞流（气团流）的特点：气体举升石油的作用很像一个破漏的活塞，液体一部分被气体托着向上走，另一部分沿着管壁向下漏,18,环雾状流（环状流）的特点：管中心形成连续的气相流，管壁处形成环形的油膜 雾状流的特点：气体是连续相，液体是分散相。,19,7.如何延长油井的自喷期,确定油井合理的工作制度,油嘴,P1,P2,井口回压的变化对油井产量无影响。,20,油管直径的选择 井口油压 含水、含砂、结蜡的影响 油井的日常管理 测量油、气产量 油井取样分析 测取油井的各种压力： 套管压力、油管压力、井口回压,21,油井的修理,油井故障：砂堵、结蜡、井下设备损坏、井下落物等 小修：起下油
8、管，清除油管中结蜡，冲洗井内砂堵等 大修：堵水，修复损坏的套管，打捞坠井落物，回采上部或下部生产油层等,22,二、机械采油,问题1：什么是机械采油？ 当油层的能量不足以维护自喷时，则必须人为地从地面补充能量，才能把原油举升出井口。如果补充能量的方式是用机械能量把油采出地面，就称为机械采油。,23,1.目前国内机械采油方法,目前，国内外机械采油装置主要分有杆泵和无杆泵两大类。 有杆泵：地面动力通过减速机构使抽油机驴头上下往复运动，从而带动抽油杆及抽油泵活塞上下运动，将井内液体抽到地面。 油田常用有杆泵的尺寸 抽油杆 长度：812m 直径：5/8、3/4、7/8、1英寸四种 泵公称直径 28mm，
9、32mm，38mm，43mm 泵外形长度： 4560mm，4680mm，4980mm 泵的重量： 62.7Kg，141Kg,24,无杆泵：利用不通过抽油杆来传递动力的抽油设备而进行的机械采油，不借助于抽油杆来传递动力的抽油设备。 无杆泵种类： 目前的种类很多，如水力活塞泵、电动潜油离心泵、射流泵、振动泵、螺杆泵等。 目前应用最广泛的还是游梁式抽油机深井泵装置。因为此装置结构合理、经久耐用、管理方便、适用范围广。 深井泵采油的油井称为抽油井。,25,2.游梁式抽油机 深井泵装置,游梁式抽油机深井泵装置的结构如下图所示：,26,1-刹车装置；2-电动机；3-变速箱皮带轮；4-变速箱；5-输入轴；6
10、-中间轴；7-输出轴；8-曲柄；9-连杆轴；10-支架；11平衡块；12-连杆；13-横船轴；14-横船；15-平衡板；16-游梁；17-支架轴；18-驴头；19-悬绳器；20-井口盘根盒；21-出油三通；22-底座,游梁式抽油机深井泵装置结构示意图,27,3.游梁式抽油机的工作原理,电动机通过三角皮带带动减速箱的输入轴，经减速后，通过曲柄连杆机构，将旋转运动转变为往复式摆动，再由驴头带动抽油杆作上下往复直线运动，并通过抽油杆将这个运动传给井下的深井泵。,28,4.深井泵的工作原理,深井泵的工作原理结构简图如右图所示,抽油杆,游动凡尔,下冲程,上冲程,工作筒,空心活塞,固定凡尔,29,深井泵的
11、工作原理,当活塞上行时（上冲程），一方面，排出游动凡尔以上的活塞冲程高度的一段液体到井外，另一方面，泵筒内产生低压，油管与油层套管环形空间内的液体在压差的作用下，顶开固定凡尔，进入泵筒内。此时，游动凡尔由于活塞承受液柱的压力而关闭。,30,当活塞下行时（下冲程），固定凡尔因承受活塞以下的液柱的压力而关闭，而游动凡尔却因承受活塞以下液柱的压力而打开，泵筒内的原油经过游动凡尔进入油管。 这样，活塞在抽油杆的带动下，不停地上下运动，固定凡尔和游动凡尔就不停地关、开，就使油管内的液面不断地上升，一直到达井口，源源不断地排入集油管线。,31,5.深井泵的排量,深井泵的理论排量 GL=Asn GL深井泵的
12、理论排量，Kg/S； A 活塞的面积，m2； S 活塞的冲程长度，m； n冲程的次数，1/S； 液体的密度，Kg/m3。,32,深井泵的实际排量GS=ASn 式中： GS深井泵的实际排量，Kg/S； 排出系数， 一般情况下， 取=0.70.8,33,影响深井泵生产率下降的原因 冲程损失 气体的影响 流入井底的流量 漏失的影响,34,6.游梁式抽油机深井泵的特点,活塞面积小(D=28120mm) 活塞运动速度低(120 次/min) 活塞冲程长(Lmax=6m) 安装深度不宜太深(200m以内) 抽油杆消耗功率大 不适应于海上采油和斜井采油 地面设备较大,35,7.提高深井泵效率的措施,选择合理
13、的注采比（维持地层能量，提高动液面） 合理选择抽油机 及时作业，避免出砂和结蜡,36,三、采油井生产过程中的作业施工,1.采油井的井下作业 采油井的井下作业，是采油生产过程的一种辅助性手段，其主要任务是维护油井，保证油井的正常生产，同时它也是油层改造、油田调整挖潜措施性手段。 2、井下作业在油田开发中的任务 井下作业的主要任务，概括起来有以下四条： （1）负责油、水井的技术作业施工，使油、水井按开发（调整）方案要求，实现分层测试、分层注水、分层采油。 （2）负责油层改造挖潜，对油、水井进行增产、增注措施，实现油田高产稳产。 （3）负责油田开发（调整）方案规定的其他工艺技术员任务的实施。 （4）
14、负责油、水井的小修和大修，使油、水井在良好的技术状态下生产。,37,3.采油井的生产过程流,自喷井生产过程流向：油层(井底能量举升)井口(出油管线)计量间中转油站联合站外输; 抽油机井生产过程流向:油层(抽油泵中固定阀、游动阀）井口计量间中转油站联合站外输; 电泵井的生产过程流向：油层（电泵中泵吸入口、油气分离器泵、单流阀、泄油阀）井口（出油管线）计量间中转油站联合站外输； 螺杆泵采油井的生产过程流向：油层（螺杆泵、抽油杆、动力源驱动头）井口（出油管线）计量间中转油站联合站外输。,38,思考题： 试解释导管、表层套管、技术套管、油层套管的作用 为什么要采用油嘴节流？ 试解释以下几个压力，并分析其相互关系：静止压力，流动压力，油管压力，套管压力，油井回压。 自喷采油过程中，自井底到地面的流动过程中，其能量消耗有哪些？ 自喷采油过程中气体的作用是什么？,39,6.自喷采油的工艺过程对油气集输工艺技术有什么要求？ 7.自喷井、气举井的回压是如何确定的？ 8.对于自喷井，若把高压、高产井与低压、低产井串接在一起，会产生什么结果？ 9.简述深井泵的工作原理？ 10.深井泵的工作特点是什么？ 11.试分析影响深井泵生产效率的因素，它们是如何影响深井泵生产效率的？,
