石油工程概论讲义1-3(120409)

nullnull石油 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 概论（采油工程）石油工程学院蒲春生2012.04null课程内容简介油田开发工程物理方法\化学方法null主要参考书张琪《采油工程原理与 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 》(石油大学出版社)王鸿勋，张琪《采油工艺原理》(石油工业出版社)王瑞和，李明忠《石油工程概论》(石油大学出版社)吴晓东，刘亚军《石油工程概论》(石油大学出版社)null绪 论—采油工程的定义 油田开发是一项庞大而复杂的系统工程，采油工程是其重要的组成部分和实施的核心。油田开采过程中根据开发目标，通过产油井和注入井对油藏采取的各项工程技术措施的总称。什么是 采油工程?null绪 论—采油工程系统的组成人工建造系统：井底、井筒、井口装置、采油设备、注水设备以及地面集输、分离和储存设备等。 油藏：具有一定储存和流动特性的孔隙或裂缝介质系统。null原油流入井底经济有效举升地面分离计量经济有效地提高油井 产量和原油采收率采油工 程目标采油工 程任务绪 论—采油工程的任务、目标null绪 论—采油工程的方法采油工 程的方法通过对注水井和采油井采取的一系列措施，保持油田的稳产、高产，实现油田的开发指标。null绪 论—采油工程特点 涉及的技术面广、综合性强而又复杂 与油藏工程、地面工程和钻井工程等紧密联系 工作对象是随油藏动态不断变化的注水井与采油井 工程实践性强、技术难度大 涉及油田开发的重要决策和经济效益null采油方法绪 论—采油方法绪论完null油井流入动态与井筒多相流动第一章第一节 油井流入动态（IPR曲线） 第一节 油井流入动态（IPR曲线） 油井生产系统 1－分离器2－地面油嘴3－井口4－安全阀5－节流器6－井底流压7－平均压力8－地层压力9－集输管网10－油罐null采油系统的四种基本流动：油嘴内流动 (Pt→PB)地面管道内流动(PB→Psep)垂直管内流动(Pwf→ Pt)null基本概念1、油井流入动态 油井产量与井底流动压力的关系。它反映了油由地层向井底流动的能力，受油藏压力、油层物性、流体物性、完井质量等对油层渗流规律的影响，是采油工程与油藏工程的衔接点。通过油井流入动态研究为油藏工程提供检验 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 ；为采油工程的下一步工作提供依据；检查钻井、固井、完井和各项工艺措施等技术水平的优劣。null基本概念2、油井流入动态曲线（IPR曲线） （Inflow Performance Relationship Curve) 表示产量与井底流压关系的曲线，简称IPR曲线。null3、采油(液)指数 （J)J的确定 改变油井工作 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 ，当油井稳定生产后，测定一系列流压与产量值绘成一条直线，该直线斜率的负倒数即为采油指数J基本概念null4）求解地层参数Kh值（由采油指数J确定）3）油田最大可能产量qmax2）预测地层平均压力Pr1）预测不同流压下油井日产量选择抽油方式、地面设施、油田配产IPR曲线的应用null供给边缘压力不变，圆形地层中心一口井产量公式转化为地层平均压力1、单相油流的流入动态—直线型null2、圆形封闭油藏，拟稳态条件下的油井产量公式单相油流的流入动态—直线型null分析：目的的关系公式可简化为其中常数成正比，构成一条斜率为采油指数的负倒数的直线。单相油流的流入动态—直线型一节完null井筒多相流理论： 研究各种举升方式油井生产规律基本理论研究特点：流动复杂性、无严格数学解研究途径：基本流动方程 实验资料相关因次分析 近似关系第二节 井筒气液两相流基本概念null流动型态（流动结构、流型）： 流动过程中油、气的分布状态。(一)气液混合物在垂直管中的流动结构① 纯液流 当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶解在原油中，产液呈单相液流。影响流型的因素： 气液体积比、流速、气液界面性质等。null滑脱现象： 混合流体流动过程中，由于流体间的密度差异，引起的小密度流体流速大于大密度流体流速的现象。 如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等。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，对摩擦阻力影响不大； 滑脱现象比较严重。②泡流 井筒压力稍低于饱和压力时，溶解气开始从油中分离出来，气体都以小气泡分散在液相中。null③段塞流 当混合物继续向上流动，压力逐渐降低，气体不断膨胀，小气泡将合并成大气泡，直到能够占据整个油管断面时，井筒内将形成一段液一段气的结构。特点：气体呈分散相，液体呈连续相； 一段气一段液交替出现； 气体膨胀能得到较好的利用； 滑脱损失变小； 摩擦损失变大。null④环流 油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。特点：气液两相都是连续相； 摩擦损失变大； 滑脱损失变小； 气体举油作用主要是靠摩擦携带。null⑤雾流 气体的体积流量增加到足够大时，油管中内流动的气流芯子将变得很粗，沿管壁流动的油环变得很薄，绝大部分油以小油滴分散在气流中。特点：气体是连续相，液体是分散相； 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。null总结： 油井生产中可能出现的流型自下而上依次为：纯油(液)流、泡流、段塞流、环流和雾流。 实际上，在同一口井内，一般不会出现完整的流型变化。 油气沿井筒喷出时的流型变化示意图 Ⅰ—纯油流；Ⅱ—泡流；Ⅲ—段塞流； Ⅳ—环流；Ⅴ—雾流null实际计算：直接求存在滑脱混合物密度或包括滑脱在内的摩擦阻力系数。(二)滑脱损失概念因滑脱而产生的附加压力损失称为滑脱损失。单位管长上滑脱损失为：滑脱损失的实质： 液相的流动断面增大引起混合物密度的增加。二章完null自喷与气举采油第二章第一节 自喷采油 第一节 自喷采油 1、自喷采油的定义利用油层本身的能量将油举升到地面的方式。2、自喷采油的特点井筒和地面设备简单。 井筒设备：油管、封隔器、配产器等； 地面设备：井口装置、油气分离器等。nullnull油井自喷的条件、产量油井能否自喷？自喷的产量如何？ 取决于地层中的石油所具有的能量是否大于自喷井中四个流动过程的能量损失之和。 地层能量与能量损失之和的差值越大，产量越大。 null自喷井的管理1、对自喷井进行优化设计目标：合理利用能量，使油井各油层的产量和 全井产量达到配产要求。内容：选择油管直径、油嘴直径、配产器、 封隔器以及油井管柱结构等。基础：要了解油井的产能，即油井的地层压力和采油指数null自喷井的管理2、加强对油井生产动态的监测 ——设计是否达到设计要求，了解各生产参数随时间的变化。监测参数：产油、产气、产水、井口油压、套管压力、温度，有条件要定期测井底流压，并对产出的油、气、水进行化验分析。null自喷井的管理3、对油井进行分析 油井产能变化产能增加正常－注水见效不正常－井下配产器或封隔器出问题产能减小油层压力下降、油井附近堵塞、油嘴堵塞、油管结蜡等。null自喷井的管理3、对油井进行分析含水发生变化如果含水突然很快增高，原因：油层水淹、底水锥进、配产器或封隔器出问题流压、套压、油压发生变化正常生产时在一定范围内波动； 若一个或几个压力发生较大变化，可能是油井一部分发生堵塞，或油嘴脱落等。一节完第二节 气举采油 第二节 气举采油 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。气举采油常用于高产量的深井和含砂少、含水低、气油比高和含有腐蚀性成分低的油井。气举采油的井口和井下设备比较间单，但由于气举需要压缩机组和地面高压气管线，地面设备系统复杂，一次性投资较大，而且系统效率较低，特别是受到气源的限制，一般油田很少采用。null气举采油的原理气举采油是从地面向油井内注入高压气体，使气体在井筒内与油层产出流体相互混合，利用注入气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低，从而将流入到井筒内的原油举升到地面的一种采油方式。null气举采油系统示意图 气举的分类—连续气举和间歇气举气举的分类—连续气举和间歇气举连续气举就是将高压气体连续地注入井内，排出井筒中液体的一种举升方式。 适用条件：供液能力较好、产量较高的油井。 间歇气举就是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一种举升方式。 适用条件：油层供给能力差，产量低的油井。 null气举设计气举设计是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(IPR曲线)确定是采用连续气举还是间歇气举。 对于不能立即确定究竟采用哪种方式最合适的井，则需要根据油井的具体条件做出不同设计，从技术和经济方面进行综合考虑。 null气举设计的内容气举阀的装配要求等气举方式和气举装置类型气举点深度气液比和产量气举阀的位置、类型、尺寸null(1) 油层数据：油藏平均压力、油藏平均温度、油井流入动态设计所需基本资料(2) 油井基础数据：井身结构；油、套管尺寸(3) 油井生产数据：产量、含水、生产气油比、注气压力、 注气量、油压(4) 油井生产条件：出砂、结蜡等情况(5) 流体物性：饱和压力、地面原油密度、水的密度、天然气的 相对密度、地面原油粘度、表面张力(6) 地面管线和分离器数据：地面管线尺寸及长度、分离器压力三章完null有杆泵采油第三章null第一节 抽油装置及泵的工作原理一、抽油装置其它附件null 工作时，动力设备的高速旋转运动通过减速箱和游梁－连杆－曲柄转化成抽油机驴头的低速往复运动，通过抽油机带动井下深井泵作上下往复运动，把油抽到地面。1、抽油机 抽油机是有杆深井泵采油的主要地面设备，它将电能转化为机械能，包括游梁式抽油机和无游梁式抽油机两种。组成游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装置工作原理分类后置式和前置式null1、抽油机（游梁式）1—刹车装置;2—电动机; 3—减速箱皮带轮;4—减速箱; 5—输入轴;6—中间轴; 7—输出轴;8—曲柄; 9—连杆轴;10—支架; 11—曲柄平衡块;12—连杆; 13—横梁轴;14—横梁; 15—游梁平衡块;16—游梁; 17—支架;18—驴头; 19—悬绳器;20—底座 null1、抽油机（无游梁式）null2、抽油杆：能量传递工具1-外螺纹接头； 2-卸荷槽； 3-推承面台肩； 4-扳手方径； 5-凸缘； 6-圆弧过渡区直径：5/8”、3/4”、7/8”、1”种类：实心、空心、钢、玻璃钢null3、抽油泵：机械能转化为流体压能的设备一般要求主要组成分类泵的类型：管式泵、杆式泵泵的类型：管式泵、杆式泵1—油管；2—锁紧卡；3—柱塞 4—游动凡尔；5—工作筒；6—固定凡尔 null（1）管式抽油泵：缺点特点优点null（2）杆式抽油泵：－下泵深度较大的低产油井缺点特点优点null二、泵的工作原理（一）泵的抽汲过程 抽油杆柱带活柱塞一起向上运动，由于油管内活塞以上的液柱压力作用在柱塞上，游动阀受管内液柱压力而关闭，液体排出井口。泵内进液的条件： 泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。1、上冲程 泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力(沉没压力)与泵内压力之差的作用下被打开,液体进入泵内。null2、下冲程 柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开。泵排出的条件： 泵内压力(排出压力)高于柱塞以上的液柱压力。柱塞上下抽汲一次为一个冲程，在一个冲程内完成进油与排油的过程。 光杆冲程(S )：光杆从上死点到下死点的距离。 柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵向油管排出液体。二、泵的工作原理null（二)泵的理论排量及泵效 在一个冲程内，排出的液体体积： 每分钟的冲数为N，则每分钟排量： 每日排量: (理论排量)null泵效： 实际产量Q与理论产量Qt的比值（二)泵的理论排量及泵效 在实际生产中，由于油管、抽油杆的弹性伸缩、气体进泵、砂、蜡等各种因素影响，实际产量往往小于理论排量Qt 。 泵效的大小反映了泵的工作状况，泵效越大，泵的工作条件越好。null第二节 抽油机悬点运动规律 游梁式抽油机是以游梁支点和曲柄轴中心线为固定杆，以曲柄、连杆和游梁后臂为三个活动杆的四连杆结构，为了便于分析，常简化为简谐运动和曲柄滑块运动机构进行分析。 固定杆曲柄连杆游梁后臂null一、简化为简谐运动时悬点运动规律假设条件：r/l0、r/b0 游梁和连杆的连接点B的运动可看做简谐运动，即认为B点的运动规律和D点做圆周运动时在垂直中心线上的投影(C点)的运动规律相同。则B点经过t时间(曲柄转角φ)时位移为：nullA点的加速度为:A点的速度为:一、简化为简谐运动时悬点运动规律 以下死点为坐标零点，向上为坐标正方向，则： 悬点A的位移为：null一、简化为简谐运动时悬点运动规律悬点的速度和加速度在一个冲程内大小和方向都发生改变。下冲程（Φ＝1800～3600）： 前半冲程为加速运动（180～2700） 后半冲程为减速运动（2700～3600）上冲程（Φ＝0～1800 ） ： 前半冲程为加速运动（0～900） 后半冲程为减速运动（900～1800）null第三节 抽油机悬点载荷计算悬点所承受的载荷null1、抽油杆柱的重力上冲程（杆柱在空气中的重力）：下冲程（杆柱在液体中的重力）：null2、作用在柱塞上的液柱载荷上冲程 ：游动阀关闭，作用在柱塞上的液柱引起的 悬点载荷为液体的重量： 下冲程： 游动阀打开，液柱载荷转移于油管，对悬点没 有作用，即液柱对悬点的载荷为零。 如果抽汲的液体为油水混合物时，则液体密度应采用混合物的密度，即：null3、惯性载荷(忽略杆液弹性影响) 抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动，因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数 null上冲程:前半冲程加速度为正，即加速度向上，则惯性力向下，从而增加悬点载荷；后半冲程中加速度为负，即加速度向下，则惯性力向上，从而减小悬点载荷。悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的。下冲程:由于游动凡尔打开，液柱载荷作用于油管上，对悬点无影响，抽油杆的惯性力与上冲程相反，前半冲程惯性力向上，减小悬点载荷；后半冲程惯性力向下，将增大悬点载荷。3、惯性载荷(忽略杆液弹性影响)null4、摩擦载荷(1)抽油杆柱与油管的摩擦力 （杆管）上冲程主要受(1)、(2)、(4)影响，增加悬点载荷(2)柱塞与衬套之间的摩擦力 （柱塞与衬套）(3)液柱与抽油杆柱之间的摩擦力 （杆液）(4)液柱与油管之间的摩擦力 （管液）(5)液体通过游动阀的摩擦力 （阀阻力）下冲程主要受(1)、(2)、(3)、(5)影响，减小悬点载荷 对于直井，无论是稠油还是稀油，抽油杆与油管、柱塞与衬套间的摩擦力都 不大，一般计算都 可忽略。null5、其它载荷沉没压力(泵口压力)对悬点载荷的影响上冲程： 在沉没压力作用下，井内液体克服泵入口设备的阻力进 入泵内，此时液流所具有的压力即吸入压力。吸入压力 作用在柱塞底部产生向上的载荷:下冲程： 吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响。井口回压对悬点载荷的影响上冲程：增加悬点载荷下冲程：减小抽油杆柱载荷（沉没压力、井口回压、振动）null 泵效即实际产量与理论产量的比值。正常情况下泵效为0.7-0.8，有些带喷的井η>1，而大数井η<1,甚至有的低于0.3，其影响因素从泵的三个基本环节（活塞让出体积、原油进泵和泵内排液）可归纳为：第四节 影响泵效的因素及提高泵效的措施(3) 漏失影响一、泵效及其影响因素null一、泵效及其影响因素抽油杆、油管承受交变载荷作用（一）抽油杆和油管弹性伸缩对活塞冲程的影响：null3、抽油杆振动对活塞冲程的影响2、惯性载荷对活塞冲程的影响1、静载荷对活塞冲程的影响 在上下冲程中由于活塞以上的液柱重量交替地作用于油管和抽油杆上，引起油管和抽油杆周期性地增载和减载，从而引起弹性伸缩。一、泵效及其影响因素nullnull（二）气体对泵效的影响 有利因素： 自喷井刚转抽时，由于压力高，抽油井连抽带喷，气体是举油的动力。不利因素（气锁现象）： 在低压力井中（大部分抽油井），由于气体进入泵内，使得油进泵量减小，从而影响泵效。特别当气量大时，气体完全占据泵筒，在上下冲程中，只有气体的压缩和膨胀，吸入凡尔和排出凡尔始终关闭，泵的排量为零（η＝0）null（二）气体对泵效的影响 表示泵的充满程度，其值为泵内吸入液体与活塞让出体积之比：充满系数： null(1)排出部分漏失（游动凡尔、活塞衬套）(2)吸入部分漏失（吸入凡尔）(3)其它部分漏失（油管丝扣、泵的连接部 分、泄油器）（三）漏失的影响 只考虑柱塞间隙漏失时，漏失系数为：null（四）泵效的计算 把ηλ、β计算公式代入上面公式，可以分析泵效与泵参数、油参数、流体性质参数的关系。null1、选择合理的工作方式二、提高泵效的措施 前提条件：地层充足的供液能力、泵的工作条件与地层条件相适应。null 为了消除由于油管弹性伸缩对活塞冲程的影响可利用油管锚或封隔器将油管下端固定，以减少冲程损失。3、合理利用气体能量减少 气体影响2、应用油管锚定技术： 刚转抽油井，气体是举油的能量，把套管封闭，控制在一定的压力，气体进泵成为自喷的动力；低能量油井，通过定期放套管气，增加沉没度、应用气锚等来减小气体对泵效的影响。 二、提高泵效的措施 四章完