采油工程原理與設(shè)計(jì)課件.ppt

采油工程原理與設(shè)計(jì) 授課教師 : 于樂香 辦公地點(diǎn) : 工科樓 B-436 采油工程課程內(nèi)容體系 第一章 油井流入動(dòng)態(tài)與井筒多相流動(dòng)計(jì)算 第二章 自噴與氣舉采油 第三章 有桿泵采油 第四章 無桿泵采油 第五章 注水 第六章 水力壓裂技術(shù) 第七章 酸處理技術(shù) 第八章 復(fù)雜條件下的開采技術(shù) 第九章 完井方案設(shè)計(jì)與試油 第十章 采油工程方案設(shè)計(jì)概要 第一章 油井流入動(dòng)態(tài)與井 筒多相流動(dòng)計(jì)算 油井流入動(dòng)態(tài) 井筒氣液兩相流基本概念 計(jì)算氣液兩相垂直管流方法 2.油井流入動(dòng)態(tài)曲線（ IPR曲線） ： 表示產(chǎn)量與井底流壓關(guān)系的曲線，簡(jiǎn)稱 IPR曲線。 1.油井流入動(dòng)態(tài) ： 油井產(chǎn)量與井底流動(dòng)壓力的關(guān)系 。它反映了油藏向井的 供油能力，反映了油藏壓力、油層物性、流體物性、完井質(zhì) 量等對(duì)油層滲流規(guī)律的影響。 名詞解釋： 3.采油 (液 )指數(shù) ： 單位生產(chǎn)壓差下的油井產(chǎn)油 (液 )量，反映油層性質(zhì)、厚度、 流體物性、完井條件及泄油面積等與產(chǎn)量之間關(guān)系的綜合指標(biāo)。 對(duì)于 單相液體流動(dòng) 的直線型 IPR曲線， 采油指數(shù)可定義為 產(chǎn)油量與生產(chǎn)壓差之比， 或者 單位生產(chǎn)壓差下的油井產(chǎn)油量； 也可定義 為每增加單位生產(chǎn)壓差時(shí)，油井產(chǎn)量的增加值， 或 油 井 IPR曲線斜率的負(fù)倒數(shù)。 對(duì)于 多相流動(dòng) 的非直線型 IPR曲線，由于其斜率不是定值， 在使用采油指數(shù)時(shí)，應(yīng)該說明相應(yīng)的流動(dòng)壓力，不能簡(jiǎn)單地用 某一流壓下的采油指數(shù)來直接推算不同流壓下的產(chǎn)量。 4.油井的流動(dòng)效率（ FE） ： 油井的理想生產(chǎn)壓差與實(shí)際生產(chǎn)壓差之比。 5.流動(dòng)型態(tài)（流動(dòng)結(jié)構(gòu)、流型）： 流動(dòng)過程中油、氣的分布狀態(tài)。 6.滑脫現(xiàn)象： 混合流體流動(dòng)過程中，由于流體間的密度差異，引起的 小密度流體流速大于大密度流體流速的現(xiàn)象。 基本理論與分析 : 1.油氣兩相滲流時(shí)的流入動(dòng)態(tài) (1) Vogel 方法 (適用于理想完善井 ) 利用 Vogel方程繪制 IPR曲線的步驟 (兩種情況 ) 2 m a x 8.02.01 r wf r wf o o P P P P q q Vogel方程 8.02.01 2m a x r t e s twf r t e s twf t e s to o P P P P q q maxoq a.計(jì)算 m a x 2 8.02.01 o r wf r wf o qP P P P q c.根據(jù)給定的流壓及計(jì)算的相應(yīng)產(chǎn)量繪制 IPR曲線。 b.給定不同流壓，計(jì)算相應(yīng)的產(chǎn)量： 已知地層壓力和一個(gè)工作點(diǎn)： 利用 Vogel方程繪制 IPR曲線的步驟 A ACBBP r 2 42 1 2 1 q qA 12 2 12.0 wfwf PPq qB 2 1 2 2 2 18.0 wfwf PPq qC 油藏壓力未知，已知兩個(gè)工作點(diǎn) a. 油藏平均壓力的確定 maxoq b.計(jì)算 d.根據(jù)給定的流壓及計(jì)算的相應(yīng)產(chǎn)量繪制 IPR曲線 c. 給定不同流壓，計(jì)算相應(yīng)的產(chǎn)量 (2)費(fèi)特柯維奇方法 (3)非完善井 Vogel方程的修正 (流動(dòng)效率與表 皮系數(shù)的關(guān)系 ) 假設(shè) 與壓力 成直線關(guān)系 oo ro B k p 0s 1FE油層受污染的或不完善井， 0s 1FE完善井 , 0s 1FE增產(chǎn)措施后的超完善井， (4)利用流動(dòng)效率計(jì)算非完善直井流入動(dòng)態(tài)的方法 Standing方法 (FE=0.51.5，擴(kuò)大了 Vogel的使 用范圍，可以適用于哪些污阻井或經(jīng)過增產(chǎn)措施 的井 ) Harrison方法 （提供了 FE=1 2.5的無因次 IPR曲 線 ,擴(kuò)大了 Standing曲線的范圍 ,它可用來計(jì)算高流 動(dòng)效率井的 IPR曲線和預(yù)測(cè)低流壓下的產(chǎn)量。 ) 會(huì)繪制 IPR曲線的方法步驟 2PCPBAq 2.斜井和水平井的 IPR曲線 Cheng對(duì)溶解氣驅(qū)油藏中 斜井和水平井 進(jìn)行了 數(shù)值模擬，并用回歸的方法得到了類似 Vogel方程 的不同井斜角井的 IPR回歸方程： Bendakhlia等用兩種三維三相黑油模擬器研究了 多種情況下溶解氣驅(qū)油藏中 水平井 的流入動(dòng)態(tài)關(guān) 系。得到了不同條件下 IPR曲線。 n r wf r wf o o P P v P P v q q 2 m a x 11 3.油氣水三相 IPR 曲線 Petrobras提出了計(jì)算三相流動(dòng) IPR曲線的方法。 綜合 IPR曲線的實(shí)質(zhì) : 按 含水率 取純油 IPR 曲線和水 IPR曲線的 加權(quán) 平均值 。 當(dāng)已知測(cè)試點(diǎn)計(jì)算 采液指數(shù)時(shí)，是按 產(chǎn)量 加權(quán)平均 ； 當(dāng)預(yù)測(cè)產(chǎn)量或流壓 時(shí)是按 流壓加權(quán)平均 。 圖 1-12 油氣水三相 IPR 曲線 4、 多層油藏油井流入動(dòng)態(tài) （ 1）多油層油井流入動(dòng)態(tài) 迭加型 IPR 圖 1-13 多層油藏油井流入動(dòng)態(tài) （ 2）含水油井流入動(dòng)態(tài) 圖 1-14 含水油井流入動(dòng)態(tài)與含水變化 ( ) sosw PP 圖 1-15 含水油井流入動(dòng)態(tài)曲線 ( ) swso PP (1)氣液兩相流動(dòng)與單相液流的比較 5.井筒氣液兩相流動(dòng)的特性 (2)氣液混合物在垂直管中的流動(dòng)結(jié) 構(gòu)變化 (流型及特點(diǎn) ) 總結(jié)： 油井生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的流型 自下而上依次為：純油 (液 )流、 泡流、段塞流、環(huán)流和霧流。 實(shí)際上，在同一口井內(nèi)，一 般不會(huì)出現(xiàn)完整的流型變化。 圖 1-17 油氣沿井筒噴出時(shí)的流型變化示意圖 純油流； 泡流； 段塞流； 環(huán)流； 霧流 以計(jì)算段下端壓力為起點(diǎn)，重復(fù)步，計(jì)算下一段的深 度和壓力，直到各段的累加深度等于管長(zhǎng)為止。 6.多相垂直管流壓力分布計(jì)算步驟 重復(fù)的計(jì)算，直至 。 估計(jì)計(jì)算 hh 1)按深度增量迭代的步驟 已知任一點(diǎn) (井口或井底 )的壓力作為起點(diǎn)，任選一個(gè)合適 的壓力降作為計(jì)算的壓力間隔 p。 估計(jì)一個(gè)對(duì)應(yīng)的深度增量 h 。 計(jì)算該管段的平均溫度及平均壓力，并確定流體性質(zhì)參數(shù)。 判斷流型，并計(jì)算該段的壓力梯度 dp/dh。 計(jì)算對(duì)應(yīng)于 p的該段管長(zhǎng) (深度差 )h。 計(jì)算該段下端對(duì)應(yīng)的深度及壓力。 7.Orkiszewski方法特點(diǎn) (流型類型 ) 8.Beggs & Brill 兩相水平管流型 (三大類 7種流型 ) 針對(duì)每種流動(dòng)型態(tài)提出存容比及摩擦損失的計(jì)算方法 提出了四種流型，即泡流、段塞流、過渡流及環(huán)霧流 分離流 分層流 波狀流 環(huán)狀流 間歇流 團(tuán)狀流 段塞流 分散流 泡 流 霧 流 第二章 自噴與氣舉采油 主要內(nèi)容 一、自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)分析 二、氣舉采油原理及油井舉升系 統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 名詞解釋 : 1.臨界流動(dòng) ：流體的流速達(dá)到壓力波在流體介質(zhì)中的傳播 速度時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)。 利用從地面向井筒注入高壓氣體將原油舉升至 地面的一種人工舉升方式。 2.氣舉定義： 向井筒周期性地注入氣體 ，推動(dòng)停注期間 在井筒內(nèi)聚集的油層流體段塞升至地面， 從而排出井中液體。主要用于油層供給能 力差，產(chǎn)量低的油井。 3.氣舉 連續(xù)氣舉 將高壓氣體連續(xù)地注入井內(nèi) ，排出井筒中 液體。適應(yīng)于供液能力較好、產(chǎn)量較高的 油井。 間歇?dú)馀e 人工舉升采油 自噴采油 4. 采 油 方 法 分 類 人工給井筒流體 增加能量 將井底 原油舉升至地面 的采油方式。 利用油層 自身能 量 將原油舉升到 地面的采油方式。 5.氣舉啟動(dòng)壓力 :當(dāng)環(huán)形空間內(nèi)的液面達(dá)到管鞋 (注氣點(diǎn) )時(shí) 的井口注入壓力。 基本理論與分析 油層到井底的流動(dòng) 地層滲流 井底到井口的流動(dòng) 井筒多相管流 井口到分離器 地面水平或傾斜管流 1.油井生產(chǎn) 的三個(gè)基本 流動(dòng)過程 2.自噴井生 產(chǎn)的四個(gè)基 本流動(dòng)過程 地面水平或傾斜管流 地層滲流 井筒多相管流 嘴流 生產(chǎn)流體通過油嘴 (節(jié)流器 )的流動(dòng) 3. 協(xié) 調(diào) 條 件 質(zhì)量守恒 能量 (壓力 )守恒 熱量守恒 求解點(diǎn)的選擇： 主要取決于所要研究解決的問題。 求解點(diǎn)： 為使問題獲得解決的節(jié)點(diǎn)。 協(xié)調(diào)曲線示意圖 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 50 60 70 產(chǎn) 量 壓力 節(jié)點(diǎn)流入曲線 節(jié)點(diǎn)流出曲線 協(xié)調(diào)點(diǎn) 圖 3-22 自噴井三個(gè)流動(dòng)過程關(guān)系 根據(jù)設(shè)定產(chǎn)量 Q，在油井 IPR 曲線上找出相應(yīng)的 Pf； 由 Q及 Pf按垂直管流得出滿 足油嘴臨界流動(dòng)的 QPt油管曲 線 B； 油嘴直徑 d一定，繪制臨界 流動(dòng)下油嘴特性曲線 G； 油管曲線 B與油嘴特性曲線 G 的交點(diǎn)即為該油嘴下的產(chǎn)量與 油壓。 4.有油嘴系統(tǒng) 以油嘴為求解點(diǎn) 的節(jié)點(diǎn)分析方法 的步驟： 油層滲流消耗的壓力 油管流動(dòng)消耗的壓力 5.節(jié)點(diǎn)分析在設(shè)計(jì)及預(yù)測(cè)中的應(yīng)用 (1)不同油嘴下的產(chǎn)量預(yù)測(cè)與油嘴選擇 (2)油管直徑的選擇 (3)預(yù)測(cè)油藏壓力變化對(duì)產(chǎn)量的影響 (4)停噴壓力預(yù)測(cè) 6.氣舉采油原理、優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件 7.氣舉啟動(dòng)過程 8.氣舉閥的作用： 逐步排除油套環(huán)形空間的液體； 降低啟動(dòng)壓力。 當(dāng)高壓氣體進(jìn)入油管后，由 于油管內(nèi)混合液密度降低，井 底流壓將不斷降低。 圖 2-29 氣舉井啟動(dòng)時(shí)的壓縮機(jī)壓力 隨時(shí)間的變化曲線 9.氣舉過程中壓縮機(jī)壓力變化 壓縮機(jī)向油套環(huán)形空間注入高壓氣體，隨著壓縮機(jī)壓力的不斷提 高，環(huán)形空間內(nèi)的液面將最終達(dá)到管鞋（注氣點(diǎn)）處，此時(shí)的井口 注入壓力為 啟動(dòng)壓力 。 當(dāng)井底流壓低于油層壓力時(shí)， 液流則從油層中流出，這時(shí)混 合液密度又有所增加，壓縮機(jī) 的注入壓力也隨之增加，經(jīng)過 一段時(shí)間后趨于穩(wěn)定 (氣舉工 作壓力 )。 10.氣舉裝置類型 在油管柱底部下一個(gè)集液箱，提高液體匯聚空間， 以達(dá)到提高總產(chǎn)油量的目的。 僅限于連續(xù)氣舉 ，下井的油管柱不帶封隔器，使氣 體從油套環(huán)空注入，產(chǎn)液自油管舉出，油、套管是 連通的。 封隔器封隔油套環(huán)空，其余均與開式裝置相同。 封隔器封隔油套環(huán)空，在油管柱上安裝了一個(gè)固定 閥，其作用是防止氣體壓力通過油管作用于地層。 半閉式裝置 閉式裝置 箱式裝置 開式裝置 （三）定產(chǎn)量和井口壓力確定注氣點(diǎn)深度 和注氣量 圖 2-37 定產(chǎn)量和井口壓力確定注 氣點(diǎn)深度和注氣量的步驟示意圖 圖 2-38 定產(chǎn)量和井口壓力確定注 氣點(diǎn)深度和注氣量的 協(xié)調(diào) 圖 求解節(jié)點(diǎn)： 井口 1) 根據(jù)要求的產(chǎn)量由 IPR曲線確定 相應(yīng)的井底流壓 pwf。 2) 根據(jù)產(chǎn)量 、 油層中的氣液比等以 pwf為起點(diǎn) ， 按多相垂直管流向 上計(jì)算注氣點(diǎn)以下的 流體壓力分布曲線 A。 3) 由工作壓力計(jì)算 環(huán)形空間氣柱壓力曲線 B。 此線與曲線 A的 交點(diǎn) 即為平衡點(diǎn) 。 4) 由平衡點(diǎn)沿壓力分布曲線 A上移所得的點(diǎn)即為 注氣點(diǎn) 。 5) 注氣點(diǎn)以上的總氣液比為油層生產(chǎn)氣液比與注入氣液比之和 。 假設(shè)一組總氣液比 ， 對(duì)每一個(gè)總氣液比都以注氣點(diǎn)油管壓力為起點(diǎn) ， 利用多相管流向上計(jì)算 油管壓力分布曲線 D1、 D2 及 確定井口 油管壓力 。 在給定產(chǎn)量和井口壓力下確定注氣點(diǎn)深度和注氣量 6) 根據(jù)結(jié)果 繪制總氣液比與井口壓力的關(guān)系曲線 ，找出與規(guī)定油壓 相對(duì)應(yīng)的總氣液比 TGLR。 7) 由求得的總氣液比中減去油層生產(chǎn)氣液比可 得到注入氣液比 。根 據(jù)注入氣液比和規(guī)定的產(chǎn)量就可算得需要的注入氣量。 8) 根據(jù)最后確定的氣液比和其它已知數(shù)據(jù) 計(jì)算注氣點(diǎn)以上的油管壓 力分布曲線 D；此線即為根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)的油管壓力分布的計(jì) 算曲線，可用它來 確定啟動(dòng)凡爾的安裝位置 。 （四）定井口壓力和注氣量確定 注氣點(diǎn)深度和產(chǎn)量 圖 2-39 定注氣量和井口壓力確定注 氣點(diǎn)深度和產(chǎn)量的步驟示意圖 圖 2-40 定注氣量和井口壓力確定 注氣點(diǎn)深度和產(chǎn)量的協(xié)調(diào)圖 求解節(jié)點(diǎn)： 井底 定井口壓力和限定注氣量的條件下確定注氣點(diǎn)深度和產(chǎn)量 1) 假定一組產(chǎn)量 ， 根據(jù)注氣量和地層生產(chǎn)氣液比 計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的總氣液比； 2) 以給定的地面注入壓力 計(jì)算環(huán)形空間氣柱壓力分布線 B， 用地面注入壓力減 (0.50.7MPa)作 B線的平行線 ， 即為注氣點(diǎn)深度線 C。 3) 以定 井口壓力為起點(diǎn) ， 利用多相垂直管流 ， 根據(jù)對(duì)應(yīng)產(chǎn)量的總氣液比 ， 向 下計(jì)算每個(gè)產(chǎn)量下的 油管壓力分布曲線 D1、 D2、 D3 。 它們 與注氣點(diǎn)深度線 C 的交點(diǎn) ， 即為各個(gè)產(chǎn)量所對(duì)應(yīng)的注氣點(diǎn) a1、 a2、 a3 和注氣深度 L1、 L2、 L3 。 4) 從每個(gè)產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的注氣點(diǎn)壓力和深度開始 ， 利用用井筒多相管流根據(jù)油層生 產(chǎn)氣液比向下計(jì)算每個(gè)產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的 注氣點(diǎn)以下的壓力分布曲線 A1、 A2、 A3 及 井底流壓 pwf1、 pwf2、 pwf3 5)根據(jù)上步計(jì)算結(jié)果 繪出產(chǎn)量與計(jì)算流壓的關(guān)系曲線 （油管工作曲線）與 IPR曲線 的 交點(diǎn) 所對(duì)應(yīng)的壓力和產(chǎn)量即為該井在給定注氣量和井口油管壓力下的產(chǎn)量相應(yīng)的 井底流動(dòng)壓力，根據(jù)給定的注氣量和協(xié)調(diào)產(chǎn)量 Q，可計(jì)算出相應(yīng)的 注入氣液比 ，進(jìn) 而計(jì)算出 總氣液比 TGLR； 6) 根據(jù)上步求得的井底流壓和產(chǎn)量 Q， 以 井底為起點(diǎn) 用井筒多相流計(jì)算對(duì)應(yīng)的注氣 點(diǎn)以下的 壓力分布曲線 A， 與注氣點(diǎn)深度線之 C之 交點(diǎn) a， 即為可能獲得的最大產(chǎn)量 的注氣點(diǎn) ， 其深度 L即為工作凡爾的安裝深度 。 7) 根據(jù)最后 確定的產(chǎn)量 Q和總氣液比 TGLR， 以 給定的井口壓力為起點(diǎn) 用井筒多相 管流向下計(jì)算注氣點(diǎn)以上的油管壓力分布曲線 D。 它可用來 確定啟動(dòng)凡爾的位置 。 第三章 常規(guī)有桿泵采油 主要內(nèi)容： 抽油裝置及泵的工作原理 抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及懸點(diǎn)載荷 抽油機(jī)平衡、扭矩及功率計(jì)算 泵效計(jì)算 有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計(jì) 有桿抽油系統(tǒng)工況分析 1.平衡率 ：即抽油機(jī)驢頭上下行程中電動(dòng)機(jī)電流峰值的小 電流與大電流的比值。 一般規(guī)定，抽油機(jī)平衡率不小于 70%即認(rèn)為抽油機(jī)已處 于平衡狀態(tài)。 2.背面沖擊 ： 當(dāng)扭矩曲線出現(xiàn)負(fù)值時(shí)，說明減速箱的主動(dòng) 輪變?yōu)閺膭?dòng)輪，如果負(fù)扭矩值較大，將發(fā)生嚙合面的 “背面 沖擊” 。 “背面沖擊”通常發(fā)生在不平衡或輕載荷的油井上，在懸點(diǎn) 載荷突然發(fā)生很大變化時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)“背面沖擊” 3.等值扭矩 ：就是指用一個(gè)不變化的恒定扭矩代替變化的 實(shí)際扭矩，使其電機(jī)的發(fā)熱條件相同，則此恒定扭矩即為 實(shí)際變化扭矩的等值扭矩 名詞解釋 4.水力功率： 在一定時(shí)間內(nèi)將一定量的液體提升一定距 離所需要的功率。 5.光桿功率： 通過光桿來提升液體和克服井下?lián)p耗所需 要的功率。 6.泵效 ： 在抽油井生產(chǎn)過程中，實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值。 7.氣鎖 ：抽汲時(shí)由于氣體在泵內(nèi)壓縮和膨脹，吸入和排出 閥無法打開，出現(xiàn)抽不出油的現(xiàn)象。 s in s inr b a P MTF p 8.扭矩因數(shù) ： 懸點(diǎn)載荷在曲柄軸上造成的扭矩與懸點(diǎn)載荷的比值。 9.抽油機(jī)結(jié)構(gòu)不平衡值 ： 等于連桿與曲柄銷脫開時(shí)，為了保持游梁處于水平位置而 需要加在光桿上的力。 (方向向下為正 ) 10.沖程損失： 由于抽油桿和油管在交變載荷作用下發(fā)生彈性伸縮，而 引起的深井泵柱塞實(shí)際行程與光桿沖程的差值。 11.靜液面（ Ls或 Hs）： 對(duì)應(yīng)于 油藏壓力。 動(dòng)液面（ Lf或 Hf）： 對(duì)應(yīng)于井底壓力流壓。 13.生產(chǎn)壓差： 與靜液面和動(dòng)液面之差相對(duì)應(yīng)的壓力差。 12.沉沒度 hs： 根據(jù)氣油比和原油進(jìn)泵壓力損失而定。 14.折算液面 ： 把在一定套壓下測(cè)得的液面折算成套管壓力為零時(shí)的液面。 15.示功圖： 載荷隨位移的變化關(guān)系曲線所構(gòu)成的封閉曲線圖。 16.充不滿現(xiàn)象 ： 地層產(chǎn)液在上沖程末未充滿泵筒的現(xiàn)象。 17.液擊現(xiàn)象 ： 泵充不滿生產(chǎn)時(shí)，柱塞與泵內(nèi)液面撞擊引起抽油設(shè)備受力 急劇變化的現(xiàn)象。 18.初變形期： 抽油機(jī)從上沖程開始到液柱載荷加載完畢。 1.目前油井人工舉升方式的分類；抽油裝置組成及 泵的工作原理 基本理論與分析 人工舉升方式分為： 氣舉采油、有桿泵采油和無桿泵采油三 大類。 其中氣舉采油分為連續(xù)氣舉和間歇?dú)馀e兩類； 有桿泵采油分為抽油機(jī)井抽油和地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油； 無桿泵采油分為潛油電泵采油、水力活塞泵采油、水力噴 射泵采油和電動(dòng)潛油螺桿泵采油。 抽油裝置組成： 抽油機(jī) 抽油桿 抽油泵 其它附件 上沖程 ：抽油桿柱帶著柱塞向上運(yùn)動(dòng)， 活塞上的游動(dòng)閥受管內(nèi)液柱壓力而關(guān)閉。 此時(shí)，泵內(nèi)壓力降低， 固定閥在環(huán)形空 間液柱壓力與泵內(nèi)壓力之差的作用下被 打開 。如果油管內(nèi)已充滿液體，在井口 將排出相當(dāng)于柱塞沖程長(zhǎng)度的一段液體。 下沖程 ：抽油桿柱帶著柱塞向下運(yùn)動(dòng)， 固定閥一開始就關(guān)閉， 泵內(nèi)壓力增高到 大于柱塞以上液柱壓力時(shí)，游動(dòng)閥被頂 開 ，柱塞下部的液體通過游動(dòng)閥進(jìn)入柱 塞上部，使泵排出液體。由于有相當(dāng)于 沖程長(zhǎng)度的一段光桿從井外進(jìn)入油管， 所以將排出相當(dāng)于這段光桿體積的液體。 泵的工作原理： A-上沖程 B-下沖程 2.后置式與前置式游梁式抽油機(jī)的不同點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)規(guī)律 不同 后置式上、下沖程的時(shí)間基本相等；前置式上沖程較 下沖程慢。 圖 3-2 后置式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 游梁和連桿的 連接位置 不同。 平衡方式 不同 后置式多采用機(jī)械平衡；前置式多采用氣動(dòng)平衡。 圖 3-3 前置式氣動(dòng)平衡抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 A-管式泵 B-桿式泵 管式泵： 外筒和襯套在地面組裝好接在油 管下部先下入井內(nèi)，然后投入固定閥，最后再 把柱塞接在抽油桿柱下端下入泵內(nèi)。 管式泵特點(diǎn) ： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，排量大。但檢泵時(shí)必須起出油 管，修井工作量大，故適用于下泵深度不很大，產(chǎn)量較高的油井。 桿式泵： 整個(gè)泵在地面組裝好后接在抽油 桿柱的下端整體通過油管下入井內(nèi)，由預(yù)先 裝在油管預(yù)定深度 (下泵深度 )上的卡簧固定 在油管上，檢泵時(shí)不需要起油管。 桿式泵特點(diǎn) ： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，排量小，修井工作量小。 桿式泵適用于下泵深度大、產(chǎn)量較小的油井。 3.管式泵與桿式泵的異同點(diǎn) 4、抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律 (1)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律 假設(shè)條件： r/l0、 r/b0 游梁和連桿的連接點(diǎn) B的運(yùn)動(dòng)可看做 簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) ，即認(rèn)為 B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī) 律和 D點(diǎn)做圓運(yùn)動(dòng)時(shí)在垂直中心線上的投影 (C點(diǎn) )的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同。 (2) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)分析法 假設(shè)條件 ： 0<r/L<1/4 將 B點(diǎn)繞游梁支點(diǎn)的弧線運(yùn)動(dòng)近似為直線運(yùn)動(dòng)，這 在沖程較小時(shí)或游梁前臂較長(zhǎng)時(shí)是允許的。 (3) 真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律求解法 根據(jù)游梁式抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的 幾何關(guān)系 和 運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) ，并以游梁的 擺動(dòng)方程 為基礎(chǔ)，建立懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的位移、速度、加速度的計(jì)算公式， 從而給出求游梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)精確解的一種計(jì)算方法。 5.作用在抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)上的載荷分析 基本理論與分析 抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)上的載荷 ： 靜載荷 動(dòng)載荷 摩擦載荷 靜載荷 抽油桿柱載荷 上沖程：桿柱在空氣中的重量 下沖程：桿柱在液體中的重量 作用在柱塞上的液柱載荷 上沖程：作用在柱塞環(huán)空面積的載荷 下沖程：無 沉沒壓力對(duì)懸載的影響 上沖程：減輕懸載 下沖程：無 井口回壓對(duì)懸載的影響 上沖程：增加懸載 下沖程：減小抽油桿柱載荷 動(dòng)載荷 慣性載荷： 與加速度大小成正比，方向相反； 大小取決于抽油桿柱的質(zhì)量、懸點(diǎn)加速度及其 在桿柱上的分布 抽油桿柱慣載 （上沖程、下沖程都有） 液柱慣載 （上沖程有、下沖程無） 振動(dòng)載荷 ： 抽油桿的自由縱振產(chǎn)生，大小與 抽油桿柱的長(zhǎng)度、載荷變化周期及抽油機(jī)結(jié)構(gòu) 有關(guān) 摩擦載荷 抽油桿柱與油管間： 上沖程增加懸載；下沖程減小 懸載 柱塞與襯套間： 上沖程增加懸載；下沖程減小懸載 液柱與抽油桿柱間 （ 與抽油桿柱長(zhǎng)度、運(yùn)動(dòng)速度、液體 粘度有關(guān)） 上沖程無 下沖程減小懸載 液柱與油管間 （與液流速度、液體粘度有關(guān)） 上沖程增加懸載 下沖程無 液體通過游動(dòng)閥的摩擦力 （與閥結(jié)構(gòu)、液體粘度、液流 速度有關(guān)，是造成抽油桿柱下部彎曲的主要原因） 上沖程無 下沖程減小懸載 6、 抽油機(jī)平衡 (1)不平衡原因 (2)不平衡造成的后果 上下沖程中懸點(diǎn)載荷不同，造成電動(dòng)機(jī)在上、下沖程中所 做的功不相等。 上沖程中電動(dòng)機(jī)承受著極大的負(fù)荷，下沖程中抽油機(jī)帶著 電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，造成 功率的浪費(fèi) ，降低電動(dòng)機(jī)的效率和壽命； 由于負(fù)荷極不均勻，會(huì)使抽油機(jī)發(fā)生激烈振動(dòng)，而影響 抽油裝置的壽命。 破壞曲柄旋轉(zhuǎn)速度的 均勻性 ，影響抽油桿和泵正常工作。 (3)平衡原理 在下沖程中把能量?jī)?chǔ)存起來，在上沖程中利用儲(chǔ)存的能 量來幫助電動(dòng)機(jī)做功，從而使電動(dòng)機(jī)在上下沖程中都做相等 的正功。 所以，為了使抽油機(jī)平衡，在 下沖程中需要儲(chǔ)存的能量 或 上沖程中需要釋放的能量 應(yīng)該是懸點(diǎn)載荷在上下沖程中所 做功之和的一半。 下沖程： dwmd AAA 上沖程： wumu AAA 平衡條件： mumd AA 2 duw AAA 7、平衡方式 機(jī)械平衡 曲柄平衡 ：平衡重加在曲柄上，適用于大型抽油機(jī) 游梁平衡 ：在游梁尾部加平衡塊，適用于小型抽油機(jī) 復(fù)合平衡 ：在游梁尾部和曲柄上都有平衡重，適用于中 型抽油機(jī) 氣動(dòng)平衡 （主要用在前置型抽油機(jī)上）多用于大型 抽油機(jī) 隨動(dòng)平衡方式 ：平衡塊在懸點(diǎn)的一個(gè)沖程中是往復(fù) 運(yùn)動(dòng)的 二次平衡方式 ： 在抽油機(jī)后部安裝一個(gè)帶小鏈輪的 副曲柄裝置 利用可調(diào)相位角平衡裝置實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)平衡 ： 用組合 平衡重來調(diào)節(jié)相位角的平衡方式 8.判斷抽油機(jī)的平衡狀況常用的方法 扭矩曲線法 ：如果上沖程峰值扭矩大于下沖程峰值 扭矩，則表明上重下輕，平衡不夠，需要增大平衡 扭矩；否則需要減小平衡扭矩。 觀察法 ： 觀察驢頭和曲柄的停留位置和運(yùn)行狀況， 驢頭停在上死點(diǎn)，即曲柄方向向下，則表明平衡塊 偏重， 測(cè)時(shí)法： 上沖程快，下沖程慢，則說明所加的平衡 塊過重；如果下沖程快，上沖程慢，則說明所加的 平衡塊過輕。但是，測(cè)時(shí)法不適用于異相平衡或氣 平衡的游梁式抽油機(jī)的平衡判斷。 測(cè)電流法： 如果測(cè)得上沖程電流大于下沖程電流， 則表明平衡重偏輕，否則表明平衡重偏重。 9.扭矩曲線的應(yīng)用 (1)檢查是否超扭矩及判斷是否發(fā)生 “ 背面沖突 ” (2)判斷及計(jì)算平衡 m a xm a x du MM 平衡條件： (3)功率分析 )()( MN 減速箱輸出的瞬時(shí)功率 : 2020 2 1)(2 1 dMdNN r 減速箱的平均輸出功率： 電動(dòng)機(jī)輸出的 平均功率： cyj r mo NN 電動(dòng)機(jī)輸入的 平均功率： m mo mi NN (4)效率分析 電機(jī)、皮帶傳動(dòng)、減速箱的效率分析。 10.影響深井泵泵效的因素及提高泵效的措施 影響泵效的因素 (3) 漏失影響 (1) 抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮 S S p 入 (2) 氣體和充不滿的影響 活 液 V V (4) 體積系數(shù)的影響 l B B 1 提高泵效的措施 (1)選擇合理的工作方式 選用大沖程、小沖次，減小氣體影響，降低懸點(diǎn)載荷， 特別是稠油的井。 連噴帶抽井選用大沖數(shù)快速抽汲，以增強(qiáng)誘噴作用。 深井抽汲時(shí)， S和 N的選擇一定要避開不利配合區(qū)。 (2)確定合理沉沒度。 (3)改善泵的結(jié)構(gòu)，提高泵的抗磨、抗腐蝕性能。 (4)使用油管錨減少?zèng)_程損失 (5)合理利用氣體能量及減少氣體影響 12.玻璃鋼桿 玻璃鋼桿 優(yōu)點(diǎn) (1) 重量輕，可減少設(shè)備投資，節(jié)省能源和增加下泵深度。 (2) 彈性好，可以實(shí)現(xiàn)超沖程。 (3) 耐腐蝕，可減少斷脫事故。 玻璃鋼桿 缺點(diǎn) (1) 價(jià)格貴：是鋼質(zhì)抽油桿的 1.6 1.8倍。 (2) 不能承受軸向壓縮載荷，使用溫度不能超過 93.3 。 (3) 報(bào)廢桿不能溶化回收利用。 13.液面位置的測(cè)量原理與儀器 11.加重桿的作用 采用 下部加重桿柱 ，既可提高抽油桿剛度和強(qiáng)度，又 可克服活塞下行阻力，以減小彎曲。 14.典型示功圖分析 典型示功圖 ： 某一因素的影響十分明顯，其形狀代表了該 因素影響下的基本特征的示功圖。 1.氣體對(duì)示功圖的影響 圖 3-30 有氣體影響的示功圖 氣鎖 由于在下沖程末余隙內(nèi)還殘存一定 數(shù)量的溶解氣和壓縮氣 ， 上沖程開 始后泵內(nèi)壓力因氣體的膨脹而不能 很快降低 ， 使吸入凡爾打開滯后 (點(diǎn) )， 加載變慢 。 余隙越大 ， 殘存的氣量 越多 ， 泵口壓力越低 ， 則吸入凡爾 打開滯后得越多 ， 即線越長(zhǎng) 。 下沖程時(shí) ， 氣體受壓縮 ， 泵內(nèi)壓力 不能迅速提高 ， 使排出凡爾滯后打 開 (點(diǎn) )， 卸載變慢 ()。 泵的余隙越大 ， 進(jìn)入泵內(nèi)的氣量越多 ， 則線越長(zhǎng) ， 示功圖的 “ 刀把 ” 越明顯 。 2.充不滿影響的示功圖 充不滿現(xiàn)象 ： 地層產(chǎn)液在上沖程末未充滿泵筒的現(xiàn)象。 液擊現(xiàn)象 ： 泵充不滿生產(chǎn)時(shí)，柱塞與泵內(nèi)液面撞擊引起抽油設(shè) 備受力急劇變化的現(xiàn)象。 圖 3-31 充不滿的示功圖 充不滿的圖形特點(diǎn) 是下沖程中懸 點(diǎn)載荷不能立即減小 ， 只有當(dāng)柱 塞遇到液面時(shí) ， 則迅速卸載 。 所 以 ， 卸載線較氣體影響的卸載線 陡而直 。 有時(shí) ， 當(dāng)柱塞碰到液面時(shí) ， 因振 動(dòng)載荷線會(huì)出現(xiàn)波浪 。 快速抽汲 時(shí)往往因撞擊液面而發(fā)生較大的 沖擊載荷使圖形變形得很厲害 3.排出部分漏失對(duì)示功圖的影響 圖 3-32 泵排出部分漏失 上沖程時(shí) ， 泵內(nèi)壓力降低 ， 柱塞兩端產(chǎn) 生壓差 ， 使柱塞上面的液體經(jīng)排出部分 的不嚴(yán)密處漏到柱塞下部的工作筒內(nèi) ， 漏失速度隨柱塞下面壓力的減小而增大 。 由于漏失到柱塞下面的液體有向上的 “ 頂托 ” 作用 ， 所以懸點(diǎn)載荷不能及時(shí) 上升到最大值 ， 使加載緩慢 。 隨著懸點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)的加快 ， “ 頂托 ” 作用相對(duì)減小 ， 直到柱塞上行速度大于漏失速度的瞬間 ， 懸點(diǎn)載荷達(dá)到最大靜載荷 。 當(dāng)柱塞繼續(xù)上行到 后半沖程 時(shí) ， 因活塞 上行速度又逐漸減慢 。 在 柱塞速度小于 漏失速度瞬間 C， 又出現(xiàn)了漏失液體的 “ 頂托 ” 作用 ， 使懸點(diǎn)負(fù)荷提前卸載 。 到上死點(diǎn)時(shí)懸點(diǎn)載荷已降至 C點(diǎn) 。 4.吸入部分漏失對(duì)示功圖的影響 圖 3-33 吸入凡爾漏失 下沖程開始 后 ， 由于吸 入凡爾漏失使泵內(nèi)壓力 不能及時(shí)提高 ， 而延緩 了卸載過程 。 同時(shí) ， 也 使排出凡爾不能及時(shí)打 開 。 當(dāng)柱塞速度大于漏 失速度后 ， 泵內(nèi)壓力提 高到大于液柱壓力 ， 將 排出凡爾打開而卸去液 柱載荷 。 下沖程后半沖程 中因 柱 塞速度減小 ， 當(dāng)小于漏 失速度 時(shí) ， 泵內(nèi)壓力降 低使排出凡爾提前關(guān)閉 (A點(diǎn) )， 懸點(diǎn)提前加載 。 到達(dá)下死點(diǎn)時(shí) ， 懸點(diǎn)載 荷已增加到 A。 1.電動(dòng)潛油離心泵采油裝置的組成與工作原理、特點(diǎn)與適用范圍 2.水力活塞泵采油裝置的組成與工作原理、分類、特點(diǎn)與適用范圍 3.射流泵采油裝置的組成與工作原理、特點(diǎn)與適用范圍 第四章 無桿泵采油 環(huán)空過流面積越小，油井產(chǎn)出流體流過該面積的速度就越高。流 體的壓力隨其流速增加而下降，在高流速下壓力將下降到流體的 蒸汽壓，導(dǎo)致蒸汽穴的形成，該過程稱之為 氣蝕 。 4.射流泵的氣蝕： 氣蝕 節(jié)流作用 氣蝕損害 極限環(huán)空過流面積 什么是螺桿泵？ 螺桿泵又叫漸進(jìn)式容積泵，由定子和 轉(zhuǎn)子組成，兩者的螺旋狀過盈配合形成連續(xù)密封的腔體， 通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)的傳輸。 井下單螺桿泵由哪幾部分組成？ 井下單螺桿泵由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子由鋼制外套 和橡膠襯套組成，定子內(nèi)表面呈雙螺旋曲面，與轉(zhuǎn)子外 表面相配合。轉(zhuǎn)子由合金鋼的棒料經(jīng)過精車、鍍鉻并拋 光加工而成。轉(zhuǎn)子有空心轉(zhuǎn)子和實(shí)心轉(zhuǎn)子兩種 。 地面驅(qū)動(dòng)井下單螺桿泵采油系統(tǒng) 地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油 一般適 用于井深 1000m左右的直井 。 由螺桿泵 、 抽油桿柱 、 抽油 桿柱扶正器及地面驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等組 成 。 工作原理： 地面動(dòng)力帶動(dòng)抽油桿柱旋轉(zhuǎn) ， 使螺桿泵轉(zhuǎn)子隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng) ， 油 井產(chǎn)出液經(jīng)螺桿泵下部吸入 ， 由 上端排出 ， 并沿油管柱向上流動(dòng) 。 地面驅(qū)動(dòng)部分 地面驅(qū)動(dòng)裝置是螺桿泵采 油系統(tǒng)的主要地面設(shè)備 ， 是把 動(dòng)力傳遞給井下泵轉(zhuǎn)子 ， 使轉(zhuǎn) 子實(shí)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng) ， 實(shí)現(xiàn)抽汲原 油的機(jī)械裝置 。 從傳動(dòng)形式上 分 ， 有液壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)； 從變速形式上分 ， 有無級(jí)調(diào)速 和有級(jí)調(diào)速 。 螺桿泵驅(qū)動(dòng)裝置的 機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置 液壓驅(qū)動(dòng)裝置 （一）螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)裝置的種類、組成及工作原理 電潛螺桿泵采油系統(tǒng)的組成及工作原理 中間部分 井 下 部 分 地面部分 自動(dòng)控制臺(tái)、自 藕變壓器及輔助 設(shè)備 (電纜滾筒、 導(dǎo)向輪、井口支 座和掛墊等 )組 成 潛油電纜和 油管組成 扶正器、四極潛油電機(jī)、電機(jī)保護(hù) 器、齒輪減速器、減速器保護(hù)器、 雙萬向節(jié)、吸入口、螺桿泵、單流 閥、泄油閥。 電潛螺桿泵工作原理 地面電網(wǎng)電源 通過 變壓器 、 控制柜 、 接線盒 連 接后，利用 井下電纜 將地面電力輸送到 井下潛油 電動(dòng)機(jī) ，當(dāng)井底電機(jī)接通電源后，電機(jī)旋轉(zhuǎn)經(jīng)過 減速器和聯(lián)軸節(jié) 驅(qū)動(dòng) 螺桿泵 在低速下 轉(zhuǎn)動(dòng) ， 井液 經(jīng)過螺桿泵增壓 后，通過油管 舉升到地面 ，輸送 到計(jì)量站。 電潛螺桿泵機(jī)組是將 潛油電動(dòng)機(jī) 、 減速器 、 保護(hù)器 、 聯(lián)軸節(jié) (帶泵吸入口 )、與 螺桿泵 組合在一起，下入井內(nèi)， 螺桿泵與油管、地面管線連接。 第四章 注 水 (1) 水源、水質(zhì)及注水系統(tǒng) 主要內(nèi)容： (2) 注水井吸水能力分析 (3) 分層注水技術(shù) (4) 注水指示曲線分析與應(yīng)用 (5) 注水井調(diào)剖技術(shù) 1.注水井指示曲線： 穩(wěn)定流動(dòng)條件下，注入壓力與注水量之間的關(guān)系曲線。 2.吸水指數(shù)： 單位注水壓差下的日注水量。 3.比吸水指數(shù)或每米吸水指數(shù)： 地層吸水指數(shù)除以地層有效厚度所得的數(shù)值。 4.視吸水指數(shù)： 日注水量除以井口壓力 名詞解釋 5.配注誤差 %100 設(shè)計(jì)配注量 實(shí)際注水量設(shè)計(jì)配注量配注誤差 配注誤差為“ 正 ”說明未達(dá)到注入量，稱 欠注 配注誤差為“ 負(fù) ”則說明注入量超過配注量，稱 超 注 6.相對(duì)吸水量： 在同一注入壓力下，某一層吸水量占全井吸水量的百分?jǐn)?shù) 7.分層注水指示曲線： 注水層段注入壓力與注入量的相關(guān)曲線 8.吸水剖面： 一定注入壓力下各層段的注入量 (吸水量 )的分布。 9.注水井調(diào)剖 為了調(diào)整注水井的吸水剖面，提高注入水的波及系數(shù)，改 善水驅(qū)效果，向地層中的高滲透層注入化學(xué)藥劑，藥劑凝 固或膨脹后，降低油層的滲透率，迫使注入水增加對(duì)低含 水部位的驅(qū)油作用的工藝措施。 1. 水質(zhì)處理措施 基本理論與分析 （ 1）沉淀 懸浮的固體顆粒借自身的重力而沉淀下來。 （ 2）過濾 清除懸浮物和細(xì)小顆粒。 重力式濾池 ：濾池中的水面與大氣接觸，利用濾池與底部水 管出口，或水管相連的清水池水位標(biāo)高差進(jìn)行過濾。 壓力濾罐 ：濾池完全密封，水在一定壓力下通過濾池。 （ 3）殺菌 細(xì)菌和藻類 （ 4） 脫氧 除去水中的氧氣、碳酸氣和硫化氫氣體。 （ 5）曝曬 （ 6）除油 處理過飽和碳酸鹽。 2.注水系統(tǒng) : 是指從水源至注水井的全套設(shè)備和流程，包括水源泵站、 水處理站、注水站、配水間和注水井。 3.投注程序 ： 注水井從完鉆到正常注水之間所需進(jìn)行的工作。它包括 排 液 、 洗井 、 預(yù)處理 、 試注 、 正常注水 等幾個(gè)方面。 4.影響吸水能力的因素及提高吸水能力的措施 影響吸水 能力的因 素 (1) 與注水井井下作業(yè)及注水井管理操作等有關(guān)的因素 (2) 與水質(zhì)有關(guān)的因素 (3) 組成油層的粘土礦物遇水后發(fā)生膨脹 (4) 注水井地層壓力上升 改善吸水能力的措施 (1) 加強(qiáng)注水井日常管理 (2) 壓裂增注 普通壓裂： 分層壓裂： 吸水指數(shù)低，注水壓力高的低滲地層和嚴(yán) 重污染地層 油層較厚、層內(nèi)巖性差異大或多油層層間 差異大 (3) 酸化增注 解除井底堵塞物 提高中低滲透層的絕對(duì)滲透率 無機(jī)物堵塞 有機(jī)堵塞物 鹽酸或土酸處理 藻類和細(xì)菌 殺菌與酸化聯(lián)合進(jìn)行 (4) 粘土防膨 5.分層吸水能力測(cè)試方法 測(cè)定注水井的吸水剖面： 用各層的 相對(duì)吸水量 來表示分層吸水能 力的大小。 直接進(jìn)行分層測(cè)試： 用分層測(cè)試整理分層指示曲 線，求出分層 吸水指數(shù) 來表 示分層吸水能力的好壞。 圖 5-9 載體法測(cè)吸水剖面曲線 %100= 全井總異常面積 小層異常面積相對(duì)吸水量 (1) 放射性同位素載體法測(cè)吸水剖面 (2) 投球法分層測(cè)試 圖 5-10 投球測(cè)試管柱示意圖 (1 測(cè)全井指示曲線 (2 測(cè)分層指示曲線 (3 資料整理 第 層段注水量 =投最后一個(gè)球后測(cè)得的注水量 第 層段注水量 =(投第一個(gè)球后的注水量 ) (投第二個(gè)球后的注水量 ) 第 層段注水量 =(全井注水量 ) (投第一個(gè)球后 的注水量 ) 6.注水指示曲線的分析和應(yīng)用 注入量， m 3 /d 圖 6 - 2 2 曲線平行下移，吸水能 力未變，油層壓力下降 注 入 壓 力 ( M P a ) 圖 5-22 曲線平行下移、 吸水能力不變 注入量， m 3 /d B 圖 6- 18 嘴后有回壓出現(xiàn)汽穴時(shí)的嘴損曲線 注 入 壓 力 ( MP a ) 注入量， m 3 /d 圖 6 - 1 9 曲線右移，斜率變 小，吸水能力增強(qiáng) 注 入 壓 力 ( MP a ) P c r Q c r A 嘴后有回壓 P2 P1 Q 1 Q 2 Q 1 Q 2 圖 5-19 曲線右移、斜率 變小， 吸水能力增強(qiáng) 注入量， m 3 /d 圖 6- 20 曲線左移，斜率變大， 吸水能力下降 注 入 壓 力 ( M P a ) 注入量， m 3 /d 圖 6- 21 曲線平行上移，吸水能力 未變，油層壓力升高 注 入 壓 力 ( M P a ) 圖 5-20 曲線左移、斜 率變大，吸水能力下 降 注入量， m 3 /d 圖 6- 20 曲線左移，斜率變大， 吸水能力下降 注 入 壓 力 ( M P a ) 注入量， m 3 /d 圖 6- 21 曲線平行上移，吸水能力 未變，油層壓力升高 注 入 壓 力 ( M P a ) 圖 5-21 曲線平行上移、 吸 水能力不變 7.調(diào)剖方法 (1) 單液法 ： 向油層注入一種液體，液體進(jìn)入油層后，依靠自身發(fā) 生反應(yīng)，隨后變成的物質(zhì)可封堵高滲透層，降低滲透 率，實(shí)現(xiàn)堵水。 常用堵劑 石灰乳 硅酸溶膠 鉻凍膠 硫酸 水包稠油 (2) 雙液法 向油層注入由隔離液隔開的兩種可反應(yīng)（或作用）的 液體。當(dāng)將這兩種液體向油層內(nèi)部推至一定距離后，隔離 液將變薄至不起隔離作用，兩種液體就可發(fā)生反應(yīng)（或作 用），產(chǎn)生封堵地層的物質(zhì)，達(dá)到封堵高滲透層的目的。 常用堵劑 沉淀型堵劑 凝膠型堵劑 凍膠型堵劑 膠體分散體型堵劑 第六章 水力壓裂技術(shù) 主要內(nèi)容： (4) 壓裂設(shè)計(jì) (1) 造縫機(jī)理 (2) 壓裂液 (3) 支撐劑 1.填砂裂縫的導(dǎo)流能力： 在油層條件下，填砂裂縫滲透率與裂縫寬度的乘積， 常用 FRCD表示，導(dǎo)流能力也稱為導(dǎo)流率。 2.裂縫內(nèi)的砂濃度 (裂縫內(nèi)砂比 )：是指單位體積裂縫內(nèi)所 含支撐劑的質(zhì)量。 3.裂縫閉合后的砂濃度 (鋪砂濃度 )：指單位面積裂縫上所 鋪的支撐劑質(zhì)量。 4.地面砂比 ：?jiǎn)挝惑w積混砂液中所含的支撐劑質(zhì)量。 或支撐劑體積與壓裂液體積之比。 名詞解釋 5.平衡狀態(tài) : 當(dāng)液體的流速逐漸達(dá)到使顆粒處于懸浮狀態(tài)的 能力時(shí)，顆粒處于停止沉降的狀態(tài)。 6.平衡流速： 平衡時(shí)的流速，也即攜帶顆粒最小的流速。 1、水力壓裂技術(shù) 用壓力將地層壓開一條或幾條水平的或垂直的裂縫，并 用支撐劑將裂縫支撐起來，減小油、氣、水的流動(dòng)阻力，溝 通油、氣、水的流動(dòng)通道，從而達(dá)到增產(chǎn)增注的效果。 (1) 水力壓裂的工藝過程： 憋壓 造逢 裂縫延伸 充填支撐劑 裂縫閉合 (2 降低了井底附近地層中流體的滲流阻力 (2)水力壓裂增產(chǎn)增注的原理 : (1 改變流體的滲流狀態(tài) ： 徑向流變單向流 基本理論與分析 (3)壓裂方法對(duì)比 爆炸壓裂 ： 用炸藥 ， 它的增壓速度極快 (微秒級(jí) )， 氣體 生成量較少 ， 地層裂隙來不及擴(kuò)張和延伸 ， 大部分能量消 耗在井壁巖石的破碎上 ， 井眼內(nèi)殘留的應(yīng)力場(chǎng)可能完全閉 塞所產(chǎn)生的裂縫 。 水力壓裂 ： 用壓裂液， 產(chǎn)生的裂縫受地層的地應(yīng)力控制， 一般僅有一個(gè)方向； 高能氣體壓裂 ： 利用火藥或火箭推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的高溫、 高壓氣體處理油層，產(chǎn)生和保持多條、多方位的徑向裂縫。 2.造縫條件（垂直縫、水平縫） ht （ 1）形成垂直裂縫的條件 當(dāng)井壁上存在的周向應(yīng)力達(dá)到井壁巖石的 水平方向的抗 拉強(qiáng)度 時(shí)，巖石將在 垂直于水平應(yīng)力 的方向上產(chǎn)生脆性破裂， 即在與周向應(yīng)力相垂直的方向上產(chǎn)生垂直裂縫。 造縫條件為： (2)形成水平裂縫的條件 當(dāng)井壁上存在的垂向應(yīng)力達(dá)到井壁巖石的 垂向的抗張強(qiáng) 度 時(shí)，巖石將在 垂直于垂向應(yīng)力 的方向上產(chǎn)生脆性破裂，即 在與垂向應(yīng)力相垂直的方向上產(chǎn)生水平裂縫。 造縫條件為： vtZ 3.壓裂液任務(wù) (前置液、攜砂液、頂替液的作用 ) 破裂地層、造縫、降溫作用 。一般用未交聯(lián) 的溶膠。 攜帶支撐劑、充填裂縫、造縫及冷卻地層作 用 。必須使用交聯(lián)的壓裂液 (如凍膠等 )。 末尾頂替液： 替液入縫 ， 提高攜砂液效率和 防止井筒沉砂 。 前置液 攜砂液 頂替液 中間頂替液： 攜砂液、防砂卡 ； 4.壓裂液的性能要求 基本理論與分析 濾失少： 懸砂能力強(qiáng)： 摩阻低： 穩(wěn)定性好： 配伍性好： 低殘?jiān)?貨源廣、便于配制、價(jià)錢便宜。 取決于它的粘度與造壁性 取決于粘度 摩阻愈小，用于造縫的有效功率愈大 熱穩(wěn)定性和抗機(jī)械剪切穩(wěn)定性 不應(yīng)引起粘土膨脹或產(chǎn)生沉淀而堵塞油層 以免降低油氣層和填砂裂縫的滲透率 減少壓裂液的損害 造長(zhǎng)縫、寬縫 易返排： 5.壓裂液類型 水基壓裂液： 油基壓裂液： 泡沫壓裂液： 用水溶脹性聚合物 (稱為成膠劑 )經(jīng)交鏈劑 交鏈后形成的凍膠。施工結(jié)束后，為了使 凍膠破膠還需要加入破膠劑。 不適用于 水 敏性地層。 多用稠化油，遇地層水后自動(dòng)破膠。 缺點(diǎn) 是懸砂能力差、性能達(dá)不到要求、價(jià)格昂 貴、施工困難和易燃等。 基液多用淡水、鹽水、聚合物水溶液；氣 相為二氧化碳、氮?dú)狻⑻烊粴?；發(fā)泡劑用 非離子型活性劑。 特點(diǎn) 是易于返排、濾失 少以及摩阻低等。 缺點(diǎn) 是砂比不能過高、 井深不能過大。 6.壓裂液的濾失性 (受三種機(jī)理控制 ) 2/1 3104.5 f PKC 壓裂液的粘度、 (1)受壓裂液粘度控制的濾失系數(shù) C 當(dāng) 壓裂液粘度大大超過油藏流體的粘度 時(shí)，壓裂液的濾 失速度主要取決于壓裂液的粘度，由達(dá)西方程可以導(dǎo)出濾失 系數(shù)為： 油藏巖石和流體的壓縮性、 壓裂液的造壁性 (2)受儲(chǔ)層巖石和流體壓縮性控制的濾失系數(shù) C 當(dāng)壓裂液粘度接近于油藏流體粘度時(shí) ，控制壓裂液濾失 的是儲(chǔ)層巖石和流體的壓縮性。根據(jù)體積平衡方程可得到表 達(dá)式： 2/1 3103.4 f fKCPC （ 3）具有造壁性壓裂液濾失系數(shù) C A mC 005.0 造壁液體的濾失系數(shù) 具有固體顆粒及添加有防濾失劑的壓裂液 ，濾失速度將受造 壁性控制。 支撐劑的性能要求 (1)粒徑均勻，密度??； (2)強(qiáng)度大，破碎率小 (3)園度和球度高 (4)雜質(zhì)含量少 (5)來源廣，價(jià)廉 閉合壓力 7.支撐劑的類型 按其力學(xué)性質(zhì)分為兩大類： 脆性支撐劑 如石英砂、玻璃球等 特點(diǎn) 是硬度大，變形小，在高閉合壓力下易破碎 韌性支撐劑 如核桃殼、鋁球等 特點(diǎn) 是變形大，承壓面積大，在高閉合壓力下不易破碎 目前礦場(chǎng)上常用的支撐劑有兩種：一是 天然砂 ；二是 人造支撐劑 （陶粒）。 8、支撐劑在裂縫內(nèi)的分布 支撐劑在裂縫內(nèi)的分布規(guī)律隨 裂縫類型 (水平、 垂直縫 ) 和 攜砂液性能 而異。 (1)全懸浮型支撐劑分布 在忽略裂縫內(nèi)流動(dòng)阻力的情況下，可以認(rèn)為裂縫內(nèi) 的 FRCD從縫端到井底是線性增加的，因而要求砂濃度呈 線性增加。 支撐面積很大， 能最大限度地將壓開的面積全部支撐起來。 全懸浮型支撐劑分布特點(diǎn)： 適合于低滲透率地層，不需要很高的填砂裂縫導(dǎo)流能力就能 有很好的增產(chǎn)效果。 (2)沉降型支撐劑分布 由于剪切和溫度等降解作用 ,攜砂性能并不能達(dá)到全懸浮 部分支撐劑隨攜砂液一起向縫端運(yùn)動(dòng)，部分可能沉降下來。 支撐劑沉降速度、砂堤堆起高度等都與裂縫參數(shù)有關(guān)。 進(jìn)入裂縫的固體顆粒主要受到 水平方向液體攜帶力、 垂直向下重力 以及 向上浮力 的作用。 顆粒相對(duì)于攜帶液有沉降運(yùn)動(dòng) 粘滯阻力作用 支撐劑在縫高度上的分布 注入濃度 圖 6-10 顆粒在縫高上的濃度分布 沉降下來的的砂堤， 在平衡狀態(tài)下砂堤的 高度為平衡高度 砂堤面上的顆粒滾流區(qū) 懸浮區(qū)，顆粒分布不 均勻，存在濃度梯度 無砂區(qū) 增加地面排量 、 與 區(qū)均將 變薄 ， 區(qū)則 變厚 流速足夠大 區(qū)可能 完全消失 再增加排量 濃度梯度剖面 消失 ，成為 均質(zhì)的懸浮流 9、支撐劑的選擇 支撐劑的選擇 主要是指選擇其 類型和粒徑。 選擇的目的 是為了達(dá)到一定的 裂縫導(dǎo)流能力。 對(duì) 低滲 地層，水力壓裂應(yīng)以增加 裂縫長(zhǎng)度 為主。 對(duì) 中高滲 地層，水力壓裂應(yīng)以增加 裂縫導(dǎo)流能力 為主。 影響支撐劑選擇的因素 ： 1）支撐劑的強(qiáng)度 2）粒徑及其分布 3）支撐劑類型與鋪砂濃度 4） 其它因素 如支撐劑的質(zhì)量 、 密度以及顆粒園球度等 研究 表明 10、影響壓裂井增產(chǎn)幅度的因素 油層特性 裂縫幾何參數(shù) 指壓裂層的滲透率、孔隙度、流體物性、油 層能量、含油豐度和泄油面積等 指填砂裂縫的長(zhǎng)、寬、高和導(dǎo)流能力 麥克奎爾與西克拉用 電模型 研究了 垂直裂縫條件 下增產(chǎn) 倍數(shù)與裂縫幾何尺寸和導(dǎo)流能力的關(guān)系。 假設(shè)：擬穩(wěn)定流動(dòng)；定產(chǎn)或定壓生產(chǎn)；正方形泄油面積； 外邊界封閉；可壓縮流體；裂縫穿過整個(gè)產(chǎn)層。 圖 6-12 麥克奎西克拉垂直裂縫增產(chǎn)倍數(shù)曲線 相對(duì)導(dǎo)流能力 無因次增產(chǎn)倍數(shù) 裂縫導(dǎo)流能力愈高，增產(chǎn)倍數(shù)也愈高；造縫愈長(zhǎng)，倍數(shù)也愈高 左邊 要提高增產(chǎn)倍數(shù)，則應(yīng)以增加 裂縫導(dǎo)流能力 為主 右邊 曲線趨于平緩，增產(chǎn)主要靠 增加縫的長(zhǎng)度 低滲油藏 增加裂縫長(zhǎng)度比增加裂縫導(dǎo)流能力對(duì)增產(chǎn)更有利 高滲油藏 應(yīng)以增加導(dǎo)流能力為主 對(duì)一定的裂縫長(zhǎng)度，存在一個(gè)最佳的裂縫導(dǎo)流能力 11、裂縫幾何參數(shù)計(jì)算模型 二維 (PKN、 KGD)、擬三維 (P3D)和真三維模型 主要差別 是裂縫的擴(kuò)展和裂縫內(nèi)的流體流動(dòng)方式不同： 二維模型假設(shè) 裂縫高度 是 常數(shù) ，即流體僅沿縫長(zhǎng)方向 流動(dòng)。 真三維模型認(rèn)為 縫高沿縫長(zhǎng)方向是變化 的，在 縫長(zhǎng)、 縫高方向均有流動(dòng) (即存在壓力降 )。 擬三維模型認(rèn)為 縫高沿縫長(zhǎng)方向是變化 的，但裂縫 內(nèi)仍是 一維流動(dòng) (縫長(zhǎng) )。 第七章 酸處理技術(shù) 主要內(nèi)容： 1、碳酸鹽巖地層鹽酸處理 2、酸化壓裂技術(shù) 3、砂巖油氣層的土酸處理 4、酸液及添加劑 5、酸處理工藝 1.酸巖反應(yīng)速度 指單位時(shí)間內(nèi)酸濃度降低值或單位時(shí)間內(nèi)巖石單位反應(yīng)面積的 溶蝕量。 2.H+的傳質(zhì)速度 H+透過邊界層達(dá)到巖面的速度。 3.面容比 巖石反應(yīng)表面積與酸液體積之比 4.殘酸 當(dāng)酸濃度降低到一定濃度時(shí)，酸液基本上失去溶蝕能力。 名詞解釋 7.土酸 10 15 的 HCl及 3 8 的 HF混合成的 酸 8.逆土酸 氫氟酸濃度超過鹽酸濃度 (如 6 HF+3 HCl)。 5.活性酸的有效作用距離 酸液由活性酸變?yōu)闅埶嶂八鹘?jīng)裂縫的距離。 6.裂縫的有效長(zhǎng)度 活性酸的有效作用距離內(nèi)仍具有相當(dāng)導(dǎo)流能力的裂縫長(zhǎng)度。 1.酸化原理： 通過酸液對(duì)巖石膠結(jié)物或地層孔隙 (裂縫 )內(nèi)堵塞物 等 的溶解和溶蝕作用，恢復(fù)或提高地層孔隙和裂縫的滲透性。 酸 洗 基質(zhì)酸化 壓裂酸化 將少量酸液注入井筒內(nèi)， 清 除井筒孔眼中酸溶 性顆粒和鉆屑及結(jié)垢等，并疏通射孔孔眼。 在低于巖石破裂壓力下將酸注入地層，依靠酸 液的溶蝕作用恢復(fù)或提高井筒附近較大范圍內(nèi) 油層的滲透性。 在高于巖石破裂壓力下將酸注入地層，在地層 內(nèi)形成裂縫，通過酸液對(duì)裂縫壁面物質(zhì)的不均 勻溶蝕形成高導(dǎo)流能力的裂縫。 基本理論與分析 2.碳酸鹽巖地層的鹽酸處理 碳酸鹽巖地層主要成分：方解石和白云石 目的： 解除孔隙、裂縫中的堵塞物質(zhì)，或擴(kuò)大溝通油氣巖層 原有的孔隙和裂縫，提高油氣層的滲流性 影響反應(yīng)速度因素 ： H+傳質(zhì)速度、 H+反應(yīng)速度和生成物離開巖面速度 3.影響酸巖復(fù)相反應(yīng)速度的因素 (1)面容比 面容比越大，反應(yīng)速度也越快 (2)酸液的流速 酸液流動(dòng)速度增加，反應(yīng)速度加快 (3)酸液的類型 強(qiáng)酸反應(yīng)速度快，弱酸反應(yīng)速度慢 (4)鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 圖 7-3 鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)反應(yīng) 速度的影響 鹽酸濃度增加，反應(yīng)速度增加 24 25 鹽酸濃度增加，反應(yīng)速度反而降低 相同濃度條件下，初始濃度 越大 ，余 酸的反應(yīng)速度 越慢 ，因此濃酸的 反應(yīng) 時(shí)間長(zhǎng) ， 有效作用范圍越大 (5)溫度 溫度升高， H+熱運(yùn)動(dòng)加劇，傳質(zhì)速 度加快，酸巖反應(yīng)速度加快 圖 7-4 溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響 (6)壓力 壓力增加，反應(yīng)速度減慢 圖 7-5 壓力對(duì)反應(yīng)速度的影響 (7)其它因素 巖石的化學(xué)組分、物理化學(xué) 性質(zhì)、酸液粘度等 提高酸化效果的措施 ： 降低面容比，提高酸液流速，使用稠化鹽酸、高濃度鹽酸和 多組分酸，以及降低井底溫度等。 4.酸化壓裂的作用原理 酸化壓裂： 用酸液作為壓裂液，不加支撐劑的壓裂。 作用原理 ： (1) 靠水力作用形成裂縫； (2) 靠酸液的溶蝕作用把裂縫的壁面溶蝕成凹 凸不平的表面，停泵卸壓后，裂縫壁面不能完 全閉合，具有較高的導(dǎo)流能力，可達(dá)到提高地 層滲透性的目的。 5、酸液的濾失 濾失主要受 酸液的粘度 控制， 壓裂液的濾失系數(shù) CI公式 控制酸液的濾失常用的方法和措施 (1)固相防濾失劑 硅粉： 添滿或橋塞酸蝕孔道和天然裂縫。 刺梧桐膠質(zhì)： 在酸中膨脹并形成鼓起的小顆粒，在裂縫壁面形成 橋塞，阻止酸蝕孔道的發(fā)展，降低濾失面積。 粒徑大小不等的油溶樹脂： 大顆粒橋塞大的孔隙；親油的樹脂 形成更小的顆粒，變形后堵塞大顆粒的孔隙，從而有效地降低 酸液的濾失。 (2)前置液酸壓 (3)膠化酸 (4)乳化酸和泡沫酸 6.增加酸液有效作用距離的方法或措施