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1、采油装备工业实训教学安排计划1、第1章 采油装备概述（3小时） 2、参观（1小时） 3、第2章 有杆采油装备（9小时） 4、第3章 无杆采油装备（7小时） 5、第4章 注水设备（4小时） 6、第5章 压裂酸化设备（4小时） 7、第6章 修井设备（3小时） 8、第7章 修井工具（4小时） 9、两次实训（8小时） 10、考试（2小时） 联系方式：办公室电话：8391512 手机：13562258670成绩评定方法1、理论考试的范围老师上课讲的内容。 2、成绩的测算平时表现（30分），实训成绩（30分），理论成 绩（40分）。第1章 采油装备概述 1.1 采油工程技术简介采油工程技术的定义：为了通过
2、井筒这一流动通道，将原油经 济有效地开采到地面，对油藏采取的一系列工程技术措施的总称称 为采油工程技术。采油工程技术包括：自喷采油技术、人工举升采油技术 、注 水、压裂、酸化和修井等技术。 1.1.1自喷井采油技术与装备 1、自喷井的四个流动过程 1）原油从油层流到井底的流动过程又称油层渗流。油层渗流压力 损耗约占油层至井口分离器总压力损耗的1040。 2）从井底沿着井筒上升到井口的流动过程又称垂直管流。约占总 压力损耗的4060。 3）原油到井口之后通过油嘴的流动过程又称油嘴节流。约占总压 力损耗的520。 4）沿地面管线流到分离器、计量站的过程又称水平管流。压力损 耗较小，约占总压力损耗的
3、510。图1-1 自喷井生产的四个流动过程示意图2、自喷采油技术装备自喷采油技术的装备主要指井口装置和地面流程设 备。 1）井口装置 （1）套管头：放置在整套井口装置的最下端，作用是 连接井内各层套管并密封套管间的环形空间。 （2）油管头：装在套管头的上面，它包括油管悬挂器 和套管四通。油管悬挂器的作用是悬挂油管管柱、密封 油管和油层套管间的环形空间；套管四通的作用是进行 正反循环洗井，以及通过油套管环形空间进行提高产量 的各项作业，观察套管压力。 （3）采油树：是指油管头以上的部分，即总闸门以上 的部分。它的作用是控制和调节自喷井生产，引导从井 中喷出的油气进入出油管线。 2）地面流程设备包
4、括对油井产物和井口设备加热保温的加热炉，油 气分离器、高压离心泵、清蜡设备以及地面管线等。图1-2 自喷井井口装置示意图1.1.2 人工举升采油技术与装备人工举升采油技术又称机械采油，包括：有杆泵采 油、无杆泵采油、气举采油和提捞采油等。 1、 有杆泵采油与装备有杆泵采油工艺是利用抽油杆将地面动力传递到井 下泵完成抽油的人工举升工艺技术。有杆泵采油系统分 为常规有杆泵采油和地面驱动螺杆泵采油两大类，两者 都是用抽油杆将地面动力传递给井下泵的。 1）常规有杆泵采油设备包括三部分即地面部分游梁式、链条式或 液压式抽油机；井下部分抽油泵，又称深井泵；抽 油机与抽油泵的连接部分抽油杆，习惯上将抽油机
5、、抽油泵和抽油杆三部分称作“三抽设备”。工作过程：电机通过减速器、曲柄连杆机构和游梁 等，将高速旋转运动变为抽油机驴头的低速上下往复运 动；并通过抽油杆带动柱塞，在深井泵中上下往复运动 ，实现抽油。图1-3 常规有杆泵 采油系统示意图1固定阀； 2柱塞； 3油管； 4抽油杆； 5套管； 6套管三通； 7法兰盘； 8油管三通； 9光杆密封盒； 10套管闸门； 11套压表； 12回压闸门； 13油压表； 14生产闸门； 15悬绳器； 16驴头； 17支架轴； 18连杆； 19曲柄； 20减速器； 21电动机2）地面驱动螺杆泵采油工作过程：动力设备带动驱动头和抽油杆柱旋转，使螺杆泵 转子随之一起转动
6、，原油经螺杆泵下端吸入，由上端排出，实现增 压，并沿油管柱向上流动。 2、无杆泵采油与装备目前，国内外应用比较成熟的无杆泵采油方法有潜油电泵采油 、水力活塞泵采油和水力射流泵采油三种。 1）潜油电泵采油潜油电泵采油全称为电动潜油离心泵采油，又称电潜泵采油， 它是将电动机和潜油电泵一起下入油井液面以下进行抽油的举升设 备。潜油电泵机组由三部分组成即井下部分、地面部分和连接井下 与地面的中间部分，如图1-5所示。工作过程：地面电源通过变压器、控制屏和电缆将电流从地面 送到井下的潜油电机中，使潜油电机带动潜油电泵的叶轮高速旋转 ，充满叶轮内的液体在离心力的作用下从叶轮中心沿着叶片的流道 被甩向叶轮的
7、四周，使压力和速度同时增加，经过电泵导壳的流道 被引向下一级的叶轮，这样流过所有的叶轮和导壳，液体的压能不 断累积叠加，就可获得一定压力，将井下液体举升到地面。图1-4地面驱动螺 杆泵采油系统示意图1电控箱 2电机 3皮带 4方卡子 5光杆 6减速器 7螺杆泵井口 8抽油杆 9抽油杆扶正器 10油管扶正器 11油管 12螺杆泵 13套管 14定位销 15防脱装置 16筛管图1-5 典型潜油电 泵采油系统示意图1潜油电机 2电机保护器 3气液分离器 4潜油电泵 5小扁电缆 6电缆接头 7圆电缆 8单流阀 9泄油阀 10井口 11变压器 12控制屏 13油管 14套管2）水力活塞泵采油水力活塞泵是
8、一种液压传动的无杆抽油设备，如图1-6所示。水力活塞泵采油的工作过程是：利用三缸高压泵将动力液（水 或油）从地面动力液罐经控制管汇、井口装置泵入井内，进入水力 活塞泵中，水力活塞泵由两个往复式柱塞组成，其中一个柱塞被动 力液驱动带动另一个柱塞抽汲原油将井内液体举升到地面。 3）水力射流泵采油水力射流泵简称射流泵，是一种特殊的水力泵，它是利用射 流原理将注入井内的高压动力液的能量传递给井下产液的无杆水力 采油装置。射流泵采油系统与水力活塞泵采油系统的组成相似，由 动力液罐、高压地面泵、控制管汇和井下射流泵组成，射流泵和水 力活塞泵的井下总成可以互换使用。射流泵的主要特点之一是没有 运动部件，它的
9、工作部件是喷嘴、喉管和扩散管。工作过程：高压动力液从地面进入射流泵后，通过喷嘴将动 力液的高压势能转变为高速动能；在喉管内，高速动力液与低速原 油混合，进行动量交换；通过扩散管将动能转变为静压能，把混合 物采到地面。图1-6 水力活塞泵 采油系统示意图1高压控制管汇 2三缸泵 3发动机 4动力液罐； 5井口装置 6井下泵工作筒 7水力活塞泵3、气举采油气举采油从油管与套管的环形空间，通过装在油管上的气举 阀将天然气连续不断地注入油管内，使油管内的液体与注入的高压 天然气混合，降低液柱的密度，减少液柱对井底的回压，从而使油 层与井底之间形成足够的生产压差，使油层内的原油不断地流入井 底，并被举升
10、到地面上。气举采油的主要工艺流程如图1-7所示。其中气举阀在生产系 统中占有至关重要的位置，关系到气举井生产的成败，一般要在油 管管柱上安装56个气举阀，这些气举阀从井下一定的深度开 始，每隔一段距离安装一个。 4、提捞采油 提捞采油有三种方式： 1）用钢丝绳将打捞筒下入套管中，一筒一筒地向井口提油； 2）用钢丝绳将捞油泵下入套管中，抽吸液体，再提到地面； 3）将前述两者接合，从井下捞油。提捞泵的工作过程：钢丝绳下端连接提捞泵，在重力作用下，沿井筒 下行。进入液面以后，单流阀在井液的推力下打开，提捞泵继续下行；途经 井段的井液就流经提捞泵内腔，位于提捞泵的上方，当提捞泵到达预定深度 后，停止下
11、放并上提，则提捞泵的单流阀在自重和其上液柱的压力下关闭。 由于提捞泵的外周有与井筒过盈接触的密封件，密封件在泵上液柱的压力下 更紧密地与井筒相贴，液体不能通过，因此泵上液柱就与提捞泵一起上升， 直至井口，进入集油管线，完成一次捞油过程。图1-7 气举井流程示意图1.1.3 油田注水 1、注水井投注程序注水井完钻后，一般要经过排液、洗井和试注之后才能转入正常 注水。 1）排液排液的目的在于清除近井地带油层内的堵塞物，在井底附近造成 适当的低压带，为注水创造有利条件。 2）洗井注水井在排液之后还需要进行洗井。洗井的目的是把井筒内的 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）
12、试注试注的目的在于确定能否将水注入油层并获得油层吸水启动压力 和吸水指数等，以便根据配注水量选定注水压力。因此，在试注 时要进行水井测试，求出注水压力和地层吸水能力。 4）转注注水井通过排液、洗井、试注，取全、取准试注资料并绘制出注 水井指数曲线后，就可以转入正常注水了。 2、注水流程注水前必须找好水源，并对水质进行净化处理，使之达到注入 水的要求。净化后的水通过注水管网进入注水站，由高压泵增压 后输送到各配水间，再分配到各注水井。从地下采出的污水也要 经过污水处理站进行再处理，然后回注地层。1.1.4 油层压裂和酸化 1、油层压裂油层压裂是利用地面高压泵，通过井筒向油层挤注具有较高粘 度的压
13、裂液。当注入压裂液的速度超过油层的吸收能力时，则在井 底形成很高的压力，当该压力超过井壁附近油层岩石的破裂压力 时，油层就被压开并产生裂缝。这时，继续不停地向油层挤注压裂 液，裂缝就会继续向油层内部延伸。为了保持压开的裂缝处于张开 状态，接着向油层挤入带有支撑剂的携砂液，一般是石英砂。携砂 液进入裂缝后，一方面可以使裂缝继续向前延伸，另一方面可以支 撑已经压开的裂缝，使其不闭合。再接着注入顶替液，将井筒的携 砂液全部顶替进入裂缝。最后，注入的高粘度压裂液会自动降解排 出井筒之外，在油层中留下一条或多条长、宽、高不等的裂缝，使 油层与井筒之间建立起一条新的流体通道。油层压裂示意图如图1-8 所示
14、。油层压裂之后，油井的产量一般会大幅度增长。 2、酸化酸化是利用地面高压泵将酸液通过井筒挤入油层，使酸液与油 层的孔隙发生化学溶蚀作用，以扩大油流通道，提高油层的渗透 率，或者依靠酸液溶解井壁附近的堵塞物，如泥浆、泥饼及其它沉 淀物质，以提高油井的产量。图1-8 油层压裂示意图1.1.5 修井油气井在长期生产过程中，由于各种原因会发生很 多故障，导致油气井停产、减产。为了解除油气井的 故障，恢复生产能力，并对油层进行改造，提高油气 井的生产能力，保持长期的稳产高产，以取得更大的 经济效益，必须对油气井进行经常的、反复的维护修 理。我们把对油气井进行解除故障、恢复生产、提高 生产能力的工作称为修
15、井。修井工作是开发好地下资源，获得大量的油、气资 源的重要手段。它能使停产井恢复正常生产，从而使 工作井的数量得到保证，这是完成和超额完成采油生 产计划的决定性条件之一。1.2 三抽设备的发展及展望 1.2.1 抽油机的发展及展望 1、抽油机的发展现状根据研发时间的先后，可将抽油机分为三个发展阶段。第一代是以游梁和曲柄为主要结构的游梁式抽油机，包括常规 型、异型、退化游梁型和斜直井型抽油机等。这类抽油机可调范围 大、能适应野外恶劣的工作环境 ，但由于游梁式抽油机用四连杆机 构将电机的旋转运转换为直线往复运动，存在系统能量传递环节 多，损失高的缺点。第二代为无游梁抽油机，包括链条抽油机、皮带抽油
16、机、天轮 式抽油机、渐开线异型抽油机、摩擦换向抽油机、直线往复式抽油 机等。无游梁抽油机容易实现长冲程，相对冲程损失小，冲次低， 降低了运动系统的加速度，惯性载荷较小；但结构复杂、运动件多 、 成本高，柔性连接件如链条、皮带、钢丝绳等使用寿命短。虽然取消 了四连杆机构，但其传动效率与游梁式抽油机区别不大。第三代为多功能型抽油机，包括直驱多功能型、单曲柄型和高 架抽油机三种。多功能型抽油机的特点是充分结合柔性绳能量传递系统， 利用滑轮体系，实现抽油、作业、测试、调整等综合功能。图1-9 常规游梁式抽油机图1-10 无游梁式抽油机2、抽油机的展望新型抽油机的特点：增强了抽油机的适应性、可靠性、经济性和 先进性；改善了抽油性能，增加了功能；提高了抽油效率，减少了动 力消耗；提高了抽油机平衡效果，改善了抽油机的运动特性、动力 特性与平衡特性；增大了抽油机的使用范围，减小了抽油机体积和 重量，强化了抽油机自动化与智能化程度。今
