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1、石油工程概论,（采油工程）,石油工程学院,蒲春生,2012.04,课程内容简介,油田开发工程,物理方法化学方法,主要参考书,张琪采油工程原理与设计(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),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?,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、
2、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。,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,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。,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,采油方法,绪 论采油方法,绪论完,油井流入动态与井筒多相流动,第
3、一章,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,第一节 油井流入动态（IPR曲线）,采油系统的四种基本流动：,油嘴内流动 (PtPB),地面管道内流动(PBPsep),垂直管内流动(Pwf Pt),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；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。,基本概
4、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。,3、采油(液)指数 （J),J的确定,改变油井工作制度，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,4）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qmax,2）预测地层平均压力Pr,1）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,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
5、,2、,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,分析：,目的,的关系,在单相油流条件下,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,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,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, 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
6、积比、流速、气液界面性质等。,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。,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。,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
7、小； 摩擦损失变大。,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。,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。,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
8、图 纯油流；泡流；段塞流； 环流；雾流,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：,气液两相流流动断面简图,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,自喷与气举采油,第二章,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。,油藏中的压力损失,穿过井壁(射孔孔眼、 污染区)的压力损失,穿过井下节流器 的压力损失,穿过井下安
9、全阀的压力损失,穿过地面油嘴 的压力损失,地面出油管线 的压力损失,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。,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,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
10、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。,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。,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,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
11、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。,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。,气举采油系统示意图,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
12、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。,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。,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,(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
13、：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,有杆泵采油,第三章,第一节 抽油装置及泵的工作原理,一、抽油装置,其它附件,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
14、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,1、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,1、抽油机（无游梁式）,2、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,
15、3、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,B-杆式泵,A-管式泵,1油管；2锁紧卡；3柱塞 4游动凡尔；5工作筒；6固定凡尔,（1）管式抽油泵：,缺点,特点,优点,（2）杆式抽油泵：下泵深度较大的低产油井,缺点,特点,优点,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。,2、下冲程
16、,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,（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),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。,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
