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1、采油工艺与装备,东北石油大学 机电工程系 高 胜,油田开发阶段的划分,1. 按产量划分阶段 产量上升阶段 产量稳产阶段 产量递减阶段,2. 按开采方法划分阶段 一次采油阶段：利用油藏本身的天然能量开采石油的方法。这一阶段可开采出原油地质储量的10%-15%。,2. 按开采方法划分阶段 二次采油阶段：一次采油过程中，油藏能量不断被消耗，依靠天然能量采油无法维持采油速度，由人工向油藏中注水或者注气以补充地层能量二增加采油量的方法。这一阶段可开采原油地质储量的20%-30%。 三次采油阶段：针对一次、二次未能采出的剩余在油藏中的原油，向地层注入其他驱油剂或者引入其它能量来提高原油采收率的方法。,油田
2、开发阶段的划分,3. 按油田综合含水方法划分开发阶段：实际常用方法 无水采油期(综合含水率小于2%) 低含水采油期(综合含水率2%-40%) 中含水采油期(综合含水率40%-80%) 高含水采油期(综合含水率80%-90%) 特高含水采油期(综合含水率90%以上),油田开发阶段的划分,含水率：油井产出液量中水所占的质量分数,自喷,人工举升,有杆泵,采油方法,常规（抽油机）,螺杆泵,无杆泵,潜油电泵,水力泵,水力活塞泵,气举,连续气举,潜油电动离心泵,潜油电动螺杆泵,水力射流泵,间歇气举,自喷采油,定义：依靠油层本身的能量使由喷到地面 能量来源：井底油流具有足够的压力；随同原油一起进入井底的溶解
3、气所具有的弹性膨胀能量。,自喷采油的四个环节： 油层渗流：原油从油层到井底 井筒流动：从井底沿着井筒上升到井口 油嘴节流：原油到井口之后通过油嘴的流动 地面管线流动：沿着地面管线到分离器，然后通过油气分离将油和天然气分开，分别计量后，原油进入储油罐以备输运，天然气进入集输管线或储运或使用。,中间:抽油杆,抽油机,游梁,连杆,平衡块,曲柄,电机,皮带轮,减速箱,支架,驴头,悬绳器,常规型,1.抽油机（地面设备）,分类,游梁式,无游梁式,常规型,前置型,变形,游梁,支架在驴头和曲柄连杆之间， 上、下冲程时间相等。,常规型,古老，应用广泛。 四连杆机构： 1杆：曲柄；2杆：连杆； 3杆：游梁；4杆：
4、虚杆。,游梁式抽油机,抽油机机构简图,游梁式抽油机结构,电机；减速箱；曲柄；连杆；游梁；平衡块；支架；驴头；制动器；悬绳器。,驴头将游梁前端往复圆弧运动，变为抽油杆垂直往复运动。 驴头目的：对中井口。,2. 型号（标准化） CYJ （Y） （F） （B） （Q） 抽油机 悬点载荷 冲程（m） 最大扭矩 平衡方式 （x10KN） 例，CYJ8-3-37-HB： 悬点载荷80kN ； 冲程3m； 扭矩37； H圆弧齿轮箱； B曲柄平衡。,常规型：支点在中间，动力在尾部（见图9-2）； 双驴头抽油机（变力臂，节能。）； 前置式：支点在尾部，动力在中间（见图9-3）。,前置式,摆杆式游梁抽油机是采用曲
5、柄-摆杆带动摇杆机构作往复直线运动的新结构抽油机，摆杆针对悬点上下冲程载荷大小的变化自行调整力矩，使减速器工作扭矩始终处于最佳状态，达到较游梁抽油机节能约50%的效果，是一种具有广阔发展前景的抽油机。,减速箱在支架的前面，缩短了游梁的长度，减小了抽油机的规格尺寸，上、下冲程时间不等，从而降低了上冲程动载荷及减速箱的最大扭距和需要的电机功率。,前置型,变形,异相型、旋转驴头式、大轮式以及六杆式双游梁。提高冲程、节能及改善抽油机的结构特性和受力状态。,双驴头抽油机,目前广泛采用的是常规型游梁式抽油机，它通常采用齿轮式减速器传动、电动机驱动、曲柄平衡或复合平衡、侧转式驴头等结构。数十年来，在机械采油
6、中始终占据主要地位。但是，常规型游梁式抽油机及其他型式的游梁式抽油机，受其结构的限制，不易实现长冲程。此外，由于受其四连杆机构的限制，常规型游梁式抽油机平衡效果不佳、动载荷大、能耗大。,常规游梁抽油机的缺点,与常规型游梁式抽油机相比，双驴头抽油机将游梁后臂改为变形圆弧形状的后驴头，使得原固定的四连杆机构，变为可变参数四连杆机构，在悬点载荷较大时，其游梁后臂长度较大，使曲柄轴扭矩不至于过大；悬点载荷较少时，其游梁后臂较少，使曲柄的载荷扭矩不至于过少，降低了扭矩峰值。由于双驴头抽油机具有变力臂、运行平稳、扭矩波动小、起动容易、工作效率高、能耗低等优点，并且适用于中、低粘度原油和高含水原油的开采，因
7、此其具有良好的推广应用前景。,曲柄0度 位置,曲柄90度 位置,曲柄180度 位置,曲柄270度 位置,无游梁 ：为了减轻抽油机重量，扩大设备的使用范围以及改善其技术经济指标，特点多为长冲程低冲次，适合于深井和稠油井采油。,机械式无游梁抽油机 液压式无游梁抽油机,链条式 机械式无游梁抽油机 曲柄连杆式,潜油电泵全称为电动潜油离心泵，简称电泵，是重要的机械采油方法。 优点：排量大、自动化程度高,无杆泵： 潜油电泵采油,(1) 地面部分: 包括变压器、控制屏、接线盒和特殊井口装置等。 (2) 中间部分: 主要有油管和电缆。 (3) 井下部分: 主要有多级离心泵、油气分离器、潜油电机和保护器。,1.
8、 系统组成,系统工作过程,气举采油法 : 当油井不能自喷时，除采用前面介绍的人工举升方法外，还可以人为地把气体(天然气或空气)压入井底，使原油喷到地面的采油方法 。 优点：设备比较简单、管理调节较方便。在新井诱导油流及作业井的排液方面气举也有其优越性。 缺点：需压缩机和高压管线，地面系统设备复杂，投资大，气利用率低。,气举采油,连续气举是将高压气体连续地注入井内，使其和地层流入井底的流体一同连续从井口喷出的气举方式。 它适用于采油指数高和因井深造成井底压力较高的井。 间歇气举是将高压气间歇地注入井中，将地层流入井底的流体周期性地举升到地面的气举方式。 间歇气举既可用于低产井，也可用于采油指数高
9、、井底压力低，或者采油指数与井底压力都低的井。,气举采油,螺杆泵,螺杆泵是一种容积式旋转型水力机械。它是利用相互啮合的螺杆与衬套间容积的变化为流体增加能量的。螺杆泵常用于输送润滑油、密封油及油气混输等。,一、螺杆泵的基本知识,一、螺杆泵的基本知识,螺杆泵于1930 年发明后主要用于工业领域泵送粘稠液体，只是近20 年内 作为一种人工举升采油手段用于开采稠油和含砂原油。它是一种容积泵，特点是结构简单、尺寸小、重量轻，不会出现泵卡、气锁、被砂蜡垢等堵塞，不会形成乳化液。 螺杆泵是开采稠油和含砂原油的一种很好手段，其容积效率随原油粘度升高而升高，不象离心泵那样随原油粘度升高泵效急剧下降。目前，法国M
10、APE公司生产的螺杆泵可以在含砂量高达60%的井况下正常工作，系统效率在50%以上，比电潜螺杆泵高1倍以上，比普通螺杆泵高14%。,电潜螺杆泵采油装置,螺杆泵在油田的应用,二、螺杆泵的主要零部件,螺杆泵主要由螺杆及与之相配套的衬套组成。,如图所示：螺杆的任一断面都是半径为R的圆。整个螺杆的形状可以看成是由很多半径为R的薄圆盘组成，不过这些圆盘的中心O1分布在一条圆柱螺旋线上。该圆柱的半径为螺杆泵的偏心距离e、螺旋线的螺距为t。,1、转子（螺杆）：,t,二、螺杆泵的主要零部件,二、螺杆泵的主要零部件,如图所示：衬套的断面形状是由两个半径为R(等于螺杆断面的半径)的半圆和两个长度为4e的直线段组成
11、的长圆形。衬套的内表面就是由很多个这样的断面所组成的导程为t(t=2e)的双头内螺旋面。衬套的旋向与螺杆的旋向是相同的。,2、定子(衬套)：,其它衬套断面形状,二、螺杆泵的主要零部件,衬套一般用橡胶材料制成。 必须根据抽汲混合液的性质和泵工作条件来选取，如抽取油类、弱酸和碱等介质，可用丁腈橡胶作衬套材料；而要求在高耐磨、高强度和耐油、耐苯条件下工作，则可选取聚氨脂橡胶作衬套材料。,三、螺杆泵的工作原理,当螺杆转动时，螺杆衬套副中靠近吸入端的第一个腔室的容积增加，形成负压，在压力差的作用下，液体被吸入第一个腔室。 随着螺杆的继续转动，工作腔容积不断增至最大后，该腔室形成封闭，以螺旋方式向排出端移
12、动，并最终在排出端消失。同时在吸入端又形成新的密封腔。由于密封腔室的不断形成、推移和消失，使混合液通过一个一个密封腔室，从吸入端推挤到排出端，压力不断升高。,螺杆泵利用螺杆的回转来吸排液体的。,四、旋向、转向、流向关系,即螺杆的螺旋旋向(左旋或右旋)、螺杆的转向(顺时针或逆时针)和混合液的流向三者之间的关系。 如图所示，螺杆为左旋，假设观察者位于螺杆的一端，如螺杆作顺时针转动，则混合液背向观察者；如螺杆作逆时针方向转动，则混合液流向观察者。将螺杆改为右旋，如螺杆作顺时针方向转动，则混合液流向观察者；如螺杆作逆时针方向转动，则混合液背向观察者。 由此可见，旋向、转向和流向三个因素中，给定任意两个
13、因素，可确定第三个因素。,1、由于螺杆泵的衬套由橡胶制成，螺杆与衬套间的相对运动为滚动加滑动，为高粘、高含砂、高含气原油的输送创造了有利的条件，加之螺杆泵的运动件少，过流面积大，油流扰动小，使其能在高粘原油中高效工作。 2、由于密封腔室的推移速度是恒定的，理论上螺杆泵的流量是非常均匀的，不存在流量波动。,五、螺杆泵的特点,七、螺杆泵的种类,按其螺杆数目的不同，可分为单螺杆、双螺杆、三螺杆和五螺杆等；按其螺杆螺距可分为长、中、短螺距三种；按其结构型式可分为卧式、立式、法兰式和侧挂式等。在油田所用的螺杆式油气混输泵中，以单螺杆泵和双螺杆泵为主。,1、单螺杆泵,单螺杆泵组成示意图 1-排出口；2螺杆；3螺杆衬套； 4填料密封器； 5万向轴总成； 吸入口； 轴承； 8传动主轴； 9-底座,如图所示：双螺杆泵由两根螺杆、轴承、吸入腔、排出腔、壳体等组成。,2、双螺杆泵,八、螺杆泵的特性曲线,单螺杆的理论特性曲线和实际特性曲线,（1）理论特性曲线 流量(Qt)压头(H)为一条水平线，表明其流量不随压头的变化而改变。,（）实际特性曲线： 随着压头H的增加，通过螺杆衬套副密封线从泵排出端到吸入端的液体漏失量q也增加，实际流量Q是理论流量Qt和漏失量q的差值。随着压头H的增加，流量Q是逐渐下降的。,
