【文章內(nèi)容簡介】 油設(shè)備的負(fù)荷，而且決定著可能獲得的最大產(chǎn)量。為了掌握油井生產(chǎn)規(guī)律及合理設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)油井工作方式，必須深入研究氣、液混合物在油管中的流動規(guī)律。多相管流因其流體的非均質(zhì)性和流動型態(tài)的多變性，目前還沒有切實(shí)可用的嚴(yán)格的解析解，對于這一問題的研究大多是從基本方程出發(fā)，利用實(shí)驗(yàn)資料進(jìn)行相關(guān)分析和因次分析等來相關(guān)各個(gè)變量的近似關(guān)系。早在1797年人們就開始了多相管流問題的研究，但由于實(shí)驗(yàn)手段和基礎(chǔ)理論研究水平所限，對上述諸影響因素的認(rèn)識較長時(shí)間不充分，幾十年來人們通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場實(shí)踐以及理論認(rèn)識的提高，研究出眾多的數(shù)學(xué)相關(guān)式及圖版來模擬計(jì)算多相垂直管流的壓力場分布情況，縱觀這許多數(shù)學(xué)相關(guān)式，其基礎(chǔ)數(shù)學(xué)通式如下： (34)上式表明：油井生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)流體由井底沿油管舉升到井口的壓力損失是由舉升流體阻力、摩阻和加速度梯度三個(gè)主要部分構(gòu)成，其中，主要部分為舉升流體的壓力損失。目前，人們經(jīng)常采用BeggsBrill方法進(jìn)行定向井井筒多相流的計(jì)算，此關(guān)系式是由小型室內(nèi)試驗(yàn)推導(dǎo)出來的，內(nèi)徑的聚丙烯管段，流體為水和空氣，試驗(yàn)管可以以任何角度傾斜。參數(shù)控制在液量為0~120L/min，氣量為0~8500m3/d，~，傾斜角度為90176。~90176。此相關(guān)式應(yīng)用于定向井的工程設(shè)計(jì)，但不能預(yù)測定向井中氣液混合物的流動型態(tài)，不利于分析井筒流動對氣錨分氣效果的影響。，該方法是1999年由Kaya等人在流動機(jī)理分析的基礎(chǔ)上建立的機(jī)理模型，有較嚴(yán)格的理論依據(jù)，能預(yù)測定向井中氣液混合物的流動型態(tài)，特別是能夠預(yù)測氣液段塞流中混合物的截面含氣率、氣泡長度以及氣泡運(yùn)動速度等流動特性參數(shù)，這些參數(shù)對分析氣錨的井下分氣效率具有重要價(jià)值。第四章 砂礫巖油藏舉升工藝及防氣技術(shù)研究 砂礫巖油藏舉升工藝研究東辛深層砂礫巖油藏儲層物性差，以低滲透、特低滲透為主，儲層連通關(guān)系復(fù)雜、非均質(zhì)性嚴(yán)重，通過注水對地層補(bǔ)充能量非常困難，而且原油氣液比較高。開發(fā)過程中，油藏已表現(xiàn)出地層能量下降、液面深、原油脫氣嚴(yán)重、泵效偏低等不利現(xiàn)象，極大地影響了油藏的高效舉升和開發(fā)效果。在油田開發(fā)過程中，油井采油方式的合理選擇對充分發(fā)揮油井產(chǎn)能、提高采收率和降低生產(chǎn)成本起著至關(guān)重要的作用，選擇合理的采油方式是首要解決的問題。目前國內(nèi)外廣泛使用的人工舉升方式主要有：有桿泵系統(tǒng)、電潛泵系統(tǒng)、水力活塞泵系統(tǒng)、噴射泵系統(tǒng)、螺桿泵系統(tǒng)、連續(xù)氣舉系統(tǒng)以及柱塞氣舉系統(tǒng)等，每種舉升方式在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都存在合理的使用范圍。這些使用范圍不僅取決于各舉升方式自身的工作原理、使用設(shè)備和技術(shù)完善程度，而且與國際油價(jià)、油藏地質(zhì)特征、油田開發(fā)政策、開發(fā)現(xiàn)狀及環(huán)境條件等眾多因素有關(guān)。為了保持油田穩(wěn)產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)少投入多產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)、高效開發(fā)原則，無論是在油田開發(fā)方案設(shè)計(jì)時(shí)或是油田開發(fā)實(shí)踐中都存在舉升方式規(guī)劃和舉升方式轉(zhuǎn)換的問題。油田開發(fā)初期需要正確選擇合理的舉升方式，在油田開發(fā)實(shí)踐中，隨著采出程度提高和含水率增加、地層能量等影響因素的變化，需要及時(shí)調(diào)整工作參數(shù)或轉(zhuǎn)換舉升方式，以滿足開發(fā)方案的要求。正確的舉升方式是技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理、客觀條件上可操作。舉升方式選擇、工作參數(shù)優(yōu)化、工作參數(shù)調(diào)整以及舉升方式轉(zhuǎn)換決策上的失誤，將會給油田開發(fā)和經(jīng)濟(jì)上造成巨大損失。 有桿泵采油方式目前這種采油方式占主導(dǎo)地位，約占人工舉升井?dāng)?shù)的95%。近年來配套技術(shù)和工藝發(fā)展很快，深井泵泵徑已形成32～95mm系列，D級抽油桿、高強(qiáng)度抽油桿、玻璃鋼抽油桿、柔性抽油桿、空心抽油桿等得到應(yīng)用，12型抽油機(jī)配套使用抽深可達(dá)3000m，最高日產(chǎn)液量可達(dá)310 m3/d，基本上可以解決采油過程中所遇到的絕大部分問題。由于這種采油方式發(fā)展時(shí)間最長，技術(shù)比較成熟，工藝比較配套，設(shè)備裝置比較耐用，故障率低，其抽深和排量又能覆蓋大多數(shù)油井，這種采油方式占主導(dǎo)地位的現(xiàn)狀不會發(fā)生根本改變。 有桿泵采油的優(yōu)點(diǎn)(1)該設(shè)計(jì)方法及設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、管理方便、操作和搬遷容易，對于一般油井都比較適用，并可用于小井眼油井和分層開采的油井，可把油井開采至非常低的壓力；(2)通常采取自然排氣，有利于天然氣從井內(nèi)排出，比較容易消除氣體影響；(3)具有較大的靈活性。油井的產(chǎn)能變化時(shí)，可通過調(diào)節(jié)泵徑和其它工作參數(shù)，使泵的排量同油井的產(chǎn)能相適應(yīng)；(4)能方便地進(jìn)行各種地面和井下測試，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地分析地面和井下設(shè)備的工作狀況；(5)比較容易處理井下結(jié)蠟、結(jié)垢和腐蝕等問題，同時(shí)也適用于開采高粘原油；(6)技術(shù)較為成熟，設(shè)備裝置較耐用，故障率低，另外，排量能覆蓋大部分油井。 有桿泵采油的缺點(diǎn)(1)在井身彎曲的油井中，抽油桿和油管因偏磨損壞頻率較高，因此，會影響油井的正常生產(chǎn)，同時(shí)增加采油成本；(2)井液含砂或其它固體顆粒較多時(shí)，易出現(xiàn)卡泵，另外，油氣比過高時(shí)，排氣會使泵效降低，甚至?xí)a(chǎn)生抽油泵“氣鎖”；(3)下泵深度受抽油桿強(qiáng)度的限制，隨著下泵深度的增加泵效下降較快，事故頻率較高；(4)設(shè)備體積較大，在油井上使用顯得過于笨重，不宜在沼澤水網(wǎng)等地理?xiàng)l件比較復(fù)雜的地區(qū)使用；(5)受結(jié)蠟的影響較大。 電動潛油泵電動潛油離心泵，簡稱電潛泵或電泵，是將電動機(jī)和多級離心泵一起下入油井液面以下進(jìn)行抽油的舉升設(shè)備。電潛泵采油工藝，因其設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、效率高、排量大、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于停噴后的高產(chǎn)油井、含水井及定向井中，是油田實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要手段，統(tǒng)計(jì)資料顯示，電潛泵平均產(chǎn)液量，是傳統(tǒng)桿式泵的2倍以上。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全世界原油產(chǎn)量的近三分之一是由各種形式的潛油電泵開采的，潛油電泵井的數(shù)量更是數(shù)以萬計(jì)，當(dāng)今世界上原油開采的熱點(diǎn)地區(qū)尤其是沙漠和海上油田，潛油電泵所占的比例更高。 潛油電泵機(jī)組組成及工作原理潛油電泵機(jī)組，以電能為動力源，其工作原理是，電網(wǎng)電壓首先經(jīng)過降壓變壓器改變電壓后，輸入到變頻器中；經(jīng)過變頻器變換至所需的電源頻率后，輸入到升壓變壓器，將電壓提升到電機(jī)所需電壓；通過潛油電纜將電能傳輸給潛油電機(jī)，潛油電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，帶動潛油泵高速旋轉(zhuǎn)；潛油泵中的每級葉輪、導(dǎo)殼使井液壓力逐步提高，在潛油泵出口處達(dá)到潛油泵要求的舉升揚(yáng)程，井液通過油管被舉升至地面，最后，通過地面管線傳輸至地面集輸系統(tǒng)。 電潛泵采油的優(yōu)點(diǎn)(1)泵的排量較大，目前，在國外大套管油井中，其最大排量己達(dá)3180m3/d，舉升大排量井單位成本較低，適用于大排量采液的高產(chǎn)井、高含水井；(2)地面設(shè)備體積小，在市區(qū)采用不引人注目，同時(shí)也適用于海上或井身彎曲的油井；(3)自動化程度較高操作方便；(4)在井下可安裝壓力傳感器，再通過電纜傳至地面，因此，測試井下壓力比較方便；(5)因井下腐蝕和結(jié)垢等引起的故障，比較容易處理。 電潛泵采油的缺點(diǎn)(1)在分層開采井或低產(chǎn)淺井中不能使用，且只能使用1000V以上的高壓電源，初期資金投入和運(yùn)行費(fèi)用較高；(2)油井的產(chǎn)能變化時(shí)不能調(diào)節(jié)抽汲參數(shù)，只能靠更換設(shè)備來保證泵的排量同油層的供油能力相適應(yīng)，另外，更換設(shè)備時(shí)費(fèi)用也較高；(3)在起下油管或井下溫度較高時(shí)電纜容易損壞，另外，出于電纜成本高和不能在井下安裝大功率電動機(jī)，所以下泵深度受到限制，目前，國外最深也只能下到3000m左右；(4)在井液的油氣比過高或含砂量較大時(shí)，比較容易發(fā)生故障，另外，如果沒有較高的專門技術(shù)，對油井和設(shè)備的維護(hù)及其工作狀況的分析就比較因難；(5)泵徑受套管尺寸的限制，泵也不能下到出油層段以下，另外由于整個(gè)裝置都在井下，因此，處理故障比較困難、油井的停產(chǎn)時(shí)間也較長。 電潛泵采油的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國自1981年開始在油田大規(guī)模使用潛油電泵抽油，20多年來潛油電泵的應(yīng)用技術(shù)有了較大的發(fā)展。目前，全國共計(jì)有潛油電泵井近5000口，占全國總生產(chǎn)井?dāng)?shù)的7%左右，其產(chǎn)量占全國原油總產(chǎn)量的20%左右。以大慶油田為例，目前共有2200多口潛油電泵井，占全油田總井?dāng)?shù)的7%左右，潛油電泵井產(chǎn)量占全油田總產(chǎn)量的37%左右，檢泵周期平均1100多天。國內(nèi)電泵采油井?dāng)?shù)量基本穩(wěn)定，原因是我國油井普遍產(chǎn)液量較低，電泵機(jī)組的成本較高。另外，存在一些存在問題亟待解決：(1)氣油比高、氣體影響嚴(yán)重，造成電潛泵泵效低、欠載及過熱等問題；(2)由于結(jié)垢和修復(fù)機(jī)組的應(yīng)用，電泵井檢泵率較高；(3)泡沫段存在時(shí)，聲波測試誤差較大；(4)聚驅(qū)井及三元復(fù)合驅(qū)井故障較多，且檢泵周期短。目前世界電潛泵的發(fā)展趨勢主要是改進(jìn)各種配套部件以及加工工藝，從而延長泵的使用壽命。電潛泵朝著深井、高壓、大排量、高壽命、耐高溫等多品種方向發(fā)展，近年來，為了推動電潛泵舉升工藝的進(jìn)步，以Baker Hughes 公司和Schlumberg公司為代表，各大石油公司推出了一系列新技術(shù)和新裝備，其中包括：適用于高含氣油井的大排量氣體分離器，工作溫度達(dá)260℃的耐高溫電潛泵，可替代有桿泵的低排量高效小電潛泵，實(shí)時(shí)連續(xù)測量井下多項(xiàng)參數(shù)的Smart Guard電泵測試系統(tǒng)和Phoenix井下監(jiān)測裝置，可優(yōu)化電泵系統(tǒng)和提高油井產(chǎn)量的電潛泵監(jiān)測及自動化系統(tǒng)，另外，還有現(xiàn)場應(yīng)用效果良好的雙電潛泵舉升技術(shù)。 地面驅(qū)動螺桿泵地面驅(qū)動螺桿泵采油，是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種新型機(jī)械采油技術(shù)，螺桿泵兼有離心泵液流平穩(wěn)和容積泵效率高的特點(diǎn)，地面驅(qū)動螺桿泵抽深可達(dá)1700m，最高日排液可達(dá)250m3/d，對砂氣不敏感，突出特點(diǎn)是能較好適應(yīng)出砂、高氣液比井以及粘度不是過高的油井。地面設(shè)備投資少，占用面積小，管理簡便，安裝工藝簡單，排量調(diào)節(jié)范圍適中，節(jié)能效果好。 螺桿泵采油工作原理螺桿泵采油系統(tǒng)主要由井口裝置、地面驅(qū)動裝置、井下螺桿泵和中間油管抽油桿組成。其中，地面驅(qū)動裝置，在井口具有減速、變速、承受軸向載荷和提供動力等功能；動力通過抽油桿柱傳遞至井下螺桿泵；井下螺桿泵由定子和轉(zhuǎn)子組成，轉(zhuǎn)子是高強(qiáng)度、精加工、表面有鍍層的螺桿，定子是堅(jiān)固、耐油抗腐的合成橡膠粘接于鋼制殼體內(nèi)的泵筒。工作時(shí)，由地面動力帶動抽油桿柱旋轉(zhuǎn)，連接于抽油桿底端的螺桿泵轉(zhuǎn)子隨之一起轉(zhuǎn)動，井筒液體經(jīng)螺桿泵下部吸入上端排出。具體來說，螺桿泵是靠空腔排油，即：轉(zhuǎn)子與定子間形成的一個(gè)個(gè)互不連通的封閉腔室。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)，封閉空腔沿軸線方向由吸入端向排出端方向運(yùn)移；封閉腔在排出端消失，空腔內(nèi)的原油也就隨之由吸入端均勻地?cái)D到排出端，同時(shí)，在吸入端重新形成新的低壓空腔將原油吸入，這樣，原油便不斷地充滿、擠壓和排出，從而把井中的原油不斷地吸人，通過油管舉升到地面。 螺桿泵采油的優(yōu)點(diǎn)(1)投資小，螺桿泵與電動潛油泵、水力活塞泵和游粱式(鏈條式)抽油機(jī)相比，其結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格相對較低；(2)地面裝置安裝方便，可直接坐在井口套管四通上，占地面積小，除原井口外幾乎不另占面積，另外，可以很方便地罩上一個(gè)防盜井口房；(3)泵效高、節(jié)能以及管理費(fèi)用低。由于螺桿泵是螺旋抽油的容積泵，流量無脈動、軸向流動連續(xù)以及流速穩(wěn)定，與游梁式抽油機(jī)相比，沒有液柱和機(jī)械傳動的慣性損失，容積效率可達(dá)90％，是現(xiàn)有機(jī)械采油設(shè)備中能耗最小、效率較高的采油設(shè)備之一；(4)適應(yīng)粘度范圍廣，可舉升稠油。一般，螺桿泵適于粘度8000 mPas(50℃)以下的各種含原油流體；(5)適應(yīng)高含砂井，理論上，螺桿泵可輸送含砂量達(dá)80％的砂漿，在原油含砂量高，最大含砂量40％的情況下，螺桿泵可正常生產(chǎn)；(6)適應(yīng)高含氣井，螺桿泵不會氣鎖，較適合于油氣混輸，但井下泵入口的游離氣會占據(jù)一定的泵容積；(7)螺桿泵可下在斜直井段，設(shè)備占地面積小，適合海上油田叢式井組，甚至水平井的采油井使用；(8)允許井口有較高回壓，在保證正常抽油生產(chǎn)情況下，對邊遠(yuǎn)井集輸很有利；(9)當(dāng)發(fā)動機(jī)或電動機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，砂沉積在泵的上部，與有桿泵比較，螺桿泵恢復(fù)工作的可能性更大。 螺桿泵采油的缺點(diǎn)(1)定子易損壞，若定子壽命短，檢泵次數(shù)多，增加維護(hù)費(fèi)用；(2)泵需要流體潤滑。如只靠極低粘度的液體潤滑工作，泵過熱將會引起定子彈性體老化甚至燒毀；定子的橡膠不適合在注蒸汽井中應(yīng)用；(3)雖操作簡單，若操作人員操作不正確，也會造成泵損壞；(4)與有桿泵對比，總壓頭較小，目前大多數(shù)現(xiàn)場應(yīng)用是在井深1000 m左右的井，批量生產(chǎn)的泵裝置壓頭都比較低；(5)在斜井中，因桿管磨損易造成斷桿、管漏以及脫扣等現(xiàn)象，井下驅(qū)動螺桿泵減速機(jī)構(gòu)減速比小，定子和轉(zhuǎn)子在高速轉(zhuǎn)動中磨損嚴(yán)重，檢泵周期短。 螺桿泵采油的應(yīng)用現(xiàn)狀從20世紀(jì)80年代中期開始，我國引進(jìn)應(yīng)用螺桿泵并取得成功，特別是2000年以來，隨著技術(shù)水平的不斷創(chuàng)新、各種新材料的應(yīng)用以及配套技術(shù)的完善，螺桿泵采油技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用規(guī)模不斷擴(kuò)大，目前，國內(nèi)油井應(yīng)用螺桿泵規(guī)模已達(dá)到3000多口，其中以大慶油田應(yīng)用最為廣泛，已達(dá)2000口左右應(yīng)用規(guī)模。目前，大慶油田地面驅(qū)動桿式螺桿泵采油技術(shù)已基本成熟配套，成為繼游梁式抽油機(jī)和電潛泵之后的主力人工舉升方式，而且在聚合物驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)和稠油油井上表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性。 水力活塞泵水力活塞泵，是一種液壓傳動的無桿抽油設(shè)備，由地面動力泵通過油管將動力液送到井下驅(qū)動油缸和換向閥，從而帶動抽油泵抽油工作的人工舉升采油設(shè)備。 水力活塞泵系統(tǒng)組成及工作原理水力活塞泵系統(tǒng)主要由井下、地面和中間部分組成。井下部分是水力活塞泵的主要機(jī)組，起著抽油的主要作用，主要由液動機(jī)、水力活塞泵和滑閥控制機(jī)構(gòu)三個(gè)部件組成；地面部分起著供給和處理動力液的作用，主要由地面動力泵、各種控制閥及動力液處理設(shè)備等組成；中間部分，是中心動力油管以及供原油和工作過的乏動力液一起返回到地面的專門通道。工作時(shí)，動力液過濾后，經(jīng)動力泵加壓再經(jīng)排出管線及井口四通閥，沿中心油管，送入井下驅(qū)動井下機(jī)組中的往復(fù)式液動機(jī)工作。液動機(jī)，通過活塞帶動抽油泵的柱塞，做往復(fù)運(yùn)動從而使泵不斷地抽取原油。經(jīng)液動機(jī)工作后的乏動力液和抽取的原油一起，通過油管環(huán)形空間排回地面，再通過井口四通閥流入油氣分離器進(jìn)行油氣分離，分離出的氣體排走，油則流回儲罐。一部分油送到集油站，另一部分油濾清后再進(jìn)入地面動力泵作動力液使用。 水力活塞泵采油的優(yōu)點(diǎn)(1)排量范圍大，而且下泵深度不受限制，在大排量生產(chǎn)時(shí)，提液成本相對較低，因此，可應(yīng)用于高產(chǎn)井、