油田开发技术注水开发课件

站内注水泵
出口阀
单流阀
洗井池
站内注水工艺流程
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二、注水工艺
（二）站外注水
通过单井水平注水增压泵将联合站喂水泵提供的水，增压后，通 过井口采油树注入井底。
联合站出口阀
喂水泵
来水阀
水平注水泵
出口阀
单流阀
站外注水工艺流程图
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（三）井下管柱
井下管柱如右图所示： 下封隔器的注水井: DH1-4-5、 DH1-8-6
注水的作用： 补充地层能量 提高驱油效率 稳定油井生产能力
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一、注水的作用
污水处理 污水 油水分离
原油
注水站
站
装置
油管 套管 储层
注水井
采油井
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二、注水工艺
（一）站内注水
联合站高压注水泵来水经过井场注水井采油树注入地下补充能量， 当需要卸压进行操作时，通过采油树及地面管线将液排放至洗井。
Hg
Pa P1
g
u12 2g
H
f
01
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2、离心泵的允许吸上真空度
HS ' Pa p1 / g
——离心泵的允许吸上真空度 定义式
注意：HS’ 单位是压强的单位，通常以m液柱来表示。在
水泵的性能表里一般把它的单位写成m（实际上应为mH2O）
。将
HS '
Pa
p1 /
g
代入
Hg
Pa P1
为了使启动前泵内充满液体，在吸入管道底部装一止逆 阀。此外，在离心泵的出口管路上也装一调节阀，用于开 停车和调节流量。
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2、基本部件和构造 1）叶轮 a)叶轮的作用
将电动机的机械能传给液体,使液体的动能有所提高。 b)叶轮的分类
闭式叶轮 叶片的内侧带有前后盖板，适于输送干 净流体，效率较高。
Pb
g
ub2 2g
H
Z
Pc
g
uc2 2g
(hf
)bc
H
Z
Pc Pb
g
uc2 ub2 2g
(hf
)bc
H Z (Pc Pb ) / g
离心泵的压头又称扬程。必须注意，扬程并不等于升举高
度△Z，升举高度只是扬程的一部分。
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3）离心泵的效率
离心泵输送液体时，通过电机的叶轮将电机的能量传给液 体。在这个过程中，不可避免的会有能量损失，也就是说泵 轴转动所做的功不能全部都为液体所获得，通常用效率η来 反映能量损失。这些能量损失包括： •容积损失 •水力损失 •机械损失 泵的效率反应了这三项能量损失的总和，又称为总效率。 与泵的大小、类型、制造精密程度和所输送液体的性质有关
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由弹簧的弹力互相贴紧而作相对运动，
起到密封作用。
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三．离心泵的主要性能参数与特性曲线
1、离心泵的性能参数
1）离心泵的流量
指离心泵在单位时间里排到管路系统的液体体积， 一般用Q表示，单位为m3/h。又称为泵的送液能力 。
g
u12 2g
H f 01
得
Hg
Hale Waihona Puke HS'u12 2g
H
f
0 1
——允许吸上高度的计算式
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1）H～Q曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的压 头普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例外） 2）N～Q曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵的 轴功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。
离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保 护电机。 3）η～Q曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量的 增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增 大，效率便下降。
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4）轴功率及有效功率
轴功率：电机输入离心泵的功率,用N表示，单位为J/S,W或kW 有效功率：排送到管道的液体从叶轮获得的功率，用Ne表示
轴功率和有效功率之间的关系为 ： N Ne /
有效功率可表达为
Ne QHg
轴功率可直接利用效率计算
N QHg /
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2、离心泵的特性曲线
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三、注水影响因素
（二）与注水水质有关的因素
1、注入水与设备和管线的腐蚀产物，造成堵塞。
这主要是指铁的沉淀物。如：氢氧化铁及硫化亚铁FeS等。
2、注入水中微生物，除了自身堵塞作用外，其代谢产物也会 造成堵塞。
这些微生物一般是细菌。如硫酸盐还原菌，铁菌等。
3、注入水中所带的细小泥砂等杂质堵塞地层。
2）离心泵的压头
泵对单位重量的液体所提供的有效能量，以H表示， 单位为m。又称为泵的扬程。
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离心泵的压头取决于： ▪ 泵的结构（叶轮的直径、叶片的弯曲情况等） ▪ 转速 n ▪ 流量 Q，
如何确定转速一定时， 泵的压头与流量之间 的关系呢？
实验测定
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H的计算可根据b、c两截面间的柏努利方程：
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2-1-1离心泵
一．离心泵的操作原理、构造与类型 1、操作原理
• 由若干个弯曲的叶 片组成的叶轮置于 具有蜗壳通道的泵 壳之内。
• 叶轮紧固于泵轴上 泵轴与电机相连， 可由电机带动旋转。
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• 吸入口位于泵壳中央与吸入管路相连，并在吸入管底部装 一止逆阀。
• 泵壳的侧边为排出口，与排出管路相连，装有调节阀。 离心泵的工作过程： • 开泵前，先在泵内灌满要输送的液体。 • 开泵后，泵轴带动叶轮一起高速旋转产生离心力。液体在
2、离心泵的允许吸上高度
离心泵的允许吸上高度又称为允许安装高度，指泵的吸
入口与吸入贮槽液面间可允许达到的最大垂直距离，以Hg
表示。
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贮槽液面0-0’与入口处1-1’ 两截面间列柏努利方程
Hg
P0 P1
g
u12 2g
H
f
01
若贮槽上方与大气相通，则
P0即为大气压强Pa
离心泵的H、η 、 N都与离心泵的Q有关，它们之间的
关系由确定离心泵压头的实验来测定，实验测出的一组关 系曲线：
H～Q 、η～Q 、 N～Q
——离心泵的特性曲线 注意：特性曲线随转速而变。 各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基 本相似，具有共同的特点
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（一）倒流程
四、注水井基本操作
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流体输送机械：向流体作功以提高流体机械能的装置。 • 输送液体的机械通称为泵；
例如：离心泵、往复泵、旋转泵和漩涡泵。 • 输送气体的机械按不同的工况分别称为:
通风机、鼓风机、压缩机和真空泵。 本章的目的：
结合化工生产的特点，讨论各种流体输送机械的操作原 理、基本构造与性能，合理地选择其类型、决定规格、计 算功率消耗、正确安排在管路系统中的位置等
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四、离心泵性能的改变
1、液体性质的影响
1）液体密度的影响
离心泵的流量 QT 2r2b2c2 sin 与液体密度无关。
离心泵的压头 H u2c2 cos2 / g 与液体的密度无关
H～Q曲线不因输送的液体的密度不同而变 。 泵的效率η不随输送液体的密度而变。 N QHg /
动力水
井口采油树
4、笼统注水： •不分层段 •相同的井底压力下注水方式； 5、分层注水： •不同性质的油层 •不同型号的配水器 •分层定量注水的注水方式；
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套管
油管 油层 油层 丝堵
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三、注水影响因素
（一）与井下作业及管理操作等有关的因素
1、进行作业时，用泥浆压井使泥浆浸入注水层造成堵塞； 2、由于酸化或操作不当而破坏地层岩石结构，造成砂堵； 3、井筒不清洁，井内的污物随注入水进入地层造成堵塞。
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2）泵壳 A. 泵壳的作用 • 汇集液体，作导出液体的通道； • 使液体的能量发生转换，一部分动能转变为静压能。 B. 导叶轮
为了减少液体直接进入蜗壳时的碰撞，在叶轮与泵壳之间 有时还装有一个固定不动的带有叶片的圆盘，称为导叶 轮。导叶轮上的叶片的弯曲方向与叶轮上叶片的弯曲方 向相反，其弯曲角度正好与液体从叶轮流出的方向相适 应，引导液体在泵壳的通道内平缓的改变方向，使能量 损失减小，使动能向静压能的转换更为有效。
根据结构 开式叶轮 没有前后盖板，适合输送含有固体颗粒 的液体悬浮物。
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半闭式叶轮只有后盖板，可用于输送浆料或含固体 悬浮物的液体，效率较低。
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按吸液方式
单吸式叶轮 液体只能从叶轮一侧被吸入，结 构简单。
双吸式叶轮 相当于两个没有盖板的单吸式叶 轮背靠背并在了一起，可以从两 侧吸入液体，具有较大的吸液能 力，而且可以较好的消除轴向推 力。
4、注入水中含有在油层内可能产生沉淀的不稳定的盐类。
如：注入水中所溶解的重碳酸盐，在注水过程中由于温度和压力 的变化，可能在油层中生成碳酸盐沉淀。
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三、注水影响因素
（三）组成油层的粘土矿物遇水后发生膨胀。 （四）地层自身因素，粒径中值大于地层岩石孔喉半径。 （五）注水井地层压力上升。
离心泵的轴功率与输送液体密度有关 。
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2）粘度的影响 当输送的液体粘度大于常温清水的粘度时，
•泵的压头减小 •泵的流量减小 •泵的效率下降 •泵的轴功率增大 •泵的特性曲线发生改变，选泵时应根据原特性曲线进行修正 当液体的运动粘度小于20cst（厘池）时，如汽油、柴油、煤 油等粘度的影响可不进行修正。
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2、转速对离心泵特性的影响
当液体的粘度不大且泵的效率不变时，泵的流量、压头、
轴功率与转速的近似关系可表示为：
Q' n' Qn
H ' (n')2 Hn
N ' (n')3 Nn
3、叶轮直径的影响
——比例定律
1）属于同一系列而尺寸不同的泵，叶轮几何形状完全相
似，b2/D2保持不变，当泵的效率不变时，
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2）某一尺寸的叶轮外周经过切削而使D2变小，b2/D2变大 若切削使直径D2减小的幅度在20%以内，效率可视为不 变，并且切削前、后叶轮出口的截面积也可认为大致
相等, 此时有：
Q' D2 ' Q D2
H ' ( D2 ')2 H D2
N ' ( D2 ')3 N D2
---------切割定律
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五、离心泵的气蚀现象与允许吸上高度
1、气蚀现象
气蚀产生的条件 叶片入口附近K 处的压强PK等于 或小于输送温度 下液体的饱和蒸 气压
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气蚀产生的后果：
• 气蚀发生时产生噪音和震动，叶轮局部在巨大冲击的反 复作用下，表面出现斑痕及裂纹，甚至呈海棉状逐渐脱落 • 液体流量明显下降，同时压头、效率也大幅度降低，严 重时会输不出液体。
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二、注水工艺
动力水
井口采油树
封隔器
套管 油管
油层 丝堵
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（四）注水方法
二、注水工艺
动力水
井口采油树
1、正注：从油管向井内注水； 2、反注：从油套环形空间向井内 注水； 3、合注，从油管和油套管环形空 间同时向井内注水；
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套管 油管
油层 丝堵
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（四）注水方法
二、注水工艺
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3）轴封装置
A 轴封的作用
为了防止高压液体从泵壳内沿轴的四周而漏出，或者外界
空气漏入泵壳内。
B 轴封的分类 填料密封：主要由填料函壳、软填料和填料压盖组
轴封装置
成，普通离心泵采用这种密封。
机械密封：主要由装在泵轴上随之转动的动环和固 端面密封 定于泵壳上的静环组成，两个环形端面
离心泵之所以能输送液体，主要是依靠高速旋转叶轮所 产生的离心力，因此称为离心泵。
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气缚
离心泵启动时，如果泵壳内存在空气，由于空气的密度远 小于液体的密度，叶轮旋转所产生的离心力很小，叶轮中心 处产生的低压不足以造成吸上液体所需要的真空度，这样， 离心泵就无法工作，这种现象称作“气缚”。
此作用下，从叶轮中心被抛向叶轮外周，压力增高，并以 很高的速度（15-25 m/s）流入泵壳。
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• 在蜗形泵壳中由于流道的不断扩大，液体的流速减慢，使 大部分动能转化为压力能。最后液体以较高的静压强从排 出口流入排出管道。 • 泵内的液体被抛出后，叶轮的中心形成了真空，在液面压 强（大气压）与泵内压力（负压）的压差作用下，液体便 经吸入管路进入泵内，填补了被排除液体的位置。
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离心泵在一定转速下有一最高效率点。离心泵在与最高 效率点相对应的流量及压头下工作最为经济。
与最高效率点所对应的Q、H、N值称为最佳工况参数。
离心泵的铭牌上标明的就是指该泵在运行时最高效率点的 状态参数。
注意：在选用离心泵时，应使离心泵在该点附近工作。 一般要求操作时的效率应不低于最高效率的92%。