采油机械课件—自喷采油和气举采油

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**井口安全截断系统
项目简介
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石油、天然气的采气、集输是天然气开采过程中的一个重要环节。由于 天然气中含有水分、硫化氢、二氧化碳等成分，在采气到集输过程中，只要 有一个环节引起故障或失控，均可酿成重大事故。
在天然气采气及集输过程中，除采气工艺参数的自动控制外，设备及井 口在生产过程中出现意外的自动保护系统也是采气集输中的一个重要环节。
图 采气井口装置
釆气树和采油树结构相似，但 考虑到天然气的特点，对采气树要 求更为严格：
1)所有部件均采用法兰连接； 2)套管闸阀和总闸阀均成对配 置，其中一个为备用； 3)节流器采用针形阀，而不是 固定孔径的油嘴； 4)全部部件均经抗硫化氢处理。
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10-压力表缓冲器 9-截止阀
8-四通 7-节流器（针阀） 6-法兰接头 4-闸阀，5-上法兰
井筒内只下油管柱，简称光油管，管鞋一般下至产层中部。油气是沿油 管被升举到井口，所以该管柱常被称为自喷管柱。
油管是采油工业专用的高压无缝钢管，分平式和外加厚两种。自喷管柱 常用2 1/2in平式，外径为73mm，内径为62mm。
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3、四种流动过程
原油从油层流到计量站，一般要经过四种 流动过程： （1）原油沿油层流入井底； （2）从井底沿井筒流到井口； （3）通过油嘴； （4）沿地面管道流至计量站。
器，用来回收和下入柱塞。
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时间周期控制器 气动薄膜阀
至分离器 补充气管线
图 柱塞气举装置
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3、气举井下装置
1）井下注气管柱 分单管注气管柱和多管注气管柱。 A、单管注气管柱
开式管柱：底部敞开，没有 封隔器和单流阀，用于不能 使用封隔器的井中。
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半闭式管柱：下面有封隔器， 但没有单流阀，封隔器的作 用是防止地层液体进入封隔 器以上注气部位，主要用于 连续气举。
21-主油层
22-油层套管水泥环
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油田上的生产井，按其生产方式的不同，分为自喷采油和机械采油两大类 型。
如果油层具有足够的能量，不仅能将原油从油层内驱入井底，而且还能够 将其由井底连续不断地举升到地面上来。这样的生产井，我们称它为自喷井。 用这种自喷的方式进行采油，称其为自喷采油。
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1、自喷管柱
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闭式管柱：下部有封 隔器和单流阀，可防 止注气进入地层，主 要用于间歇气举
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B、双管注气管柱 多管注气：可同时进行多层开采，下部为一单管封隔器，上部为一双管封隔器。
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（2) 气举阀
气举阀是气举采油系统的关键部件，主要是用启动注气压力，把井内 液面降至注气点的深度，并在此深度上以正常工作所需的注气压力按预期 的产量进行生产。
油管四通下连总闸门、上连清蜡(测井)闸门，安装在油管四通两侧的井口 闸门称生产闸门。在一侧生产闸门连接有节流器(嘴子套)，节流器内装有可更 换的油嘴。
节流器和油井出油管线连接。 工厂制造的井口装置时将油管头、采油树及套管头法兰装配成一个整体。 常将这种成套的自喷井口装置简称为采油树。
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采气树
采气树典型结构见图。
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B、插入式单封隔器腔室气举
井下安装有专用的腔室气举工作阀、排泄 阀及集液腔室。
这种装置通常可用来代替双封隔器腔室气 举装置用于裸眼完井或长射孔井段的油井，以 确保最大限度地利用现有的井底压力。
但插入式单封隔器装置的尺寸较小，这样 就影响了它的使用效率。
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防喷管
（4）柱塞气举
柱塞气举是一种特殊类型的间歇气举
（1）气举井井下设备的一次性投资低，尤其是深井，一般都低于其它机械
采油方式的投资。
（2）能延长油田开采期限，增加油井产量。
（3）气举采油的深度和排量变化的灵活性大，举升深度可以从井口到接近 井底，日产量可从1m3以下到3000m3以上。
（4）大多数气举装置不受开采液体中腐蚀性物质和高温的影响。
（5）井下无摩擦件，故适宜于含砂含蜡和高含水(95％)的井。
图 间歇气举举升过程
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(3) 腔式气举
是一种闭式气举、间歇气举。 实行腔室气举时，注入气进入腔室后位于 被举升液体之上，在注入气进入油管前液体段 塞的速度就已经达到或接近举升速度，从而可 以减少注入气的窜流，也就是减少了注入损失。 大多数腔室气举装置可分为双封隔器及插 入式单封隔器两类。主要用于井底压力低，采 油指数高的油井。
(2) 气体压缩机站增加了投资，基本建设费用高。 (3) 采用中心集中供气的气举系统不宜在大井距的井网中使用。但目前已 有不少油层连通性较好的油田，釆用把气顶作为气源，气举后再通过注入井把 气注回到气顶，解决了这个问题。 (4) 使用腐蚀性气体气举时，需增加气体的处理费用和防腐措施费用。 (5) 连续气举是在高压下工作，安全性较差；在注气压力下，含水气体易 在地面管线和套管中形成水合物，影响气举的正常工作。 (6) 套管损坏了的高产井不宜采用气举。 (7) 乳化液和粘稠液难以气举，因此不适合用于原油含蜡高和粘度高的结 蜡井和稠油井。 (8) 单独用于小油田和单井的效果较差。
采油（气）树及油管接头主要用于控制生产井口的压力和调节油（气） 流量；也可用于酸化压裂、注水、测试等特殊作业。
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最常用的是KYS25／65DQ型自喷井口装置。 工作压力：25MPa， 联接型式：井口闸门以卡箍型式联接 通径：65mm 适用5 3/4in油层套管。
图 卡箍式采油树 采油树主要由油管四通(小四通)、四个井口闸阀和节流器组成。
自喷采油和气举采油
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一、自喷采油
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采油树
采油树是指自喷井口装置的地上部分，它用法兰盘坐于油管头之上。 采油树用于控制和调节升举到井口的油气流向，与大四通配合形成修井液 和压井液的正、反循环及进行测井作业以及关闭井口。
15-压力表 16-弯头
17-压力表截止阀；18-接头
19-名牌
14-小四通；
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2．气举方式
根据补充能量是否连续进行，将气举井分为连续气举和间歇气举两种。
（１）连续流动气举
气体连续地通过油、套环形空 间注入，经过安装在最深部的气举 阀进入油管，使来自油层内的流体 混气。注入气加上地层气使进入油 管柱内的总气量增加，降低了注气 点以上的混合物密度，使流体被连 续升举到地面。
13-节流器
采油树示意图
9-钢圈；10-油管头上法兰；11-螺母；12-双头螺栓；
6-钢圈；7-卡箍；8-闸阀 5-卡箍短节
3-套管法兰头；4-锥座式油管头；
1-螺母；2-双h头螺栓；
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采油树是阀门和配件的组成总成，用于油气井的流体控制，并为生产油 管柱提供入口。它包括油管头上法兰上的所有装备。可以应用采油树总成进 行多种不同的组合，以满足任何一种特殊用途的需要。
四种流动过程各自遵循不同的规律: •沿油层流动为渗流； •沿井筒的流动为垂直多相或单相管流； •通过油嘴的流动为嘴流； •沿地面管道的流动一般为多相水平管流。
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4、自喷能量的消耗
自喷生产时，原油的流动主要是受地层渗流阻力、井筒液柱重力和原油 与井筒管壁的摩擦阻力等因素的影响。
(1) 原油在地层中流动时，主要能量消耗是流体克服在多孔介质—岩石中 的渗流阻力。
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A、双封隔器腔室气举
进行气举时： a. 地面控制器和腔室阀打开。 b. 井液通过打开的固定阀和带眼短节进入腔室。 c. 此时排泄孔打开，使分离的溶解气能从靠近 腔室顶部位置进入油管，避免低压气被压缩在腔室 顶部而阻碍井液进入。 d. 从地面注入的气体在井下打开工作阀，从腔 室内聚集的液体上部进入，并压缩腔室内的液体段 塞进入油管柱内，最后将液体段塞举升到地面。 这种气举装置能确保集液容积大，同时对地层 作用的回压最小。
单井现场安装结构示意图单井现场安装结构示意图控制箱plc分离器测温测压套井口压力变送器火焰检测器入管网温度变送器节流压力变送器低压点采气井口气缸至气缸气源井口切断阀hyznaq7065井场地面安全系统220v交流电源电磁阀控制线路空气压缩机高压点自控中心对系统进行控制plc通过通信模块传递实时数据太阳能电源24v控制中心scada集输站应用案例集输站应用案例无人值守单井集输站应用案例无人值守单井集输站应用案例气举采油站气举采油工艺过程是通过向井筒内注入高压气体的方法来降低井内注气点至地面的液柱密度以减小地层与井底的压差使油气继续流出并举升到地面
气举是在油井停喷后恢复生产的一种机械采油方法，亦可作为自喷生产的能 量补充方法——帮助实现自喷。
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典型气举系统如图所示。 气举工艺所需设备：除地面管汇及
一般的流量、压力计量和监控的仪表外， 主要是地面的压缩机站和井中的气举阀。
图 气举系统示意图
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1．气举采油的优点和局限性
气举采油的优点：
连续气举机理类似于自喷井。
图 连续气举装置示意图
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（２）间歇气举
周期性气举，即注入一定时间的气体后停止注气，液体段塞被升举，并快速 排出；同时地层油聚集在井底油管中，随后又开始注气，如此反复循环进行。
间歇气举的注气时间和注气量一般 由时钟驱动机构或电子驱动进行控制。
间歇气举井的生产是不连续的。 连续气举适用于产液指数和井底压 力高的中高产量井。 间歇气举适用于井底压力低、产液 指数较高的油井。 连续气举井在油层供液能力下降、 井底液量聚集太慢时，常会转为间歇气 举。
1-底法兰，2-钢圈， 3-油管头
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图 自喷井 采油装置
10-压力表 6-短接；7-油嘴套和井口油嘴
8-由壬；9-放空阀 3-四通；4-大小头；5-阀门； 1-套管短接；2-套管头座；
11-导管；12-表层管水泥环； 13-表层套管；14-技术套管；15-油层套管 16-油管； 17-高压气层； 18-高压水层 19-易坍塌地层 20-技术套管水泥环
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单井现场安装结构示意图
火焰检测器 井口压力变送器
(高 压 点 ）
采气井口
H YZN -AQ -70/65井 场 地 面 安 全 系 统
控制箱 PLC
自控中心对系统进行控制 PLC通 过 通 信 模 块 传 递 实 时 数 据
控制中心 SCADA
节流压力变送器（低压点） 电磁阀控制线路
气缸
220V 交流电源
（6）易于在斜井、定向井、丛式井和井筒弯曲的井中使用，尤其适合于气 油比高的井。
（7）维持生产的费用大大地低于其它类型机械采油方式，在深井中更为明
显。
（8）产量可以在地面控制；气举的主要设备(压缩机组)装在地面，容易检
查修理和维护。
（9）占地少，适合于居民区和海上油田。
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气举局限性：
(1) 必须有充足的气源。虽然可以使用氮气或废气，但与使用当地产的天 然气相比成本高，且制备和处理困难。
三通
手动捕捉器 总阀门
双针压力记录仪
方式，是靠柱塞推动上部的液柱向上运动，
压力表
防止气体的窜流和减少液体的回落，提高
气体举升效率。 柱塞气举管柱的最下端为油管卡定器，
上部为缓冲弹簧，用来缓解柱塞下行的冲 击力，再上部为柱塞。
柱塞气举井井口有防喷管和手动捕捉
液体段塞
刷式柱塞 套管 油管 举升气体
缓冲弹簧 油管卡定器
(2) 原油在井筒中流动时，主要是克服井筒内液柱重力和原油与井筒管壁 的摩擦阻力。
液柱重力受原油密度、含水量、溶解气和浮力等影响。 原油与井筒管壁的摩擦阻力主要与流体粘度大小有关。 (3) 原油通过油嘴时要消耗一定的能量。 (4) 在多相水平管流过程中主要的能量消耗是：流体通过各种管线时产生 的局部水力损失和沿管线流动的沿程水力损失等。
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系统功能与原理说明：具有完 善的监测及执行能力，正常情况下， 系统可实时对多路压力、多路温度、 气体浓度、火警信号、流量信息、 阀位信息、阀位调节、控制等工艺 信息进行现场及远程监测、记录、 计算和判断。并根据监测到的信息 由现场ＰＬＣ或控制器进行控制， 同时，通过现场总线直接传送到中 央控制站，可有效地确保油气输送 及开采过程的安全。
采油树按不同的作用又分采油（自喷、人工举升）、采气（天然气和各 种酸性气体）、注水、热采、压裂、酸化等专用井口装置。并根据使用压力 等级不同而形成系列。
采气树及油管头主要用于采气和注气。由于天然气气体相对密度低，气 注压力低，不论采气或注气井口压力都高，流速高，同时易渗漏，有时天然 气中会有H2S、CO2等腐蚀性介质，因而对采起树的密封性及其材质要有更严 格的要求。有时为了安全起见，油、套管均采用双阀门，对于一些高压超高 压气井的阀门采用优质钢材整体锻造而成。
只有充分利用现在的自动控制及安全保障系统结合在一起，由ＰＬＣ集 中控制，在出现故障时，各施其职，有效的保护现场及井口设备。
我校研制的井口安全截断保护装置可配合电动截断阀、电动调节阀等执 行设备来集中控制集输工艺，即具有现场参数检测，又可对现场工艺路线控 制、井口安全保障等功能于一体，对采气工艺具有重要作用。
温度变送器
太 阳 能 电 源 24V
至气缸气源
空气压缩机
入管网
测温测压套 井口切断阀
水套炉
分离器
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集输站应用案例
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无人值守单井-集输站应用案例
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二、气举采油
气举采油站
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气举采油工艺过程是通过向井筒内注入高压气体的方法来降低井内注气点至 地面的液柱密度，以减小地层与井底的压差，使油气继续流出，并举升到地面。