第六章 采油方法

要想实现气举，需大功率的压缩机来保证气 举的启动。但正常生产时不需要这么大的功率， 造成浪费，增加了设备的成本。

为实现气举，同时降低成本，必须减小Pe， 有效的方法是安装气举凡尔。
七、间歇气举
间歇气举成本低、灵活性好， 常用于低压地层、中低产量井。
常规间歇气举它是连续气举的一种变型。
流体的举升可分为四个阶段：
P
Pwf

生产压差最大,所对应的
产量是极限最大产量。
q
qmax
水平井单相流动示意图
3、油气两相渗流的流入动态
随着原油不断采出，Pr ,Sg , Ko 在不同的开采时期，地层中含气饱和度不同，
采油指数不同。IPR曲线不是平行后退，而是随地
层压力变化，呈外凸的曲线。
Pwf
Pwf
q
q
溶解气驱，不同时期IPR曲线不平行 弹性驱IPR曲线平行后退
第六章 采油方法 （Oil Production）
原油怎样从地层采至地面？ 自喷采油(Natural Flow) 气举采油(Gas Lift) 有杆泵抽采油(Pumping) 无杆泵抽采油(Rodless Pump) 机械采油方法
连续气举 气 举 （补充气体膨胀能） 间歇气举 （ 人机 工械 举采 升油 ） 常规有杆泵
H
Pt
PB
Pc
的剩余能量,又是
通过油嘴的动力.
L
回压(PB):油嘴后剩余压力,
又是地面管线流动的动力。
P B PB PB
V V V
PB/Pt (PB/Pt)c (PB/Pt)(PB/Pt)c
2、流量与油嘴前后压力比的关系 当Pt=PB时，V=0，即PB/Pt=1时，q=0 q ab段：PB/Pt q b b点,当PB/Pt=C时,q最大; c bc段：PB/Pt q=C 达到最大流量时的压力比 a (PB/Pt)c 称为临界压力比。 (P /P )c 1 PB/Pt (PB/Pt)c这一点叫临界点,这点的流动叫临界 流动。这时的流动速度为声速。
低，摩阻小，密度比纯液流低，但滑脱
损失较大,压降分布曲线呈上凹型。
段塞流： 随混气液上升,压力下降,小气泡膨胀成
大气泡。当气泡断面几乎与油管直径相当时, 井筒内形成一段气，一段液的流动结构。气 段外有液膜。液相仍是连续相，气相是分散 相。气体体积流量较泡流大,摩阻较泡流大, 密度较小,滑脱较小。气段膨胀时顶着液段上 升,举油效果好,总的压力损失最小。
利用抽油杆传递能量
（ 补 泵充 机 举械 能 ） 地面驱动螺杆泵 电动潜油离心泵 利用电缆传递电能 电动潜油螺杆泵 水力活塞泵 利用液体传递能量 射流泵 涡轮泵等
第一节 自喷采油
•自喷采油法：完全依靠流 体自身的能量将原油采出地 面的方法叫自喷采油法，这 样的生产井叫自喷井。 •优点：不需要补充能量， 设备简单，操作方便,投资 少,尽管自喷井数少，但产 量很高。经济效益高。
液体的体积流量qL
随流体上升，压力低于P b 以后，气体 析出，q L 略有下降，与q G 的增加相比基本 不变。
总混气液的体积流量: qm=qL+qG
混气液流速的变化与qm的变化一致。
混气液密度随流体上升而下降。
压降梯度随位臵变化,不是常数,
压力分布曲线不是直线。
Pt P
H
2、混气液密度
由于油气密度不同，在垂直管中气体比液体 上升快的现象称为滑脱现象。两相的速度差叫气 体的滑脱速度。 密度所引起的压力变化是油 气流动时不可避免的压力损耗,叫 有效损耗。 滑脱引起的密度增量所引起 的压力变化叫滑脱损失。
q PI pr pwf


衡量产能: 采油指数
例： A井 100吨/天 A井 110吨/天 如果 若 B井 80吨/天 B井 120吨/天
Pwf ，则P， qA ，qB qB qA ，则B井产能大。
采油指数：油井日产量与生产压差的比值。
它表示单位生产压差下油井的日产量, 用以衡量油井的生产能力。
生产数据才能作IPR曲线，或已知两个稳
定生产点的数据，可作出IPR曲线。
利用Vogel方程作IPR曲线误差早期5%，
晚期20%，且绝对误差较小。
二、垂直管流
1、多相垂直管流参数变化规律
Pt ＞ Pb， 单相垂直管流
Pwf＞Pb ＞ Pt ，多相垂直管流
气体体积流量qG
从压力等于Pb点起出现小气泡，越往上 流，压力越低，气体体积膨胀，新气体析 出，qG不断增加。
二、气源
1、要求
(1)具有足够的压力，
(2)必须不含氧气。
2、来源
(1)高压天然气。 (2)低压天然气，经压缩机加压注入。
三、气举系统构成
1、压缩站；
2、地面配气站；
3、单井生产系统； 4、地面生产系统。 重点：单井生产系统。 地面生产系统与其他举升方式基本相同。
四、气举装置类型
1、开式气举装置：无封隔器 地面注气压力波动会引起油套环空 液面升降,每次关井后,必须重新卸载。 2、半闭式气举装置：单封隔器完井 注入气不能从油管底部进入油管。 且油井一旦卸载，流体就无法回到油套 环空。适用于连续气举和间歇气举。
(1)无因次IPR曲线
无因次坐标系： 横坐标：不同流压下的产量与最大产量比值 纵坐标：流压与地层压力的比值，无因次。 当qo=0 当Pwf=0 Pwf=Pr qo=qomax Pwf/ Pr =1 qo/qomax=1
Pwf / Pr
1
在不同条件下， IPR曲线不同，但无因 次IPR曲线基本重合， 可近似地用一条无因次 IPR曲线来代替。 0 1
若：Pe Pc ，则气举无法实现。
Pc—压缩机的额定输出压力。
P Pe
Po
t
当地层K大，被挤压的液面下降 很缓慢时，环空中的液体部分被地 层吸收。极端情况，全部吸收。环 空液面到达管鞋时，油管液柱几乎 没有升高，此时，启动压力由沉没 度决定。

若Pe大于压缩机的额定输出压力，该压缩机 就无法把环空中的液体压入油管内，气体不能进 入油管，就不能实现气举。
描绘q=f(Pwf)的曲线叫流入
P
Pwf
q
动态关系曲线(IPR 曲线)。
③ 曲线的特征
a.夹角的正切就是采油指数,夹角越大,采油指数
越大,生产能力越强;反之,夹角越小,J越小,生产能
力越弱。曲线很直观地反映油井的产能。
b.当井底压力为 Pr 时,生产压差为零,油井产量为
零.即:产量为零的点,所对应的压力即地层压力。 c.当井底压力为零时,
•自喷井的井口装置
井口实况
油嘴
井筒 地层
•油井自喷的条件
gH—井内静液柱压力 Pfr—摩擦阻力 Pt—油压
一、油井流入动态 1、采油指数
垂直井单相油流产量公式
2K o h pr p wf q re o Bo (ln S) rw


( 6-1 )
Pw
2K o h q PI re pr pwf o Bo (ln S ) rw
3、垂直管气液两相管流的流型
纯液流: 从井底到井筒压力等于Pb的
点之间。无气相,管内流动的是均质液
体，叫纯液流，流体密度最大，压力 梯度最大,压力分布曲线为直线。
泡
流： 管内从压力等于Pb 起，有天然气析
出，呈现泡状,分散在液相中。随着油流 上升，压力下降, 气泡渐渐膨胀，液相 是连续相，气相是分散相。这时气体的 体积流量仍较小。总流量不大，流速较
第三节 有杆泵采油
机械采油方法（90%）
生产井
自喷采油方法（10%） 机械采油方法
气举 （10%）
深井泵 有杆泵（80%）
无杆泵（10%）
泵抽法是应用最广的一种采油方法。它是 利用结构特殊的井下泵将原油举升到地面的采 油方法。用深井泵采油的井叫抽油井。
有杆泵一般是指利用 抽油杆上下往复运动所驱
喷出前，Pwf Ps ； 喷后，使油管内ρm越来越低，油管鞋 压力急剧降低，井底压力及压风机压力随 之急剧下降。 当 Pwf Ps 时，地层开始产油，并使 油管内ρm稍有增加，致使压风机压力复而 上升。最后，液面在管鞋处达到动态平衡， 这时压风机的压力称为工作压力Po。
3、启动时压风机压力变化曲线
环流(过渡流)：气体体积膨胀，气段增长,
液段被突破,气段与上部气段相连形成中心
是气、外环为液膜的流态。液体靠中心气
流的摩擦携带作用向上运移。气相、液相
均为连续相。这时体积流量较大,密度小。
压降以重力为主过渡为以摩阻为主。总压
降比段塞流大，压降曲线呈上凸型。
雾流：
气体体积流量越来越大,管壁的
油膜越来越少,液相主要以雾状分散到
气动平衡。
CYJQ14-5-73HQ气动平衡游梁式抽油机
其它结构型式:
变形游梁式抽油机: 如:双驴头式
旋转Leabharlann Baidu头式
大轮驴头式 大轮式 斜直井游梁式 目的：
增 大冲程 、节能 及
改 善抽油 机的结 构 特性和受力状态。
YCYJ10-5-37HB特形双驴头游梁式抽油机
CYJYR3-2.1-9HF旋转驴头游梁式抽油机
图6-12
3、闭式气举装置
单封隔器及单流阀完井 与半闭式装臵类似，并在油 管柱底端装有固定单流阀。避免 了开式装臵的弊端，使高压气体
和井筒液体不能进入地层。
五、气举的启动压力和工作压力 1、气举前状态
油井停喷时,油管和环空液面处于同一位臵。
2、气举过程
向环空注入压缩气时，环空液面被挤压 向下，油管中的液面则上升。当环空液面下 降到管鞋时，压风机达到最大压力，称为启 动压力Pe。压缩气进入油管后，使油管内原 油充气，液面不断上升，直至喷出地面。
CYJX5-3-26HB斜井游梁式抽油机
无游梁抽油机
(特别超长冲程抽油机)
如:链条式 增距式 宽带式等 主要特点： 多为长冲程和慢冲次 目的:扩大有杆泵的 适用范围,适应深井 和稠油的特殊需要。
无游梁式抽油机
链传式抽油机
KCJ5-3.6-7HZ宽皮带式抽油机
增距式抽油机
2、抽油泵
有杆泵采油的井下设备
第二节 气举采油
自喷后期地层能量下降，所提供的压 力小于举升时要消耗的压力，油井停喷。 当油井自喷能力减弱时，向井中注入 高压气体，降低井中油流密度，使油喷出 地面。这种生产方法叫气举采油法。 连续气举 有两种方法 间歇气举 采取何种方法取决于井的生产特征。
一、特点
优点：井口、井下设备简单，气举不受 套管尺寸限制，生产灵活，管理 比较方便。适用范围广，尤其适 用于海上采油、深井、斜井、含 腐蚀性气体或含砂多、不适于泵 抽的油井。 缺点：地面设备复杂、投资大、需要气 源，要求套管能承受高压。
B t
3、临界流动
油气流速可达临界速度，油嘴前后 宛若两个系统。 临界流速—流体的流速达到压力波在 流体介质中的传播速度，即声速。 临界流动状态—流体达到临界速度时 的流动状态。
当PB/Pt0.5，即Pt2PB时，油气混合物 在油嘴中的流动可达到临界流动状态，这时, 油气流量变化与回压无关,仅由Pt决定。 因此，油咀的作用： (1)改变油井的工作制度，控制油井产量。 (2)分隔咀前咀后的流动,保持油井生产稳定.
如果油井既产油,又产水,叫产液指数。
比采油指数：单位油层厚度上的采油指数。
采油指数反映了地层参数，反过来说，
地层参数影响采油指数。
2、流入动态关系曲线 ① 流入动态关系
产量与井底流压的关系叫流入动态关系(IPR) ——Inflow Performance Relationship
② 流入动态关系曲线
气相中。气为连续相，液为分散相。 这时密度很小,但流速很大,压降主要
消耗在摩阻上。压降梯度变得更大,压
能损失更为严重。
H
Ⅳ
Ⅲ
Ⅱ
Ⅰ—纯油流；Ⅱ—泡流； P Ⅲ—段塞流；Ⅳ—环流；Ⅴ—雾流 油气沿井筒喷出时的流型变化示意图
三、嘴流动态
1、油嘴流动的特点
套压(Pc):指示油管和套管 环空的压力。 油压(Pt):原油举升到井口时
q/qomax
描述无因次IPR曲线的方程叫Vogel方程。
qo q o max
1 0 .2
p wf pr
p wf 0.8 p r

2
（6-2）
利用这一方程可较容易地获得油井的IPR曲线。
已知地层压力，只需一个点的生产数 据就可作出IPR，否则要4至5个实测点的
动的柱塞式抽油泵。
一、有杆抽油装置
(Sucker Rod Pumping）
典型有杆抽油装臵如图
抽油机 抽油装臵 抽油泵 抽油杆
1、抽油机
游梁式抽油机主 要由游梁—连杆—曲 柄机构、减速机构、 动力设备和辅助装臵 等四部分组成。 抽油机
常规型 异相型 前臵型
前臵型多为
重型长冲程 抽油机，除 采用机械平 衡外还采用