采油工艺与装备

无杆泵： 潜油电泵采油
潜油电泵全称为电动潜油离心泵， 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。 是重要的机械采油方法。 优点：排量大、 优点：排量大、自动化程度高
1. 系统组成
(1) 地面部分: 包括变压器、 地面部分: 包括变压器、 控制屏、 控制屏、接线盒和特殊井 口装置等。 口装置等。 (2) 中间部分: 主要有油管 中间部分: 和电缆。 和电缆。 (3) 井下部分: 主要有多级 井下部分: 离心泵、油气分离器、 离心泵、油气分离器、潜 油电机和保护器。 油电机和保护器。
油田开发阶段的划分
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%) 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%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%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%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) 特高含水采油期(综合含水率90%以上)
与常规型游梁式抽油机相比， 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 头抽油机将游梁后臂改为变形圆弧 形状的后驴头， 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， 杆机构，变为可变参数四连杆机构， 在悬点载荷较大时， 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； 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， 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， 使曲柄的载荷扭矩不至于过少，降 低了扭矩峰值。 低了扭矩峰值。由于双驴头抽油机 具有变力臂、运行平稳、 具有变力臂、运行平稳、扭矩波动 起动容易、工作效率高、 小、起动容易、工作效率高、能耗 低等优点，并且适用于中、 低等优点，并且适用于中、低粘度 原油和高含水原油的开采， 原油和高含水原油的开采，因此其 具有良好的推广应用前景。 具有良好的推广应用前景。
常规型：支点在中间，动力在尾部（见图9 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。）； 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：支点在尾部，动力在中间（见图9
前置式
摆杆式游梁抽油机是采 用曲柄--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。
曲柄0度 位置
曲柄90度 位置
曲柄180度 位置
曲柄270度 位置
为了减轻抽油机重量， 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， 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。 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 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
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。
双驴头抽油机
常规游梁抽油机的缺点 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。
螺杆泵
一、螺杆泵的基本知识
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
螺杆泵在油田的应用
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MAPE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%。
气举采油
连续气举是将高压气体连续地注入井内， 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 是将高压气体连续地注入井内 底的流体一同连续从井口喷出的气举方式。 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 。 适用于采油指数高和因井深造成井底压力较高的井 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 ， 间歇气举 是将高压气间歇地注入井中， 将地层流入井底 是将高压气间歇地注入井中 的流体周期性地举升到地面的气举方式。 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、 间歇气举既可用于低产井，也可用于采油指数高、井底压 可用于低产井 采油指数高 力低，或者采油指数与井底压力都低的井。 力低，或者采油指数与井底压力都低的井。
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%。 法。这一阶段可开采出原油地质储量的10%-15%。
变形
常规型
支架在 驴头和曲柄 连杆之间， 连杆之间， 上、下冲程 时间相等。 时间相等。
游梁式抽油机
古老，应用广泛。 古老，应用广泛。 四连杆机构： 四连杆机构： 曲柄； 连杆； 1杆：曲柄；2杆：连杆； 游梁； 虚杆。 3杆：游梁；4杆：虚杆。
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； 电机；减速箱；曲柄；连杆；游梁；平衡 支架；驴头；制动器；悬绳器。 块；支架；驴头；制动器；悬绳器。 •驴头将游梁前端往复 驴头将游梁前端往复 圆弧运动， 圆弧运动，变为抽油 杆垂直往复运动。 杆垂直往复运动 •驴头目的：对中井口。 驴头目的：对中井口 驴头目的
2. 型号（标准化） 型号（标准化）
CYJ— CYJ—
抽油机
□—
□—
□
（Y） （F） （B） （Q）
平衡方式
悬点载荷 冲程（m） 最大扭矩 冲程（ （x10KN） x10KN）
例，CYJ8-3-37-HB： CYJ8- 37-HB： 悬点载荷80kN 悬点载荷80kN ； 冲程3m 冲程3m； 3m； 扭矩37 扭矩37； 37； H—圆弧齿轮箱； 圆弧齿轮箱； B—曲柄平衡。 曲柄平衡。
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系统工作过程
工作过程 地面电源 变压器 电机所需工作电压输入 控制屏 电缆 → → → 井下电机 →离心泵旋转 →分离器输入泵内
带动 把井液通过 由泵叶轮 →使井液逐级增压油管 举升到地面 →
气举采油
气举采油法 : 当油井不能自喷时，除采用前面 当油井不能自喷时， 介绍的人工举升方法外，还可以人为地把气体(天然 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， 气或空气 压入井底，使原油喷到地面的采油方法 。 压入井底 优点： 设备比较简单、 管理调节较方便。 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。 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， 缺点 ： 需压缩机和高压管线 ， 地面系统设备复 投资大，气利用率低。 杂，投资大，气利用率低。
电 潜 螺 杆 泵 采 油 装 置
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。 1、转子（螺杆）： 转子（螺杆） 转子
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。
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
螺杆泵利用螺杆的回转来吸排液体的。
a b c t d e
二、螺杆泵的主要零部件
二、螺杆泵的主要零部件
2、定子(衬套)： 定子(衬套)
如图所示：衬套的断 面形状是由两个半径为R( 面形状是由两个半径为R( 等于螺杆断面的半径) 等于螺杆断面的半径)的半 圆和两个长度为4 圆和两个长度为4e的直线 段组成的长圆形。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 =2e 。衬套的旋向与螺杆的旋 向是相同的。
经传动皮带
三 轴 速 曲 柄 连 杆 将 旋 → 二级减 → 转运动 游 梁 上 下 运 动 抽 油 杆 → →
悬绳器 带动
泵柱塞上下往复运动 → 抽油
1.抽油机（地面设备） 1.抽油机（地面设备） 抽油机 游梁式 分类 无游梁式
常规型
游 梁
前置型
前置型
减速箱在支 架的前面， 架的前面，缩短 了游梁的长度， 了游梁的长度， 减小了抽油机的 规格尺寸， 规格尺寸，上、 下冲程时间不等， 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。 需要的电机功率。
变形
异相型、 异相型、旋 转驴头式、 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。
含水率：油井产出液量中水所占的质量分数
采 油 方 法
自喷
有杆泵
杆泵
泵
泵
杆泵 泵 泵
杆泵
泵
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 解气所具有的弹性膨胀能量。 解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。
抽油机 地面:抽油机 地面 抽油机 中间:抽油杆 中间 抽油杆 地下:抽油泵 地下 抽油泵
游梁
连杆 驴头 悬绳器 支架 平衡块 曲柄 电机
减速箱
皮带轮
常规型
工 作 过 程 ： 电 动 机 → 减 速 箱
油田开发阶段的划分
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%。 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。
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，给定任意两个因素，可确定第三个 因素。