人工舉升簡介

1、 第十一章 其它人工舉升方法潛油電泵螺桿泵水力活塞泵射流泵氣舉排水采氣 潛油電泵全稱為電動潛油離心泵，簡稱電泵，是重要的機(jī)械采油方法。優(yōu)點(diǎn)：排量大、自動化程度第一節(jié) 潛油電泵采油(1) 地面部分: 包括變壓器、控制屏、接線盒和特殊井口裝置等。(2) 中間部分: 主要有油管和電纜。(3) 井下部分: 主要有多級離心泵、油氣分離器、潛油電機(jī)和保護(hù)器。1. 系統(tǒng)組成一、 系統(tǒng)組成及設(shè)備裝置系統(tǒng)工作過程 (1) 離心泵 離心泵是由多級組成的，其中每一級包括一個固定的導(dǎo)輪和一個可轉(zhuǎn)動的葉輪。 葉輪的型號決定了泵的排量； 葉輪的級數(shù)決定了泵的揚(yáng)程和電機(jī)所需的功率。 2. 系統(tǒng)的設(shè)備裝置 葉輪有固定式和浮動

2、式兩種。 浮動式葉輪可以軸向竄動，每級葉輪產(chǎn)生的軸向力被葉輪和導(dǎo)輪上的止推軸承承受。整節(jié)泵所產(chǎn)生的軸向推力由保護(hù)器中的止推軸承承受。 固定式葉輪固定在泵軸上，既不能軸向竄動，也不能靠在導(dǎo)輪的止推墊上。葉輪及壓差所產(chǎn)生的全部推力，都由裝在保護(hù)器內(nèi)的止推軸承承受。 保護(hù)器是電泵機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)不可缺少的重要部件之一。根據(jù)結(jié)構(gòu)和作用原理不同，可將其分為連通式、沉降式和膠囊式三種類型。 作用：1）密封電機(jī)軸的動力輸出端，防止井液進(jìn)入電機(jī)2）在電泵機(jī)組啟、停過程中，為電機(jī)油的熱脹冷縮 提供一個補(bǔ)償油的儲藏空間。 3）通過連接電機(jī)驅(qū)動軸與泵軸，起傳遞扭矩的作用4）保護(hù)器內(nèi)的止推軸承可承受泵的軸向力。（2）保護(hù)

3、器 （3）油氣分離器 自由氣進(jìn)入離心泵后，將使泵的排量、揚(yáng)程和效率下降，工作不穩(wěn)定，而且容易發(fā)生氣蝕損害葉片。因此，常用氣體分離器作為泵的吸入口，以便將氣體分離出來。按分離方式不同，分離器分可為沉降式和旋轉(zhuǎn)式兩種類型。 旋轉(zhuǎn)式分離器是靠旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力進(jìn)行油氣分離的，分離效果較好。 Rgl 90%,適用于低含砂井。 沉降式分離器是靠重力分異進(jìn)行油氣分離的，其效果較差。當(dāng)Vg/Vl10%，分離效率會下降。 潛油電纜作為電泵機(jī)組輸送電能的通道部分，長期工作在高溫、高壓和具有腐蝕性流體的環(huán)境中，因此，要求潛油電纜具有較高的芯線電性、絕緣層的介電性，較好的整體抗腐、耐磨以及耐高溫等穩(wěn)定的物理化學(xué)性能

4、。 潛油電纜包括潛油動力電纜和潛油電機(jī)引接線。動力電纜分為圓電纜和扁電纜兩種類型，而電機(jī)引接線只有扁電纜一種。井徑較大者用圓電纜，井徑較小者可用扁電纜。（4）電纜 控制屏是對潛油電泵機(jī)組的啟動、停機(jī)以及在運(yùn)行中實(shí)行一系列控制的專用設(shè)備，可分為手動和自動兩種類型。它可隨時測量電機(jī)的運(yùn)行電壓、電流參數(shù)，并自動記錄電機(jī)的運(yùn)行電流，使電泵管理人員及時掌握和判斷潛油電機(jī)的運(yùn)行狀況。（5）控制屏 1) 為防止短路燒壞電機(jī)，提供短路速斷保護(hù)； 2) 欠載時實(shí)際排量將小于設(shè)計(jì)排量，電機(jī)將因工作時 產(chǎn)生的熱量不能全部散發(fā)而燒壞，因此控制屏提供 欠載保護(hù)； 3) 過載時電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)容易燒壞，因此控制屏還提 供過

5、載保護(hù)； 4) 潛油電泵不允許反轉(zhuǎn)，因此三相電機(jī)的相序要正 確，對此控制屏提供了相序保護(hù)； 5) 控制屏還設(shè)有延時再啟動裝置，對于間歇生產(chǎn)的井 實(shí)行自動延時再啟動控制。控制屏的功能 潛油電泵的工作特性曲線是指泵的揚(yáng)程、功率和效率同排量之間的關(guān)系曲線，它是選泵設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。 潛油電泵的工作特性曲線是使泵在一定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，對排出端進(jìn)行節(jié)流，以改變流量的辦法試驗(yàn)測得的，試驗(yàn)介質(zhì)是清水。 在實(shí)際應(yīng)用時，由于其使用條件與試驗(yàn)條件不相符，尤其是當(dāng)用電泵抽取粘度很高的液體時，從而使特性曲線發(fā)生變化。因此，實(shí)際使用時應(yīng)根據(jù)使用條件對工作特性曲線進(jìn)行校正。二、 潛油電泵的工作特性曲線 （1）對已投產(chǎn)井，下泵深

6、度已知的，需檢驗(yàn)計(jì)算是 否合理； （2）對欲轉(zhuǎn)抽或新井，需確定下泵深度。 考慮因素：泵吸入口處的氣液比、分離器的類型和分離能力以及沉沒度。1. 下泵深度的確定三、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理泵吸入口處氣液比 體積含水率生產(chǎn)氣油比 原油的體積系數(shù) 天然氣的體積系數(shù) 泵吸入口處溶解氣油比 根據(jù)上面公式，就可以計(jì)算出不同下泵深度所對應(yīng)的泵吸入口處的氣液比大小，并可以做出下泵深度與泵吸入口處氣液比的關(guān)系曲線。 確定下泵深度時，首先要滿足沉沒度的要求，然后在分離器的分離能力條件下根據(jù)下泵深度與泵吸入口處氣液比的關(guān)系曲線便可以確定下泵深度。2. 泵排出口壓力的確定 泵排出口壓力一般要根據(jù)井口壓力及產(chǎn)量按單相管流或多相流

7、管進(jìn)行計(jì)算。 當(dāng)井筒中不含氣時，一般把油水混合物的流動處理成單相流動，當(dāng)油水形成乳狀液時，由于其物性參數(shù)難以準(zhǔn)確確定，將帶來較大的誤差； 當(dāng)井筒中含有游離氣時，應(yīng)按氣、液兩相管流或油、氣、水三相管流進(jìn)行計(jì)算。 兩種方法：（1）是由井底根據(jù)流壓按多相管流計(jì)算到泵吸入 口，求出泵吸入口壓力；（2）是由井口沿油、套管環(huán)形空間計(jì)算到泵吸入 口，求出泵吸入口壓力。后者涉及到環(huán)空中靜 氣柱與沉沒段液體壓力的計(jì)算。3. 泵吸入口壓力的確定總的動壓頭示意圖 總動壓頭（總揚(yáng)程）：泵在設(shè)計(jì)排量下工作時所需要產(chǎn)生的總壓頭。 它是泵送流體到目的地所需要的排出口壓頭與吸入口壓頭之差 。4. 總動壓頭(總揚(yáng)程)的確定 多

8、級離心泵的選擇：泵型和總級數(shù)的確定。 泵型選擇，主要根據(jù)泵的設(shè)計(jì)排量，在相應(yīng)的套管直徑及電源頻率等條件下的標(biāo)準(zhǔn)工作特性曲線來選擇。 泵的總級數(shù)Z可由下述公式求得：式中：Hj單級揚(yáng)程，可由泵型的標(biāo)準(zhǔn)工作特性曲線查得。（1）多級離心泵5. 系統(tǒng)的設(shè)備選擇 當(dāng)多級離心泵的型號、揚(yáng)程及所需的總級數(shù)確定以后，潛油電機(jī)所需的功率Pr（ kW）為: 由泵的標(biāo)準(zhǔn)工作特性曲線查出單級功率Pj后，計(jì)算需要的電機(jī)功率：（2）潛油電機(jī) 規(guī)格和型號主要決定于電纜的載流能力和工作環(huán)境。下表為不同電纜的載流能力。電纜型號最大電流A電纜型號最大電流A1號銅電纜1154號銅電纜702/0號鋁電纜1152號鋁電纜702號銅電纜9

9、56號銅電纜551/0號鋁電纜954號鋁電纜55 電纜的長度一般為下泵深度加上2030 m地面用電纜的長度。（3）潛油電纜式中U電纜的電壓損失， V； I電機(jī)的工作電流， A； L電纜的長度， km； R導(dǎo)體的有效阻抗，/km； 有功功率因數(shù)； X導(dǎo)體的電抗， /km； 無功功率因數(shù)。電纜的電壓損失可按如下公式計(jì)算： 變壓器的容量必須能夠滿足電機(jī)最大負(fù)載的啟動，應(yīng)根據(jù)電機(jī)的負(fù)載來確定變壓器的容量?？捎孟率接?jì)算：4）變壓器 記錄的電流與潛油電機(jī)的工作電流成線性關(guān)系，它的變化情況能夠反映潛油電機(jī)的運(yùn)行狀況。 按運(yùn)行時間分，電流卡片有24 h和7 d兩種規(guī)格。 對于新投產(chǎn)或作業(yè)的井，由于電泵運(yùn)轉(zhuǎn)狀況

10、還不夠穩(wěn)定，需要隨時監(jiān)測，因此采用24 h的電流卡片。當(dāng)電泵機(jī)組運(yùn)行狀況穩(wěn)定后，一般用7 d電流卡片。 用于分析的電流卡片，一般是指24 h電流卡片。 四、 電流卡片分析 三相感應(yīng)電機(jī)在載荷固定的情況下，其電流是恒定的。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，電流線上的電流可能稍高或稍低于銘牌電流，但是它應(yīng)是平穩(wěn)對稱的。1. 機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn) 機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，電機(jī)輸出功率是比較穩(wěn)定的。 如果電源電壓出現(xiàn)波動，那么電流也將相應(yīng)產(chǎn)生波動，以滿足電機(jī)功率的需要。 電源電壓波動的常見原因是動力系統(tǒng)出現(xiàn)周期性重負(fù)載，如大功率注水泵的啟動。 為避免由于電壓波動對電泵機(jī)組造成不利的影響，應(yīng)盡量間隔開這些負(fù)載。2. 電源電壓波動A 啟動階段

11、，此時環(huán)形空間的液面很高，由于液柱的動壓頭下降，所以排量和電流都高于正常值。B 正常工作階段，其排量接近設(shè)計(jì)要求。D 電流值既低又不穩(wěn)定，這是由于液面接近泵的吸入口，氣體進(jìn)泵量增加并且不穩(wěn)定，而導(dǎo)致電泵欠載且波動，最終機(jī)組欠載停機(jī)。C 排量低于額定排量，并產(chǎn)生波動，這是由于液面下降而使泵吸入口壓力降低，氣體開始進(jìn)泵,因而電流下降。3. 氣鎖1. 提高下泵深度。3. 如果兩種辦法都不能奏效的話，可實(shí)行間歇生 產(chǎn)方式。對于這樣的井，下次起泵時應(yīng)重新選 泵。2. 如果不能增加下泵深度，則可以裝油嘴限產(chǎn)使 液面高提高。解決的方法： A、B、C三段與“氣鎖”卡片的分析情況基本相同，有所不同的是因游離氣少

12、而未引起波動。D段表明液面 這種情況說明機(jī)組選得過大。解決辦法除與“氣鎖”辦法相同之外，還可以對該井采取增產(chǎn)措施，提高油井的產(chǎn)能。如圖11-8 。 接近吸入口，排量和電流下降最后導(dǎo)致欠載停機(jī)。延時再啟動后，液面稍有回升，但液面很快下降再次抽空停機(jī)。4. 抽空 機(jī)組在接近設(shè)計(jì)值之下工作，并且井液中含有氣體。曲線的波動是由于井液中含有大量的游離氣造成的。在這種情況下，通常會使總的排液量降低。當(dāng)井泵的液體被乳化時，由于乳化液進(jìn)泵阻力過大，也會產(chǎn)生這種類似的電流卡片。5. 油井含氣 機(jī)組啟動后，運(yùn)轉(zhuǎn)很短時間便欠載停機(jī)。 這是由于流體的密度或流量太小而導(dǎo)致欠載，或時間繼電器出現(xiàn)故障所致。 6. 瞬時欠載

13、停機(jī) 水力活塞泵是一種液壓傳動的無桿抽油設(shè)備。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。 應(yīng)用：稠油井和高含蠟井、深井和定向井，且效率較高。第二節(jié) 水力活塞泵采油 井下部分: 水力活塞泵的主要機(jī)組，它由液動機(jī)、水力活塞泵和滑閥控制機(jī)構(gòu)三個部件組成，起著抽油的主要作用； 地面部分: 地面動力泵、各種控制閥及動力液處理設(shè)備等組成，起著供給和處理動力液的作用； 中間部分: 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。一、 系統(tǒng)組成及泵的工作原理 分離出的氣體排走，油則流回儲罐。一部分油送到選油站，另一部分油濾清后再進(jìn)入地面動力泵，作動力液使用。

14、1、工作過程：（1）下沖程2. 泵的工作原理（1）下沖程 主控滑閥位于下死點(diǎn)。高壓動力液從中心油管經(jīng)過通道a進(jìn)入液動機(jī)的下缸，作用在活塞的環(huán)形端面上；同時，高壓動力液經(jīng)過通道b進(jìn)入腔室c，再由通道d進(jìn)入液動機(jī)上缸，作用在活塞上端面上。由于活塞上、下兩端作用面積不同而產(chǎn)生壓差，使液動機(jī)帶動泵柱塞向下運(yùn)動?；钊麠U實(shí)際上是一個輔助控制滑閥，在桿身的上、下部開有控制槽e和f。當(dāng)活塞桿接近下死點(diǎn)時，上部控制槽e溝通了主控滑閥上、下端的腔室c和g，使高壓動力液由控制槽e進(jìn)入主控滑閥的下端腔室g。因主控滑閥下端面的面積大于上端面的面積，在高壓動力液作用下便產(chǎn)生壓差，使主控滑閥推向上死點(diǎn)，從而完成下沖程。2.

15、 泵的工作原理 (a) (b) 如圖1112(b)，主控滑閥位于上死點(diǎn)。高壓動力液從中心油管經(jīng)過通道a進(jìn)入液動機(jī)下缸。由于主控滑閥堵塞了通道b，使高壓動力液不能進(jìn)入液動機(jī)的上缸。液動機(jī)上缸通過通道d、主控滑閥中部的環(huán)形空間h與抽取的原油相溝通。在液動機(jī)上、下缸的壓差作用下，液動機(jī)活塞帶動泵的柱塞向上運(yùn)動。上缸中工作過的乏動力液和抽取的原油混合后舉升到地面。當(dāng)活塞桿接近上死點(diǎn)時，下部控制槽f使主控滑閥的下腔室和抽取的原油相溝通，主控滑閥便被推向下死點(diǎn)，液動機(jī)重新開始轉(zhuǎn)入下沖程，上沖程便結(jié)束。(2) 上沖程 (a) (b)差動式單作用水力活塞泵的優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn): 結(jié)構(gòu)簡單，并可以自由式安裝。缺點(diǎn):

16、直徑一定時排量較小以及在工作中 壓力不平衡。 水力活塞泵的安裝方式可分為固定插入式、套管固定式、平行自由式和套管自由式四種。如圖1113所示。二、 水力活塞泵的安裝方式 2. 套管固定式 水力活塞泵井下機(jī)組隨動力油管下入井底，并固定在一個套管封隔器上，動力液從動力油管送入井下機(jī)組，原油和乏動力液從動力油、套管的環(huán)形空間返回地面，所有的自由氣須經(jīng)水力活塞泵井下機(jī)組導(dǎo)出，如圖1113(b) 所示。 水力活塞泵的井下機(jī)組隨動力油管從油管中下入井底，動力液從直徑較小的動力油管中注入井下機(jī)組，原油和乏動力液從動力油管和油管之間的環(huán)形空間返回地面，所有自由氣都從油管和套管的環(huán)形空間導(dǎo)出，如圖1113（a）

17、所示。1. 固定插入式 4. 套管自由式 套管自由式只需一根管柱下到一個套管封隔器上，井下機(jī)組從管柱中下至井底并在一個固定閥座上座封，同時上部也進(jìn)入油管內(nèi)壁的一個專用環(huán)箍處形成密封。動力液從管柱中進(jìn)入井底，原油及乏動力液從套管中排到地面，自由氣必須從水力活塞泵井下機(jī)組導(dǎo)出，如圖1113(d)所示。 3. 平行自由式 平行自由式安裝方式有兩個平行管柱。水力活塞泵井下機(jī)組從大直徑管柱中下入井底，并在一個固定閥座上形成密封，同時上部也進(jìn)入油管內(nèi)壁的一個專用環(huán)箍處形成密封。原油和乏動力液從小直徑管柱中排到地面，自由氣不進(jìn)泵而從套管中直接導(dǎo)出，如圖1113(c) 所示。油管安置 固定式泵:如果將泵連接到

18、動力液油管上并同油管一起下放到井中。 自由式泵:如果將泵放置到動力液油管內(nèi)，并且該泵可以自如地循環(huán)到井底，而再返回到地面。 區(qū)別:自由式泵的尺寸受動力液油管尺寸限制。 固定式泵，只要與套管內(nèi)徑配合得當(dāng)，任何尺寸的固定式泵都能與油管尺寸相匹配。 兩種泵即可以是閉式，也可以是開式系統(tǒng)。 閉式動力液系統(tǒng):地面及井下動力液始終在密閉導(dǎo)管中，不與采出液相混； 開式動力液系統(tǒng):動力液與采出液相混，而作為混合動力液返回到地面。（1）閉式循環(huán) 閉式循環(huán)系統(tǒng)比開式循環(huán)系統(tǒng)需多要一根 管柱，比開式系統(tǒng)造價高，這是它沒有被廣泛采用的原 因，但由于該系統(tǒng)的動力液罐比較小，適用于市區(qū)和海 上平臺。動力液循環(huán)系統(tǒng)可分為閉

19、式循環(huán)和開式循環(huán)兩種。三、 動力液循環(huán)系統(tǒng)及動力液（2）開式循環(huán) 開式循環(huán)系統(tǒng)只需兩個井下通道：一個是 泵入動力液的導(dǎo)管；另一個是將乏動力液和采出液一起 送到地面的導(dǎo)管?？梢圆捎脙筛凸苤部梢圆捎靡?根管柱。使用一根管柱時，是利用油管和套管環(huán)形空間 作為另一個通道。簡易和經(jīng)濟(jì)是開式系統(tǒng)的重要特點(diǎn)。 油動力液比水動力液性能好，但不利于安全、生態(tài)和環(huán)境保護(hù)。 用水動力液，就必須要加入化學(xué)添加劑以改善水的某些性能，將造成生產(chǎn)成本提高，因而限定了水動力液只能在閉式系統(tǒng)中使用。 開式系統(tǒng)可用油動力液，但由于動力油的成本較高，并且運(yùn)轉(zhuǎn)時需要動力液處理裝置，因此也將提高生產(chǎn)成本。2. 動力液(常用的動力

20、液有水和油) 水力活塞泵泵送氣體的安裝方式成本最低，適于將氣體泵送而不引起氣鎖的井，但泵送氣體將降低泵效。因此，是否采取泵送氣體，要由泵送氣體時的泵效來決定。設(shè)計(jì)時一般應(yīng)使泵效不低于50(最低應(yīng)大于30)。當(dāng)泵效較低時則應(yīng)將氣體放空。四、 氣體處理方式例111 已知:油層壓力14.0MPa,井底流壓為7.0MPa時日產(chǎn)油量為16.0m3/d ，含水率為33,氣油比為90,原油飽和壓力為14.2MPa.問當(dāng)產(chǎn)液量為28m3/d時，能否泵送氣體。解： 根據(jù)沃格爾方程，求得極限產(chǎn)量qmax =34.1m3/d。當(dāng)產(chǎn)液量為28 m3/d時:求得流壓Pwf=5.1MPa。 由圖1114查得，在該例條件下

21、，泵效大約為55。因此，可以泵送氣體。 原則：首先要滿足排量的要求，其次應(yīng)使舉升能力最大。 依據(jù)：泵規(guī)格參數(shù)表(表11-2)最大PE（壓力比）值PE越小，則泵的舉升能力越強(qiáng)。 五、 水力活塞泵的選擇 射流泵屬于水力泵，1852年由英國的James發(fā)明本世紀(jì)50年代用于原油開采，70年代在國外得到普遍應(yīng)用。近年來我國開始使用。第三節(jié) 射流泵采油1.系統(tǒng)組成 地面部分、中間部分和井下部分 。 地面部分和中間部分與水力活塞泵相同，所不同的是水力射流泵只能安裝成開式動力液循環(huán)系統(tǒng)。 井下部分是射流泵，它是由噴嘴、喉管和擴(kuò)散管三部分組成。 射流泵是一種特殊的水力泵，它沒有運(yùn)動件，是靠動力液與地層流體之間

22、的動量轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)抽油的。一、 系統(tǒng)組成及泵的工作原理噴嘴處：動力液的總壓頭幾乎全部變?yōu)樗俣人^。混合室：原油則被動力液抽汲，與動力液混合后流 入喉管。 喉管處：d喉管d噴嘴，動力液和地層流體在喉管內(nèi)充分混合后，速度水頭降低，而壓力水頭有所回升。此時動力液失去動量和動能，地層流體得到動量和動能。但是，由于此時總水頭仍主要是以速度水頭的形式存在，壓力水頭還不足以將混合液舉升到地面。擴(kuò)散管：射流泵的最終工作斷面為精細(xì)制造的擴(kuò)散管斷面，由于擴(kuò)散管斷面的面積逐漸增大，使得速度水頭轉(zhuǎn)換為壓力水頭，從而將混合液舉升到地面。 2.工作原理 按工作流體的種類分類，射流泵可分為液體射流泵和氣體射流泵(噴射泵)兩種。

23、3.分類 為了正確設(shè)計(jì)和使用射流泵，必須掌握射流泵的工作特性(壓力、流量與泵的幾何尺寸之間的關(guān)系)，它反映了泵內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換過程及主要工作構(gòu)件(噴嘴、喉管)對泵性能的影響。二、 射流泵的工作特性3) 無量綱面積比AD指噴嘴截面積Aj與喉管截面積At之比，即1）無量綱壓力比 指泵內(nèi)地層液壓力的增量( - )與動力液壓力的降低量( - )之比，即2) 無量綱體積流量比qD指地層流體的體積流量qf與動力液的體積流量qd 之比，即1. 射流泵的無量綱工作特性參數(shù) 4) 無量綱密度比 指地層流體的密度 與動力液密度 之比，即2. 射流泵的工作特性方程 射流泵的工作特性是指無量綱壓力比同無量綱流量比之間的關(guān)

24、系，它反映了射流泵的內(nèi)在特性。射流泵的工作特性方程是描述這種關(guān)系的表達(dá)式。 根據(jù)能量守恒原理，則可建立如下能量平衡方程式：分別為吸入環(huán)道、噴嘴、喉管及擴(kuò)散管摩擦損失系數(shù)。3. 射流泵的泵效定義：地層液得到的能量 與動力液提供的能量 之比。由 和 的定義式可得 流體在射流泵各流道中流動時的摩擦系數(shù)，是影響能量轉(zhuǎn)換和泵效的重要因素。目前各種摩擦損失系數(shù)主要有五組。4. 摩擦損失系數(shù) 根據(jù)質(zhì)量守恒原理， 可導(dǎo)出通過噴嘴的動力液流量的表達(dá)式為 當(dāng)噴嘴與喉管入口之間的距離比噴嘴直徑大12倍時有5. 動力液流量 射流泵的無量綱特性曲線就是反映射流泵的無量綱壓力比 PD 和泵效與無量綱流量比 qD 之間的關(guān)

25、系曲線，如圖1117所示。它反映了AD 取不同值時, PD 與 qD 的對應(yīng)關(guān)系。三、 無量綱特性曲線 在吸入系統(tǒng)建立伯努利方程當(dāng)吸入流量大于零時，喉管的入口壓力 總是要小于吸入壓力 。 若低于采出液的飽和壓力 ，泵便會產(chǎn)生氣蝕。因此，當(dāng)吸入壓力 為一定值時，喉管入口處 有最小值，其對應(yīng)的吸入流量則為最大值。 氣蝕：喉管內(nèi)液流中的氣泡由于受力不均而破碎，由此產(chǎn)生的振動波及高速微量噴射，將會嚴(yán)重?fù)p壞泵的現(xiàn)象。故應(yīng)確定氣蝕極限流量比 當(dāng) 時，產(chǎn)生氣蝕 .四、 射流泵的氣蝕特性 布朗(Brown)給出了當(dāng) 及 ，并取 時 的 表達(dá)式式中 Cc經(jīng)驗(yàn)氣蝕常數(shù)，實(shí)驗(yàn)值的范圍在0.801.67之間，通常取其

26、保守值1.35。選擇時，應(yīng)遵循以下基本原則： 1) 所選擇的射流泵能夠滿足正常生產(chǎn)的需要(即滿足排量要求)； 2) 保證射流泵工作時不發(fā)生氣蝕； 3) 在同等條件下，應(yīng)使選擇的射流泵具有較高的效率。射流泵的選擇，主要是確定噴嘴及喉管的規(guī)格型號。五、 射流泵的選擇 2. 在選擇噴嘴和喉管時，通常是先計(jì)算出無量綱壓力比 ,然后利用無量綱特性曲線求無量綱流量比,并根據(jù)設(shè)計(jì)排量求出需要的動力液排量 。最后，計(jì)算出所需噴嘴的截面積 ,并根據(jù)有關(guān)噴嘴和喉管的規(guī)格參數(shù)表中選擇合適的噴嘴。3.面積比值通常是給定的，如未給定，則可根據(jù)泵效較高這一原則來確定。當(dāng) 值確定下來后，喉管的規(guī)格也便隨之確定下來。1.確定

27、射流泵的泵型，體現(xiàn)在最佳噴嘴和喉管的選擇上。 1930年，Moinean發(fā)明，并在美國獲得第一個專利，31-32年在法國制造。我國1986年開始研究地面驅(qū)動螺桿泵。在我國的一些油田中稠油開采的相當(dāng)突出的問題，稠油中含有出砂，含氣現(xiàn)象，使油井工作條件及為復(fù)雜。在開采高粘含砂含氣的原油時，螺桿泵具有獨(dú)特的優(yōu)勢。它是一種容積式泵，運(yùn)動件（只有螺桿），沒有閥和復(fù)雜的流道。油流擾動少，使水力損失大大降低。 由于螺桿在橡皮襯套表面的運(yùn)動帶有滾動和滑動的性質(zhì)，使砂粒不易沉積。由于襯套和螺桿間的容積均勻變化而產(chǎn)生的抽汲和推擠作用，使油氣混輸?shù)男Ч^好。突出優(yōu)點(diǎn)：尺寸小，質(zhì)量輕，制造容易，維修方便，運(yùn)動部件少，

28、排量均勻。第四節(jié) 螺桿泵采油1. 系統(tǒng)組成地面地下螺桿泵中間中間油管或中間電纜驅(qū)動裝置井口裝置電動液動機(jī)動一、 系統(tǒng)組成及泵的工作原理（1）螺桿泵的結(jié)構(gòu) 由定子和轉(zhuǎn)子組成的。轉(zhuǎn)子是通過精加工、表面鍍鉻的高強(qiáng)度螺桿；定子就是泵筒，是由一種堅(jiān)固、耐油、抗腐蝕的合成橡膠精磨成型，然后被永久地粘接在鋼殼體內(nèi)而成。除單螺桿泵外，螺桿泵還有多螺桿泵(雙螺桿、三螺桿及五螺桿泵等)，主要用于輸送油品。2. 螺桿泵的結(jié)構(gòu)與工作原理（2）螺桿泵的工作原理 螺桿泵是靠空腔排油，即轉(zhuǎn)子與定子間形成的一個個互不連通的封閉腔室，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，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

29、隨之由吸入端均勻地擠到排出端。同時，又在吸入端重新形成新的低壓空腔將原油吸入。這樣，封閉空腔不斷地形成、運(yùn)移和消失，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入，通過油管舉升到井口。 橡皮襯套易磨損，下部徑向上止推軸承損壞，偏心聯(lián)接軸不夠可靠，周期短。3.缺點(diǎn)1. 泵的理論排量 如圖1120所示，螺桿任一斷面都是半徑為r的圓，整個螺桿的形狀可看成是由很多半徑為r的極薄圓盤組成，這些圓盤的中心O1是以偏心距e繞螺桿本身的軸線O2-Z一邊旋轉(zhuǎn)一邊按一定的螺距t向前移動。即圓盤圓心O1的軌跡是螺距為t、 偏心距為e的螺旋線。 襯套的材料是橡膠，它的斷面是由兩個半徑為r(等于螺桿斷面半徑)

30、的半圓和兩個長度為4e的直線段組成的長圓形，如圖1121所示。襯套的雙線內(nèi)螺旋面就是由上述斷面繞襯套的軸線OZ旋轉(zhuǎn)的同時，按一定的導(dǎo)程T=2t向前移動所形成的。二、 螺桿泵基本參數(shù)的確定 螺桿在襯套中的位置不同時，它們之間的接觸點(diǎn)也就不同。當(dāng)螺桿斷面在襯套長圓形斷面的兩端時，螺桿和襯套的接觸為半圓弧線；而在襯套的其它位置時，螺桿和襯套僅有兩點(diǎn)接觸。由于螺桿和襯套是連續(xù)嚙合的，這些接觸點(diǎn)就構(gòu)成了密封線，在襯套的一個導(dǎo)程T內(nèi)便形成一個密封腔室。這樣，在沿單螺桿泵的全長上，襯套內(nèi)螺旋面與螺桿的螺旋面形成了一個個封閉腔室。可見，襯套螺桿副的長度至少為襯套的一個導(dǎo)程，才能形成完整的密封腔。 泵每轉(zhuǎn)排量為

31、:則泵的理論排量為 :式中Qt泵的理論排量，m3/d； e螺桿的偏心距，m； n螺桿的轉(zhuǎn)速， r/min； dp螺桿截面的直徑， dp=2r，m； T襯套的導(dǎo)程， T=2t,m； t螺桿的螺距，m。2. 泵的容積效率和系統(tǒng)效率 1) 泵的實(shí)際排量Q與理論排量Qt的比值，稱為泵的容積效率，記作 ，用公式表達(dá)為 泵的容積效率實(shí)質(zhì)上是一個排量系數(shù)，它與泵揚(yáng)程、轉(zhuǎn)子與定子間配合的過盈量、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速以及舉升液體的粘度等參數(shù)有關(guān)，是一個多變量函數(shù)。 2) 泵的系統(tǒng)效率定義為泵的有功功率(水力功率)Ph與泵的輸入功率Pin之比，即其中：3. 泵的扭矩 由于螺桿泵的吸入端和排出端存在壓差，所以螺桿襯套副中的液

32、體將對螺桿施加力的作用。同時，定、轉(zhuǎn)子間存在過盈量，將會使定、轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生摩擦阻力扭矩。 (1) 轉(zhuǎn)子有功扭矩螺桿襯套副將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓能，若不考慮損失，則由能量轉(zhuǎn)換關(guān)系可得而 (2) 定子與轉(zhuǎn)子間的摩擦扭矩 由于螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子間存在過盈量，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動時，定子與轉(zhuǎn)子間就產(chǎn)生摩擦。定子對轉(zhuǎn)子施加摩擦扭矩的作用，其摩擦扭矩計(jì)算式為 啟動扭矩的大小，與螺桿泵密封線的長度、定轉(zhuǎn)子間的過盈量以及橡膠的硬度和工作壓力有關(guān)，還與靜止時間的長短以及摩擦面的粗糙度有關(guān)。級數(shù)越多、粗糙度越大、橡膠硬度越高，以及定、轉(zhuǎn)子間過盈量越大、泵的工作壓力越高，泵的啟動扭矩也就越大。(3) 啟動扭矩1.

33、螺桿泵的工作特性曲線 泵的容積效率、系統(tǒng)效率及扭矩與舉升高度之間的關(guān)系。反映這種關(guān)系的曲線稱為螺桿泵的工作特性曲線。三、 螺桿泵的工作特性曲線及其影響因素(1) 過盈量的影響定、轉(zhuǎn)子表面的接觸線保持充分密封，而密封的程度取決于轉(zhuǎn)子與定子間的過盈量。 過盈量大，泵效高，但桿扭矩增加，易出現(xiàn)斷桿和定子橡膠磨損加劇。過盈量小，泵效低，無上述問題。因此，過盈量的大小直接影響泵效的高低。2. 螺桿泵工作特性的影響因素轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高，排量就越大。但是，轉(zhuǎn)速越高，抽油桿的離心力就越大，抽油桿的彎曲振動就越嚴(yán)重，抽油桿接箍與油管內(nèi)壁的摩擦力也就隨之增大，同時，舉升高度也將因沿程損失的增加和定子橡膠磨損的加速而

34、下降。因此，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不易過高，一般應(yīng)小于500 r/min為宜。(2) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的影響粘度增加使得漏失量減小，有利于提高泵的容積效率和系統(tǒng)效率；另一方面，粘度的增加將使流動阻力增大而降低泵的充滿程度和舉升高度，泵的容積效率和系統(tǒng)效率也隨之降低。同時，泵的摩擦增大將增加阻力扭矩。 （3）其它（粘度）2）是根據(jù)泵的工作特性曲線確定在保證該排量下泵的舉升高度大小，并根據(jù)油井條件計(jì)算出所需泵的級數(shù)，同 時還要根據(jù)需要以及油井的實(shí)際條件確定合理盈量；螺桿泵的選擇步驟：1）應(yīng)根據(jù)油井的產(chǎn)能確定出油井的產(chǎn)量，并確定所用螺桿泵的排量； 3）根據(jù)負(fù)載大小選擇抽油桿的材料與規(guī)格、電動機(jī)以及其它附屬部件。 四、

35、螺桿泵的選擇 地面驅(qū)動單螺桿泵轉(zhuǎn)速的確定，受多種因素的影響。首先要考慮的是介質(zhì)的粘度、磨蝕條件和定子橡膠的疲勞強(qiáng)度。 介質(zhì)的粘度將影響泵的充滿系數(shù)。當(dāng)泵旋轉(zhuǎn)時，在泵吸入口處空腔容積逐漸變大，這時，只要有一定的壓差液體便可迅速充滿空腔。當(dāng)液體的粘度較大時，其流動性變差，使得充滿系數(shù)降低從而降低泵的容積效率，并且隨著液體粘度的增加，這種影響程度增大。 在高含砂油井中，泵的壽命取決于定子橡膠的疲勞強(qiáng)度。由于定子和轉(zhuǎn)子間有一定的過盈量，轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)旋轉(zhuǎn)時定子橡膠將受到周期性地壓縮，從而產(chǎn)生摩擦面的溫升和疲勞。1. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的確定2. 泵級數(shù)和定、轉(zhuǎn)子長度的確定 單級螺桿泵滿足不了實(shí)際舉升高度(揚(yáng)程)的

36、需要，如同潛油電泵一樣需要多級泵。泵的級數(shù)Z可根據(jù)油井實(shí)際需要的泵揚(yáng)程H和單級揚(yáng)程Hj來確定，即 泵的級數(shù)確定后，就可確定定子和轉(zhuǎn)子的長度。定子和轉(zhuǎn)子的長度由泵的級數(shù)和襯套的導(dǎo)程來決定。定子長度Ls為 轉(zhuǎn)子長度Lr一般取定子長度Ls加上250350mm，以保證轉(zhuǎn)子能夠安裝到位. 1) 受加工工藝技術(shù)的限制，不能保證定子和轉(zhuǎn)子具有理想的 幾何形狀； 2) 定子橡膠是彈性體，在一定的壓差下會發(fā)生彈性變形和 漏失； 螺桿泵的定、轉(zhuǎn)子間的過盈配合情況如圖1125所示，其過盈量為=(b-a)/2。 為使螺桿泵具有容積泵的特點(diǎn)，就必須使定、轉(zhuǎn)子間的空腔保持良好的密封性，即必須有一定的過盈值。其原因是：3.

37、 合理過盈量的確定 目前，螺桿泵的單級工作壓差主要是靠定、轉(zhuǎn)子間的過盈量來實(shí)現(xiàn)的。過盈量越大，級工作壓差就越大，轉(zhuǎn)子扭矩也越大；過盈量過小，單級工作壓差就越小，滿足不了油井舉升的需要。因此，定、轉(zhuǎn)子間的過盈量存在一個合理值。對于過盈量的確定，必須在掌握定子橡膠的物理特性，特別是橡膠的熱膨脹和溶脹性能的基礎(chǔ)上，才能實(shí)現(xiàn)過盈量確定的合理性。3) 由于轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生慣性力和液壓徑向力，這兩個力 的合力將使轉(zhuǎn)子在合力的方向上壓縮定子橡膠而產(chǎn)生位 移，從而使定、轉(zhuǎn)子間的另一側(cè)產(chǎn)生間隙。 氣舉采油法 : 當(dāng)油井不能自噴時，除采用前面介紹的人工舉升方法外，還可以人為地把氣體(天然氣或空氣)壓入井底，使原

38、油噴到地面的采油方法 。 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備比較簡單、管理調(diào)節(jié)較方便。在新井誘導(dǎo)油流及作業(yè)井的排液方面氣舉也有其優(yōu)越性。 缺點(diǎn)：需壓縮機(jī)和高壓管線，地面系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，投資大，氣利用率低。 第五節(jié) 氣舉采油1. 氣舉方式中心管進(jìn)氣(反舉)按進(jìn)氣的通路環(huán)形空間進(jìn)氣(正舉)連續(xù)氣舉間歇?dú)馀e按進(jìn)氣的連續(xù)性一、 氣舉方式及井下管柱 連續(xù)氣舉是將高壓氣體連續(xù)地注入井內(nèi)，使其和地層流入井底的流體一同連續(xù)從井口噴出的氣舉方式。 它適用于采油指數(shù)高和因井深造成井底壓力較高的井。 間歇?dú)馀e是將高壓氣間歇地注入井中，將地層流入井底的流體周期性地舉升到地面的氣舉方式。 間歇?dú)馀e既可用于低產(chǎn)井，也可用于采油指數(shù)高、井底壓力低，

39、或者采油指數(shù)與井底壓力都低的井。 中心管進(jìn)氣時，被舉升的液體在環(huán)形空間的流速較低，其中的砂易沉淀、蠟易積聚，故常用環(huán)形空間進(jìn)氣的舉升方式。2. 井下管柱 按下入井中的管子數(shù)氣舉可分為單管氣舉和多管氣舉。 多管氣舉可同時進(jìn)行多層開采，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、鋼材消耗量多，一般很少采用。 簡單而又常用的單管氣舉管柱有開式、半閉式和閉式三種。 管柱不帶封隔器者稱為開式管柱，只適用于連續(xù)氣舉和無法下入封隔器的油井。 采用這種管柱時，每次開井時都需要排出套管中聚集的液體并重新穩(wěn)定，下部閥會由于液體浸蝕而發(fā)生損壞，控制不當(dāng)會使套管內(nèi)的高壓氣大量通過管鞋進(jìn)入油管引起油井間歇噴油。油管底部的位置叫油管鞋。(1) 開式管

40、柱 帶有封隔器的管柱稱為半閉式管柱，它既可用于連續(xù)氣舉，也可用于間歇?dú)馀e。這種管柱雖然克服了開式管柱的某些缺點(diǎn)，但對于間歇?dú)馀e仍不能防止大量注入氣進(jìn)入油管后，通過油管對地層的作用。 (3) 閉式管柱 閉式管柱，是在半閉式管柱的油管底部加單流閥，以防止注氣壓力通過油管作用在油層上。閉式管柱只適用于間歇?dú)馀e。此外，還有一些特殊的氣舉裝置，如用于間歇?dú)馀e的各種箱式(腔式)及柱塞氣舉裝置等。 (2) 半閉式管柱二、 氣舉過程 壓縮氣從環(huán)空注入，當(dāng)環(huán)形空間內(nèi)的液面下降到管鞋時，壓縮機(jī)達(dá)到最大的壓力，稱為啟動壓力。 氣舉井穩(wěn)定生產(chǎn)時壓縮機(jī)的壓力稱為工作壓力。 如果壓縮機(jī)的額定工作壓力小于氣舉時的啟動壓力，

41、氣舉無法啟動。啟動壓力的大小與氣舉方式、油管下入深度、靜液面位置以及油、套管直徑有關(guān)。采用環(huán)形空間進(jìn)氣的單層管氣舉方式時有式中 氣舉時的啟動壓力 ，pa 井內(nèi)液體密度，kg/m3 L 油管長度，m 三、 氣舉啟壓力與工作壓力 在壓縮機(jī)的額定工作壓力有限的情況下，為實(shí)現(xiàn)氣舉就需降低啟動壓力。最常用的是在油管柱上裝設(shè)氣舉閥。 四、 氣舉閥及其下入深度 氣舉閥的作用相當(dāng)于在油管上開設(shè)了孔眼，高壓氣體可以從孔眼進(jìn)入油管舉出液體，降低管內(nèi)壓力，到一定程度之后，氣舉閥自動關(guān)閉，將孔眼堵死。 氣舉前井筒中充滿液體，沉沒在靜液面以下的氣舉閥在沒有內(nèi)外壓差的情況下全部打開，油套管柱如圖11-29(a)所示。氣舉

42、時當(dāng)環(huán)空液面降低到閥以下時，氣舉閥內(nèi)外產(chǎn)生壓差，高壓氣體通過閥的孔眼進(jìn)入油管，使閥以上油管內(nèi)的液體混氣；如果進(jìn)入的氣量足以使液體混氣而噴出，則油管內(nèi)壓力就會下降。油管內(nèi)壓力下降后使環(huán)空高壓氣體擠壓液面繼續(xù)下行，環(huán)空液面繼續(xù)降低，如圖11-29(b)所示。1. 氣舉閥工作簡況啟動過程 當(dāng)環(huán)空液面降低到閥以下時，高壓氣體又通過閥的孔眼進(jìn)入油管舉升液體。同時閥內(nèi)的壓力進(jìn)一步降低，在閥內(nèi)外壓差作用下自動關(guān)閉，如圖11-29(c)所示。閥進(jìn)氣后，閥以上油管內(nèi)的液體混氣噴出，油管內(nèi)壓力降低，在環(huán)空高壓氣體的擠壓下液面又繼續(xù)下降。最后，高壓氣體從油管鞋進(jìn)入油管，閥關(guān)閉，井中的液體全部被舉通，如圖11-29(

43、d)所示。實(shí)際生產(chǎn)中，為了防止由于管鞋處壓力波動使高壓氣進(jìn)入油管而出現(xiàn)間歇噴油，常在管鞋以上20 m處裝一工作閥(或稱為末端閥)，正常生產(chǎn)時，注入氣將通過該閥進(jìn)入油管。2. 氣舉閥下入深度的確定應(yīng)遵循的兩個原則：必須充分利用壓縮機(jī)具有的工作能力；必須在最大可能的深度上安裝，力求下井閥數(shù)最少、下入深度最大。(1) 第一個閥的下入深度 1) 井中液面在井口附近，在注氣過程中途即溢出井口時，可由下式計(jì)算閥的下入深度減20 m是為了在第一個閥內(nèi)外建立0.2 MPa的壓差，以保證氣體進(jìn)入閥。式中 氣舉前井筒中靜液面的深度，m； 油、套管內(nèi)徑，m。 2) 井中液面較深，中途未溢出井口時，可由下式計(jì)算閥的下

44、入深度: 當(dāng)?shù)诙€閥進(jìn)氣時，第一個閥關(guān)閉。此時，閥處的環(huán)空壓力為 ，閥處的油壓 為，由圖11-30可得減去10 m是為了在閥內(nèi)外建立0.1 MPa壓差，以保證氣體能進(jìn)入閥。2.其余各閥的下入深度同理第i個閥的安裝深度應(yīng)為其中1. 氣舉井內(nèi)的壓力及其分布（如圖11-31所示 ）1）套管內(nèi)的氣柱靜壓力近似直線分布，即 當(dāng)注氣量較小時，忽略氣體在環(huán)空中的摩擦力 。四、 連續(xù)氣舉設(shè)計(jì)2）油管內(nèi)的壓力分布以注氣點(diǎn)為界，明顯的分為兩段。在注氣點(diǎn)以上，由于注入氣進(jìn)入油管而增大了氣液比，故壓力梯度明顯地低于注氣點(diǎn)以下的壓力梯度。 3）平衡點(diǎn)為正常生產(chǎn)時環(huán)形空間的液面位置，在此位置，油套管內(nèi)壓力相等。4）氣舉井

45、生產(chǎn)時壓力平衡式為 5）平衡點(diǎn)套壓與注氣點(diǎn)油管內(nèi)壓力之差p是為了保證注入氣通過工作閥進(jìn)入油管并排出注氣點(diǎn)以上的井內(nèi)液體。 連續(xù)氣舉設(shè)計(jì)的內(nèi)容是很豐富的，這里僅以限定井口油壓和注氣量條件下確定注氣點(diǎn)深度和產(chǎn)量為例，來說明氣舉設(shè)計(jì)方法及其與節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析的聯(lián)系。在有些情況下并不規(guī)定產(chǎn)量，而是希望在可提供的注氣壓力和注氣量下，盡量獲得最大可能的產(chǎn)量，其確定注氣點(diǎn)深度及產(chǎn)量的步驟如下所述(圖11-32)。 2. 限定井口油壓和注氣量條件下注氣點(diǎn)深度和產(chǎn)量的確定1) 設(shè)一組產(chǎn)量，按可提供的注氣量和地層生產(chǎn)氣液比求出每個產(chǎn)量所對應(yīng)的總氣液比。2) 以給定的地面注入壓力，利用式(11-35)計(jì)算環(huán)形空間氣柱壓

46、力分布線B，并以注入壓力減p(0.50.7 MPa)作B線的平行線，即為注氣點(diǎn)深度線C。 3) 以給定的井口油壓為起點(diǎn)，利用多相管流壓力梯度公式，根據(jù)對應(yīng)產(chǎn)量的總氣液比向下計(jì)算每個產(chǎn)量下的油管壓力分布曲線 、 、 。它們與注氣點(diǎn)深度線C的交點(diǎn)，即為各個產(chǎn)量所對應(yīng)的注氣點(diǎn) 、 、 和注氣深度 、 、 。4) 從每個產(chǎn)量對應(yīng)的注氣點(diǎn)壓力和深度開始，利用多相管流壓力梯度公式根據(jù)地層生產(chǎn)氣液比向下計(jì)算每個產(chǎn)量對應(yīng)的注氣點(diǎn)以下的壓力分布線 、 、 及井底流壓 、 、 。5) 在IPR曲線(圖11-33)上，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果繪出產(chǎn)量與計(jì)算流壓的關(guān)系曲線(油管工作曲線)，它與IPR曲線的交點(diǎn)所對應(yīng)的壓力和產(chǎn)

47、量，即為該井在給定注氣量和井口油管壓力下的最大產(chǎn)量q和相應(yīng)的井底流動壓力，亦即協(xié)調(diào)產(chǎn)量和流壓。根據(jù)給定氣量和協(xié)調(diào)產(chǎn)量q可計(jì)算出相應(yīng)的注入氣液比，進(jìn)而計(jì)算出總氣液比。6) 根據(jù)求得的井底流壓，用內(nèi)插法做對應(yīng)的注氣點(diǎn)以下的壓力分布曲線A，與注氣點(diǎn)深度線C之交點(diǎn)a，即為可能獲得的最大產(chǎn)量的注氣點(diǎn)，其深度 即為工作閥安裝深度 。另外，也可以用計(jì)算法得到曲線A，以便更準(zhǔn)確地得到注氣點(diǎn)。7) 根據(jù)最后確定的產(chǎn)量q及總氣液比計(jì)算注氣點(diǎn)以上的油管壓力分布曲線D。它可用來確定啟動閥的位置。 從節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析來看，上述設(shè)計(jì)步驟是以井底為解節(jié)點(diǎn)，通過選定注氣點(diǎn)深度來建立所給條件下油層與井筒的協(xié)調(diào)，并求得協(xié)調(diào)產(chǎn)量的。它

48、是在固定井口油管壓力的條件下進(jìn)行的，只涉及到油層-井筒-注氣系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)，當(dāng)存在地面出油管線(特別是出油管線較長)時，應(yīng)將地層-井筒-地面出油管線及注氣系統(tǒng)作為一個整體，按照節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。目的：排除井筒中的積液。積液的產(chǎn)生：在氣井中常有烴類凝析液或地層水流入井底。當(dāng)氣井產(chǎn)量高、井底氣液速度大而井中流體的數(shù)量相對較少時，水將完全被氣流攜帶至地面，否則，井筒中將出現(xiàn)積液。 積液的危害：積液的存在將增大對氣層的回壓，并限制其生產(chǎn)能力，有時甚至?xí)鈱油耆珘核酪灾玛P(guān)井。 第六節(jié) 排水采氣采取的措施：除采取防止地層水進(jìn)入氣井的一系列措施以減少流入井底的水外，還必須采取措施排出井筒中的積液

49、。氣體動力學(xué)方法：優(yōu)選管柱排水采氣機(jī)械方法： 柱塞氣舉排水采氣物理化學(xué)方法： 泡沫排水采氣排除井筒積液的方法：1）油管直徑過小 ：雖可以提高氣流速度，有利于將井底的液體排出，但在油管中的摩阻損失大，一定井口壓力下所要求的井底流壓高，從而限制了氣井產(chǎn)量； 2）油管直徑過大，雖可以降低氣流速度及摩阻損失，從而降低流壓，提高氣井產(chǎn)量，但過低的氣流速度無法將井底液體攜至地面，最終造成井底積液、流壓升高而限制產(chǎn)氣量。 一、 優(yōu)選管柱排水采氣 因此必須根據(jù)氣井的產(chǎn)能狀況優(yōu)選合理的管徑，充分利用氣藏的能量，盡可能多地使井底的液體能及時被氣流攜帶到地面，以獲得最大產(chǎn)氣量。 優(yōu)選管柱排水采氣 的核心：確定連續(xù)排

50、液所需的最小氣量。1969年特納(Turner)等人給出了能將氣流中最大液滴攜帶到地面的最低氣流流速： 影響因素：氣井連續(xù)排液所需的最低流速(也稱臨界流速)主要受氣、液密度、及界面張力影響。如 按井底條件算，則最小產(chǎn)氣量應(yīng)為：式中 氣流攜帶液滴所需的最小流量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))， 油管內(nèi)徑，m； 井底流壓，MPa； T井底氣流溫度，K； Z井底壓力、溫度下的氣體壓縮因子。 按此式初步選定管徑后，還需用節(jié)點(diǎn)分析方法對管柱及整個生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行核算分析，以實(shí)現(xiàn)整個生產(chǎn)系統(tǒng)最優(yōu)化。 以特納液滴模型為基礎(chǔ)的優(yōu)選管柱方法適用條件：高氣液比、井筒中呈霧狀流的含液氣井，對井筒中呈其它流動型態(tài)的含液氣井，則不宜用此方法。

51、式(11-38)又可改寫為：主要方法：游梁式抽油機(jī)、連續(xù)氣舉、電潛泵及柱塞氣舉 。柱塞氣舉：是利用氣井自身能量推動油管內(nèi)的柱塞舉水，不需其它動力設(shè)備、生產(chǎn)成本低，在美國被認(rèn)為是最佳的排水采氣工藝。 優(yōu)點(diǎn)：由于柱塞在舉升氣體與采出液體之間形成一個固體界面，能夠有效地防止氣體上竄和液體回落，從而減少了滑脫損失、提高了舉升效率。二、 柱塞氣舉排水采氣1. 柱塞氣舉裝置典型的柱塞氣舉裝置如圖11-34所示，其組成為：3) 防噴管。防噴管安裝在井口閘門以上，主要由彈簧、緩沖板和手動柱塞捕捉器等組成，其功能是吸收上行柱塞抵達(dá)井口的動能，必要時可以捕捉柱塞。4) 地面裝置。地面裝置主要由時間-周期控制器和氣

52、動閥組成。氣動閥按控制器定時發(fā)出的指令開關(guān)。1) 柱塞 柱塞體內(nèi)有一閥，根密封和旁通方式的不同，可設(shè)計(jì)成不同類型。2) 井底裝置 井底裝置主要由制動器和井下緩沖器等組成。制動器用卡瓦固定在油管鞋附近。緩沖器主要是一緩沖彈簧，安裝在制動器頂部，當(dāng)柱塞下行碰撞時起緩沖作用。 柱塞氣舉裝置的正常工作由時間-周期控制器定時地控制氣動閥的開關(guān)來完成。當(dāng)氣動閥關(guān)閉時，柱塞上的閥已被防噴管內(nèi)的撞擊桿頂開，打開旁通，柱塞自行下落。柱塞撞擊井下緩沖器后閥關(guān)閉，同時油管中液面不斷上升。 當(dāng)油套環(huán)空壓力恢復(fù)到足以突破油管鞋舉升柱塞以上液體時，氣動閥打開，氣體迅速從套管進(jìn)入油管，與地層流入井底的氣一起推動柱塞及其上液體升向井口，直到把柱塞上部的液體舉升至地面，柱塞撞擊防噴管內(nèi)的頂桿后，閥再次打開，氣動閥關(guān)閉，柱塞下落，開始下一次工作循環(huán)。柱塞氣舉工藝在氣舉采油井中也被廣泛應(yīng)用。2. 柱塞氣舉的工作原理 泡沫排水采氣就是從井口向井底注入某種能夠遇水起泡的表面活性