《采油裝備工業(yè)實訓》PPT課件

1、,采油裝備工業(yè)實訓,教學安排計劃 1、第1章 采油裝備概述（3小時） 2、參觀（1小時） 3、第2章 有桿采油裝備（9小時） 4、第3章 無桿采油裝備（7小時） 5、第4章 注水設備（4小時） 6、第5章 壓裂酸化設備（4小時） 7、第6章 修井設備（3小時） 8、第7章 修井工具（4小時） 9、兩次實訓（8小時） 10、考試（2小時） 聯(lián)系方式：辦公室電話：8391512 手機成績評定方法,1、理論考試的范圍 老師上課講的內(nèi)容。 2、成績的測算 平時表現(xiàn)（30分），實訓成績（30分），理論成 績（40分）。,第1章 采油裝備概述,1.1 采油工程技術簡介 采油工程技

2、術的定義：為了通過井筒這一流動通道，將原油經(jīng)濟有效地開采到地面，對油藏采取的一系列工程技術措施的總稱稱為采油工程技術。 采油工程技術包括：自噴采油技術、人工舉升采油技術 、注水、壓裂、酸化和修井等技術。 1.1.1自噴井采油技術與裝備 1、自噴井的四個流動過程 1）原油從油層流到井底的流動過程又稱油層滲流。油層滲流壓力損耗約占油層至井口分離器總壓力損耗的1040。 2）從井底沿著井筒上升到井口的流動過程又稱垂直管流。約占總壓力損耗的4060。 3）原油到井口之后通過油嘴的流動過程又稱油嘴節(jié)流。約占總壓力損耗的520。 4）沿地面管線流到分離器、計量站的過程又稱水平管流。壓力損耗較小，約占總壓力

3、損耗的510。,圖1-1 自噴井生產(chǎn)的四個流動過程示意圖,2、自噴采油技術裝備 自噴采油技術的裝備主要指井口裝置和地面流程設備。 1）井口裝置 （1）套管頭：放置在整套井口裝置的最下端，作用是連接井內(nèi)各層套管并密封套管間的環(huán)形空間。 （2）油管頭：裝在套管頭的上面，它包括油管懸掛器和套管四通。油管懸掛器的作用是懸掛油管管柱、密封油管和油層套管間的環(huán)形空間；套管四通的作用是進行正反循環(huán)洗井，以及通過油套管環(huán)形空間進行提高產(chǎn)量的各項作業(yè)，觀察套管壓力。 （3）采油樹：是指油管頭以上的部分，即總閘門以上的部分。它的作用是控制和調(diào)節(jié)自噴井生產(chǎn)，引導從井中噴出的油氣進入出油管線。 2）地面流程設備 包括

4、對油井產(chǎn)物和井口設備加熱保溫的加熱爐，油氣分離器、高壓離心泵、清蠟設備以及地面管線等。,圖1-2 自噴井井口裝置示意圖,1.1.2 人工舉升采油技術與裝備 人工舉升采油技術又稱機械采油，包括：有桿泵采油、無桿泵采油、氣舉采油和提撈采油等。 1、 有桿泵采油與裝備 有桿泵采油工藝是利用抽油桿將地面動力傳遞到井下泵完成抽油的人工舉升工藝技術。有桿泵采油系統(tǒng)分為常規(guī)有桿泵采油和地面驅(qū)動螺桿泵采油兩大類，兩者都是用抽油桿將地面動力傳遞給井下泵的。 1）常規(guī)有桿泵采油 設備包括三部分即地面部分游梁式、鏈條式或液壓式抽油機；井下部分抽油泵，又稱深井泵；抽油機與抽油泵的連接部分抽油桿，習慣上將抽油機、抽油泵

5、和抽油桿三部分稱作“三抽設備”。 工作過程：電機通過減速器、曲柄連桿機構和游梁等，將高速旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)槌橛蜋C驢頭的低速上下往復運動；并通過抽油桿帶動柱塞，在深井泵中上下往復運動，實現(xiàn)抽油。,圖1-3 常規(guī)有桿泵 采油系統(tǒng)示意圖 1固定閥； 2柱塞； 3油管； 4抽油桿； 5套管； 6套管三通； 7法蘭盤； 8油管三通； 9光桿密封盒； 10套管閘門； 11套壓表； 12回壓閘門； 13油壓表； 14生產(chǎn)閘門； 15懸繩器； 16驢頭； 17支架軸； 18連桿； 19曲柄； 20減速器； 21電動機,2）地面驅(qū)動螺桿泵采油 工作過程：動力設備帶動驅(qū)動頭和抽油桿柱旋轉(zhuǎn)，使螺桿泵轉(zhuǎn)子隨之一起轉(zhuǎn)動，原油

6、經(jīng)螺桿泵下端吸入，由上端排出，實現(xiàn)增壓，并沿油管柱向上流動。 2、無桿泵采油與裝備 目前，國內(nèi)外應用比較成熟的無桿泵采油方法有潛油電泵采油、水力活塞泵采油和水力射流泵采油三種。 1）潛油電泵采油 潛油電泵采油全稱為電動潛油離心泵采油，又稱電潛泵采油，它是將電動機和潛油電泵一起下入油井液面以下進行抽油的舉升設備。潛油電泵機組由三部分組成即井下部分、地面部分和連接井下與地面的中間部分，如圖1-5所示。 工作過程：地面電源通過變壓器、控制屏和電纜將電流從地面送到井下的潛油電機中，使?jié)撚碗姍C帶動潛油電泵的葉輪高速旋轉(zhuǎn)，充滿葉輪內(nèi)的液體在離心力的作用下從葉輪中心沿著葉片的流道被甩向葉輪的四周，使壓力和速

7、度同時增加，經(jīng)過電泵導殼的流道被引向下一級的葉輪，這樣流過所有的葉輪和導殼，液體的壓能不斷累積疊加，就可獲得一定壓力，將井下液體舉升到地面。,圖1-4地面驅(qū)動螺 桿泵采油系統(tǒng)示意圖 1電控箱 2電機 3皮帶 4方卡子 5光桿 6減速器 7螺桿泵井口 8抽油桿 9抽油桿扶正器 10油管扶正器 11油管 12螺桿泵 13套管 14定位銷 15防脫裝置 16篩管,圖1-5 典型潛油電 泵采油系統(tǒng)示意圖 1潛油電機 2電機保護器 3氣液分離器 4潛油電泵 5小扁電纜 6電纜接頭 7圓電纜 8單流閥 9泄油閥 10井口 11變壓器 12控制屏 13油管 14套管,2）水力活塞泵采油 水力活塞泵是一種液壓

8、傳動的無桿抽油設備，如圖1-6所示。 水力活塞泵采油的工作過程是：利用三缸高壓泵將動力液（水或油）從地面動力液罐經(jīng)控制管匯、井口裝置泵入井內(nèi)，進入水力活塞泵中，水力活塞泵由兩個往復式柱塞組成，其中一個柱塞被動力液驅(qū)動帶動另一個柱塞抽汲原油將井內(nèi)液體舉升到地面。 3）水力射流泵采油 水力射流泵簡稱射流泵，是一種特殊的水力泵，它是利用射流原理將注入井內(nèi)的高壓動力液的能量傳遞給井下產(chǎn)液的無桿水力采油裝置。射流泵采油系統(tǒng)與水力活塞泵采油系統(tǒng)的組成相似，由動力液罐、高壓地面泵、控制管匯和井下射流泵組成，射流泵和水力活塞泵的井下總成可以互換使用。射流泵的主要特點之一是沒有運動部件，它的工作部件是噴嘴、喉管

9、和擴散管。 工作過程：高壓動力液從地面進入射流泵后，通過噴嘴將動力液的高壓勢能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚賱幽?；在喉管?nèi)，高速動力液與低速原油混合，進行動量交換；通過擴散管將動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，把混合物采到地面。,圖1-6 水力活塞泵 采油系統(tǒng)示意圖 1高壓控制管匯 2三缸泵 3發(fā)動機 4動力液罐； 5井口裝置 6井下泵工作筒 7水力活塞泵,3、氣舉采油 氣舉采油從油管與套管的環(huán)形空間，通過裝在油管上的氣舉 閥將天然氣連續(xù)不斷地注入油管內(nèi)，使油管內(nèi)的液體與注入的高壓 天然氣混合，降低液柱的密度，減少液柱對井底的回壓，從而使油 層與井底之間形成足夠的生產(chǎn)壓差，使油層內(nèi)的原油不斷地流入井 底，并被舉升到地面上。 氣舉

10、采油的主要工藝流程如圖1-7所示。其中氣舉閥在生產(chǎn)系 統(tǒng)中占有至關重要的位置，關系到氣舉井生產(chǎn)的成敗，一般要在油 管管柱上安裝56個氣舉閥，這些氣舉閥從井下一定的深度開 始，每隔一段距離安裝一個。 4、提撈采油 提撈采油有三種方式： 1）用鋼絲繩將打撈筒下入套管中，一筒一筒地向井口提油； 2）用鋼絲繩將撈油泵下入套管中，抽吸液體，再提到地面； 3）將前述兩者接合，從井下?lián)朴汀?提撈泵的工作過程：鋼絲繩下端連接提撈泵，在重力作用下，沿井筒 下行。進入液面以后，單流閥在井液的推力下打開，提撈泵繼續(xù)下行；途經(jīng) 井段的井液就流經(jīng)提撈泵內(nèi)腔，位于提撈泵的上方，當提撈泵到達預定深度 后，停止下放并上提，則

11、提撈泵的單流閥在自重和其上液柱的壓力下關閉。 由于提撈泵的外周有與井筒過盈接觸的密封件，密封件在泵上液柱的壓力下 更緊密地與井筒相貼，液體不能通過，因此泵上液柱就與提撈泵一起上升， 直至井口，進入集油管線，完成一次撈油過程。,圖1-7 氣舉井流程示意圖,1.1.3 油田注水 1、注水井投注程序 注水井完鉆后，一般要經(jīng)過排液、洗井和試注之后才能轉(zhuǎn)入正常注水。 1）排液 排液的目的在于清除近井地帶油層內(nèi)的堵塞物，在井底附近造成適當?shù)牡蛪簬?，為注水?chuàng)造有利條件。 2）洗井 注水井在排液之后還需要進行洗井。洗井的目的是把井筒內(nèi)的腐蝕物、雜質(zhì)等污物沖洗出來，避免油層被污物堵塞，影響注水。 3）試注 試注

12、的目的在于確定能否將水注入油層并獲得油層吸水啟動壓力和吸水指數(shù)等，以便根據(jù)配注水量選定注水壓力。因此，在試注時要進行水井測試，求出注水壓力和地層吸水能力。 4）轉(zhuǎn)注 注水井通過排液、洗井、試注，取全、取準試注資料并繪制出注水井指數(shù)曲線后，就可以轉(zhuǎn)入正常注水了。 2、注水流程 注水前必須找好水源，并對水質(zhì)進行凈化處理，使之達到注入水的要求。凈化后的水通過注水管網(wǎng)進入注水站，由高壓泵增壓后輸送到各配水間，再分配到各注水井。從地下采出的污水也要經(jīng)過污水處理站進行再處理，然后回注地層。,1.1.4 油層壓裂和酸化 1、油層壓裂 油層壓裂是利用地面高壓泵，通過井筒向油層擠注具有較高粘 度的壓裂液。當注入

13、壓裂液的速度超過油層的吸收能力時，則在井 底形成很高的壓力，當該壓力超過井壁附近油層巖石的破裂壓力 時，油層就被壓開并產(chǎn)生裂縫。這時，繼續(xù)不停地向油層擠注壓裂 液，裂縫就會繼續(xù)向油層內(nèi)部延伸。為了保持壓開的裂縫處于張開 狀態(tài)，接著向油層擠入帶有支撐劑的攜砂液，一般是石英砂。攜砂 液進入裂縫后，一方面可以使裂縫繼續(xù)向前延伸，另一方面可以支 撐已經(jīng)壓開的裂縫，使其不閉合。再接著注入頂替液，將井筒的攜 砂液全部頂替進入裂縫。最后，注入的高粘度壓裂液會自動降解排 出井筒之外，在油層中留下一條或多條長、寬、高不等的裂縫，使 油層與井筒之間建立起一條新的流體通道。油層壓裂示意圖如圖1-8 所示。油層壓裂之

14、后，油井的產(chǎn)量一般會大幅度增長。 2、酸化 酸化是利用地面高壓泵將酸液通過井筒擠入油層，使酸液與油 層的孔隙發(fā)生化學溶蝕作用，以擴大油流通道，提高油層的滲透 率，或者依靠酸液溶解井壁附近的堵塞物，如泥漿、泥餅及其它沉 淀物質(zhì)，以提高油井的產(chǎn)量。,圖1-8 油層壓裂示意圖,1.1.5 修井 油氣井在長期生產(chǎn)過程中，由于各種原因會發(fā)生很多故障，導致油氣井停產(chǎn)、減產(chǎn)。為了解除油氣井的故障，恢復生產(chǎn)能力，并對油層進行改造，提高油氣井的生產(chǎn)能力，保持長期的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，以取得更大的經(jīng)濟效益，必須對油氣井進行經(jīng)常的、反復的維護修理。我們把對油氣井進行解除故障、恢復生產(chǎn)、提高生產(chǎn)能力的工作稱為修井。 修井工作是

15、開發(fā)好地下資源，獲得大量的油、氣資源的重要手段。它能使停產(chǎn)井恢復正常生產(chǎn)，從而使工作井的數(shù)量得到保證，這是完成和超額完成采油生產(chǎn)計劃的決定性條件之一。,1.2 三抽設備的發(fā)展及展望 1.2.1 抽油機的發(fā)展及展望 1、抽油機的發(fā)展現(xiàn)狀 根據(jù)研發(fā)時間的先后，可將抽油機分為三個發(fā)展階段。 第一代是以游梁和曲柄為主要結構的游梁式抽油機，包括常規(guī) 型、異型、退化游梁型和斜直井型抽油機等。這類抽油機可調(diào)范圍 大、能適應野外惡劣的工作環(huán)境 ，但由于游梁式抽油機用四連桿機 構將電機的旋轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)換為直線往復運動，存在系統(tǒng)能量傳遞環(huán)節(jié) 多，損失高的缺點。 第二代為無游梁抽油機，包括鏈條抽油機、皮帶抽油機、天輪 式

16、抽油機、漸開線異型抽油機、摩擦換向抽油機、直線往復式抽油 機等。無游梁抽油機容易實現(xiàn)長沖程，相對沖程損失小，沖次低， 降低了運動系統(tǒng)的加速度，慣性載荷較?。坏Y構復雜、運動件多、 成本高，柔性連接件如鏈條、皮帶、鋼絲繩等使用壽命短。雖然取消 了四連桿機構，但其傳動效率與游梁式抽油機區(qū)別不大。 第三代為多功能型抽油機，包括直驅(qū)多功能型、單曲柄型和高 架抽油機三種。多功能型抽油機的特點是充分結合柔性繩能量傳遞系統(tǒng)， 利用滑輪體系，實現(xiàn)抽油、作業(yè)、測試、調(diào)整等綜合功能。,圖1-9 常規(guī)游梁式抽油機,圖1-10 無游梁式抽油機,2、抽油機的展望 新型抽油機的特點：增強了抽油機的適應性、可靠性、經(jīng)濟性和

17、 先進性；改善了抽油性能，增加了功能；提高了抽油效率，減少了動 力消耗；提高了抽油機平衡效果，改善了抽油機的運動特性、動力 特性與平衡特性；增大了抽油機的使用范圍，減小了抽油機體積和 重量，強化了抽油機自動化與智能化程度。今后抽油機將朝著以下 四個方向發(fā)展： 1）朝著低能耗方向發(fā)展； 華北石油管理局第一石油機械廠首先開發(fā)成功了異型抽油機又 稱雙驢頭抽油機 ,大慶石油學院研制的矮型異相曲柄平衡抽油機 , 美國Lufkin公司生產(chǎn)的前置式氣平衡抽油機和旋轉(zhuǎn)驢頭式低矮型抽 油機 。 2）朝著多功能方向發(fā)展； 3) 朝著長沖程無游梁方向發(fā)展 ； 我國勝利油田最早研制成功的鏈條式抽油機，美國WGCO公司

18、生 產(chǎn)的無游梁長沖程抽油機最大沖程達24.38m，NSCO公司生產(chǎn)的無游 梁長沖程抽油機最大沖程為27.43m，美國HIGHLAND公司生產(chǎn)的立式 ROTAFLEX皮帶抽油機。 4）朝著自動化和智能化方向發(fā)展。 華北油田采油研究院研制的智能遠程監(jiān)控抽油機 ，寶雞石油機 械廠生產(chǎn)的數(shù)控抽油機 ，美國的Baker、Delta-X、APS和NSCO等公 司 。,圖1-11 異型抽油機,Baker公司開發(fā)的自動化抽油機具有多種保護功能，一旦某些 運行參數(shù)超過允許值時，會自動報警停車。此外，還配有泵抽空控 制器，以便及時發(fā)現(xiàn)在抽油過程中井下抽油泵的工作狀況，確保安 全可靠地進行抽油。 Delta-X 公

19、司生產(chǎn)的自動化抽油機利用微機對抽油泵進行監(jiān)測 和搖控，具有防抽空功能，診斷故障和保護功能，抽油安全可靠、 事故少。 APS公司生產(chǎn)的自動化抽油機裝有系統(tǒng)分析器，可以監(jiān)測、記 錄與分析抽油機的電動機輸入、輸出電流和功率；連桿、游梁的受 力；懸點位移和速度等十幾種參數(shù)，并具有多種診斷功能?？墒钩?油機達到最優(yōu)抽吸工況。 NSCO公司研制了世界上第一臺智能型抽油機，效率高、動力 消耗少、自動化程度高，與常規(guī)抽油機相比，具有結構緊湊、占地 面積小、沖程長、沖次低、平衡穩(wěn)、節(jié)能效果好，具有故障診斷功 能等優(yōu)點。,1.2.2 抽油泵的發(fā)展與展望 抽油泵一般應滿足以下要求：結構簡單，強度高，質(zhì)量好，連 接部

20、分密封可靠；制造材料耐磨和抗腐蝕性好，使用壽命長；規(guī)格 類型能滿足油井排液量的需要，適應性強；便于起下；在結構上應 考慮防砂、防氣，并帶有必要的輔助設備。 1、抽油泵的發(fā)展現(xiàn)狀 抽油泵主要由工作筒、柱塞、游動閥和固定閥組成，如圖1-12 所示。 根據(jù)研發(fā)時間的先后，可將抽油泵分為三個階段，即第一代襯 套柱塞泵，第二代整筒柱塞泵，第三代自補償泵。 為適應多種油井條件的需要，除了標準抽油泵以外，還有許多特 殊類型的抽油泵。 例如：陜西咸陽鋼管鋼繩有限責任公司研制生產(chǎn) 了防氣鎖泵，勝利油田采油工藝研究院研制的長柱塞防砂卡抽油泵 。 目前，國外正在研究如何提高抽油泵的質(zhì)量，研究新型或特殊性 能抽油泵超

21、長沖程抽油泵、雙作用泵、空心泵、隔膜式抽油泵 等，同時加強抽油泵零部件的研制和輔助設施的研究。,圖1-12 抽油泵結構示意圖 1抽油桿 2柱塞 3游動閥 4固定閥 5工作筒,國外生產(chǎn)抽油泵的國家主要有美國、加拿大、俄羅斯等國。美 國阿克塞爾森（Axelson）公司研制出直徑為31.8mm，沖程為 3048m的桿式抽油泵;加拿大Harbison-Fische公司開發(fā)了一種 泵徑為196.85mm的大流量有桿泵，被認為是目前最大的往復式有 桿泵，產(chǎn)量可達1600m3/d。俄羅斯在抽油泵研制方面投入較大， 先后研制成功活塞式桿式泵、“真空”腔式雙柱塞抽油泵、特殊結構 的長沖程抽油泵、配置旋轉(zhuǎn)柱塞的桿

22、式抽油泵等都處于世界領先水 平。 2、抽油泵的展望 1）發(fā)展長沖程抽油泵，與長沖程抽油機配套。 2）發(fā)展多功能特種泵，如低摩阻泵、防垢泵，適應高含砂、含氣等復雜環(huán)境的特種泵。 3）發(fā)展自補償泵，提高泵效，降低摩阻，節(jié)能降耗，延長泵的壽命。,1.2.3 抽油桿的發(fā)展與展望 1、抽油桿的發(fā)展現(xiàn)狀 按照抽油桿的發(fā)展大致可將其分為三個類別，第一類金屬抽油桿，第二 類非金屬抽油桿，第三類連續(xù)抽油桿。抽油桿的工作壽命逐漸延長，在施工 時間和斷脫率方面，第一類和第二類區(qū)別不大，第三類連續(xù)抽油桿有較大的 改善。 近年來，世界主要生產(chǎn)抽油桿國家的研究開發(fā)重點集中在兩個方面： 1）采用新型材料和新的熱處理工藝以及強化處理工藝制造抽油桿； 2）各種新型抽油桿的研究、開發(fā)與應用。 2、抽油桿的技術展望 1）發(fā)展新結構，如焊接抽油桿、空心抽油桿等。 2）發(fā)展新工藝，如噴涂不銹鋼抽油桿、綜合強化抽油桿等。 3）發(fā)展高強度