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1、第四节 泵效计算,泵效：在抽油井生产过程中，实际产量与理论产量的比值。,影响泵效的因素：,(3)漏失影响,(1)抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩,(2)气体和充不满的影响,(4)体积系数的影响,一、柱塞冲程,液柱载荷交替地由油管转移到抽油杆柱和由抽油杆柱转移到油管，使杆柱和管柱发生交替地伸长和缩短。,(一)静载荷作用下的柱塞冲程,柱塞冲程小于光杆冲程,抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩,泵效小于1,交变载荷作用,抽油杆柱和油管柱的自重伸长在泵工作的整个过程中是不变的，它们不会影响柱塞冲程。,冲程损失计算式：,柱塞冲程：,冲程损失：,抽油杆和油管弹性伸缩示意图,二、泵的充满程度,气锁：抽汲时由于气体在泵内压缩
2、和膨胀，吸入和排出阀无法打开，出现抽不出油的现象。,气体对冲满程度的影响,余隙比：,充满系数：,条件：,泵充满程度的影响因素分析：,(1)生产流体的性质气液比 R愈小，就越大。增加泵的沉没深度或使用气锚。,(2)防冲距,下死点静止状态下柱塞与泵吸入口的距离,K值越小，值就越大。尽量减小防冲距，以减小余隙。,二、泵的充满程度,三、泵的漏失,(1)排出部分漏失,(2)吸入部分漏失,(3)其它部分漏失 如油管丝扣、泵的连接部分及泄油器不严等,漏失很难计算，除了新泵可根据试泵实验测试结果和相关式估算外，泵由于磨损、砂蜡卡和腐蚀所产生的漏失以及油管丝扣、泵的连接部分和泄油器不严等所产生的漏失很难计算。,
3、四、提高泵效的措施,(1)选择合理的工作方式,选用大冲程、小冲次，减小气体影响，降低悬点载荷，特别是稠油的井。,连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。,深井抽汲时，S和N的选择一定要避开不利配合区。,(2)确定合理沉没度。,(3)改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。,(4)使用油管锚减少冲程损失,(5)合理利用气体能量及减少气体影响,重力式气锚分离原理,旋流分离器,利用离心力原理分离气液（固）体。,气液（固）混合物由切线方向进入分离器后，沿分离器筒体旋转，产生离心力。离心力与液（固）体颗粒的密度成正比。液（固）体颗粒的密度比气体大得多，于是液（固）体颗粒就被抛到外圈（靠近器壁），较
4、轻的气体则在内圈。被抛在外圈的液（固）体颗粒继续旋转，并向下沉淀，最后到达锥形管聚集后从下部出口放出，内圈的气体则从上部出口放出。,第六节 有杆抽油系统工况分析,(1)了解油层生产能力及工作状况，分析是否已发挥了油层潜力，分析、判断油层不正常工作的原因；,(2)了解设备能力及工作状况，分析设备是否适应油层生产能力，了解设备潜力，分析判断设备不正常的原因；,(3)分析检查措施效果。,分析目的：油层与抽油设备协调，油井高效生产。,分析内容：,一、抽油井液面测试与分析,（一）动液面、静液面及采油指数,静液面（Ls或Hs）：对应于油藏压力。,动液面（Lf或Hf）：对应于井底压力 流压,生产压差：与静液
5、面和动液面之差相对应的压力差。,沉没度hs：根据气油比和原油进泵压力损失而定。,静液面与动液面的位置,采油指数：,折算液面：把在一定套压下测得的液面折算成套管压力为零时的液面，即：,？,（一）动液面、静液面及采油指数,(二)液面位置的测量,测量仪器：回声仪,测量原理：利用声波在环形空间流体介质中的传播速度和测得的反射时间来计算其位置：,1.有音标的井,声波反射曲线,(三)含水井油水界面及工作制度与含水的关系,含水井正常抽油时，油水界面稳定在泵的吸入口处。,低气油比含水油井：在泵下加深尾管来降低流压，提高产量。,低含水高气油比井(除带喷者外)：加深尾管会降低泵的充满系数。,含水井的油水界面,思考
6、题：上述说法的理由？,抽油井工作制度与含水的变化关系,当油层和水层压力相同(或油水同层)时，油井含水不随工作制度而改变；,当出油层压力高于出水层压力时，增大总采液量(降流压)，将引起油井含水量的上升；,当水层压力高于油层压力时，加大总采液量，将使油井含水量下降。,确定含水井工作制度时：对油水层压力相同及水层压力高于油层压力的井，把产液量增大到设备允许的抽汲量是合理的。利用油井在不同工作制度下产液量与含水的变化情况来判断油水层的压力关系。,二、地面示功图分析,示功图：载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。,地面示功图或光杆示功图：悬点载荷与位移关系的示功图。,示功图测试仪器：动力仪。,二、
7、地面示功图分析,(一)理论示功图及其分析,1.静载荷作用下的理论示功图,循环过程：下死点A加载完成B上死点C卸载完成D下死点A,静载理论示功图,ABC为上冲程静载荷变化线。AB为加载过程，加载过程中，游动阀和固定阀处于关闭状态；在B点加载完毕，变形结束，柱塞与泵筒开始发生相对位移，固定阀打开而吸入液体。BC为吸入过程（BC=sP为泵的冲程），游动阀处于关闭状态。,CDA为下冲程静载荷变化线。CD为卸载过程，游动阀和固定阀处于关闭状态；在D点卸载完毕，变形结束，柱塞与泵筒发生向下相对位移，游动阀被顶开、排出液体。DA为排出过程，固定阀处于关闭状态。,2.考虑惯性载荷后的理论示功图,考虑惯性和振动
8、后的理论示功图,S/2,(一)理论示功图及其分析,(二)典型示功图分析,典型示功图：某一因素的影响十分明显，其形状代表了该因素影响下的基本特征的示功图。,1.气体和充不满对示功图的影响,有气体影响的示功图,气体影响示功图,充满系数：,气锁,充不满影响的示功图,充不满现象：地层产液在上冲程末未充满泵筒的现象。,液击现象：泵充不满生产时，柱塞与泵内液面撞击引起抽油设备受力急剧变化的现象。,充不满的示功图,2.漏失对示功图的影响,排出部分的漏失,泵排出部分漏失,柱塞的有效吸入行程：,泵效：,吸入部分漏失,吸入阀漏失,柱塞的有效吸入行程：,泵 效：,吸入阀严重漏失,吸入部分漏失,3.抽油杆断脱时的实测
9、示功图(如图15)：抽油杆断脱时，光杆只承受断裂上部抽油杆在液体中的重力，因而示功图形成长条，长条图形越向上，表示断脱位置越向下。抽油杆断脱时，油井产液量为零。,第四部分实测地面示功图图例分析,吸入部分和排出部分同时漏失,吸入阀和排出阀同时漏失,3.柱塞遇卡的示功图,柱塞在泵筒内被卡死在某一位置时，在抽汲过程中柱塞无法移动而只有抽油杆的伸缩变形，图形形状与被卡位置有关。,活塞卡在泵筒中部,4.带喷井的示功图,在抽汲过程中，游动阀和固定阀处于同时打开状态，液柱载荷基本加不到悬点。示功图的位置和载荷变化的大小取决于喷势的强弱及抽汲液体的粘度。,喷势强、油稀带喷,喷势弱、油稠带喷,5.抽油杆断脱,抽
10、油杆断脱后的悬点载荷实际上是断脱点以上的抽油杆柱重量，只是由于摩擦力，才使上下载荷线不重合。图形的位置取决于断脱点的位置。,抽油杆柱的断脱位置可根据下式来估算：,抽油杆断脱,出砂井,6.其它情况,结蜡井,管式泵活塞脱出工作筒,防冲距过小活塞碰固定阀的示功图,三、抽油机井工况诊断技术,抽油机井工况诊断技术：,光杆示功图,井下示功图,抽油设备工况,三、抽油机井工况诊断技术,计算抽油杆柱断面上的应力分布和示功图；,估算泵口压力；,判断油井潜能；,计算活塞冲程和泵效；,检验泵及油管锚的机械状况；,计算和绘制扭矩曲线，并进行平衡和功率的计算与分析。,抽油井计算机诊断的内容：,(一)诊断技术的理论基础,应
11、力波,设备工况,信号记录,(三)诊断技术的应用,1.判断泵的工作状况及计算泵排量,2.计算各级杆柱的应力和分析杆柱组合的合理性,3.计算和分析抽油机扭矩、平衡及功率,4.估算泵口压力及预测油井产量,5.判断油管锚或封隔器固定油管的有效性,二、基本示功图,最大载荷,静载示功图,考虑动载的示功图,最小载荷系数,最大载荷系数,最小载荷,第二节 防蜡与清蜡,石蜡：16到64的烷烃(C16H34 C64H130)。纯石蜡为白色，略带透明的结晶体，密度880905kg/m3，熔点为4960。,结蜡现象：当温度降到析蜡点以下时，蜡以晶体形式从原油中析出，随着温度、压力的降低和气体的析出，结晶析出的蜡聚集长大
12、形成蜡晶体沉积在管壁等固相表面上，称为所谓的结蜡现象。,油井结蜡的危害：,（1）影响着流体举升的过流断面，增加了流动阻力；,（2）影响着抽油设备的正常工作。,一、油井防蜡机理,(一)油井结蜡的过程,（1）当温度降至析蜡点以下时，蜡以结晶形式从原油中析出；,（2）温度、压力继续降低和气体析出，结晶析出的蜡聚集长大形成蜡晶体；,（3）蜡晶体沉积于管道和设备等的表面上。,蜡的初始结晶温度或析蜡点：,当温度降低到某一值时，原油中溶解的蜡便开始析出，蜡开始析出的温度。,(二)影响结蜡的因素,1.原油的性质及含蜡量,2.原油中的胶质、沥青质,原油中含蜡量越高，油井就越容易结蜡。,原油中所含轻质馏分越多，则
13、蜡的初始结晶温度就越低，保持溶解状态的蜡就越多，即蜡不易出。,胶质含量增加，蜡的初始结晶温度降低；,沥青质对石蜡结晶起到良好的分散作用，且使沉积蜡的强度将明显增加，而不易被油流冲走。,3.压力和溶解气油比,蜡的初始结晶温度与压力、气油比的关系 曲线1油层油；曲线2脱气油；R溶解气油比；条件：油层油饱和压力9.8MPa；含蜡量4.51%；含胶质2.85%,当PPb时,P,T蜡初始结晶温度,BA当PPb时,P,T蜡初始结晶温度,AC,4.原油中的水和机械杂质,油井含水量增加，结蜡程度有所减轻。,5.液流速度、管壁粗糙度及表面性质,水和机械杂质对蜡的初始结晶温度影响不大。,原油中的细小砂粒及机械杂质
14、将成为石蜡析出的结晶核心，而促使石蜡结晶的析出，加剧了结蜡过程。,(二)影响结蜡的因素,液流速度对结蜡的影响有正反两个方面的作用,管壁越光滑，蜡越不容易沉积,表面亲水性越强，越不易结蜡。,流速与结蜡量的关系1钢管；2,3塑料管,自喷井结蜡规律,自喷井主要是油管结蜡和地面油嘴结蜡。规律如图，一般油管下部不结蜡，因为下部油T高，P高，溶解气多，石油对蜡的溶解能力强。从某一位置开始，由于TP油溶蜡能力。越往上结蜡越严重，但接近井口时，结蜡减少，因为V大，部分蜡被带走。,结蜡规律,二、油井防蜡方法,（1）阻止蜡晶的析出：在原油开采过程中，采用某些措施(如提高井筒流体的温度等)，使得油流温度高于蜡的初始
15、结晶温度，从而阻止蜡晶的析出。,（2）抑制石蜡结晶的聚集：在石蜡结晶已析出的情况下，控制蜡晶长大和聚集的过程。如在含蜡原油中加入防止和减少石蜡聚集的某些化学剂抑制剂，使蜡晶处于分散状态而不会大量聚集。,（3）创造不利于石蜡沉积的条件：如提高表面光滑度、改善表面润湿性、提高井筒流体速度等。,1.油管内衬和涂层防蜡,作用：通过表面光滑和改善管壁表面的润湿性，使蜡不易在表面上沉积，以达到防蜡的目的。,（1）玻璃衬里油管防蜡原理,油管表面具有亲水憎油特性；,玻璃表面十分光滑；,玻璃具有良好的绝热性能。,（2）涂料油管防蜡原理,在油管内壁涂一层固化后表面光滑且亲水性强的物质。,二、油井防蜡方法,自喷井用
16、得多,抽油井用得少.原因1.衬管易坏不好修.2.刮掉的渣子使抽油泵阀关不严.,2.化学防蜡,向井筒中加入液体化学防蜡剂或在抽油管柱上装有固体化学防蜡剂，防蜡剂在井筒流体中溶解混合后达到防蜡目的。,（1）活性剂型防蜡剂：通过在蜡结晶表面上的吸附，形成不利于石蜡继续长大的极性表面，使蜡晶以微粒状态分散在油中易被油流带走；还可吸附于固体表面上形成极性表面，阻止石蜡的沉积。,（2）高分子型防蜡剂：油溶性的，具有石蜡结构链节的支链线性高分子，在浓度很小的情况下能够形成遍及整个原油的网状结构，而石蜡就可在这网状结构上析出，因而彼此分散，不能聚集长大，也不易在固体表面沉积，而易被液流带走。,二、油井防蜡方法
17、,图547抽油机井井口加药装置1一加药漏斗；2一加药阀；3一加药放空阀；4一加药罐；5套管加药阀；6一套管人口；7一平衡阀；8一压力表,(一)关套管加药阀5和平衡阀7，开加药放空阀3，把加药罐内的压力放净；,(二)再打开加药阀2，即可把事先按比例浓度配好的药剂倒人加药罐内，待加入量够(注意加药量不许超过罐容积的90)时，关闭加药放空阀3和加药阀2；,(三)缓慢打开平衡阀7，使套管气进入加药罐内，并达到平衡后；,(四)再打开套管加药阀5，药就会自动(自重和套压作用)从套管流人井内；并在油套环空的液体(油)中继续下降，最后到油管的吸人口随液体一起沿着油管内被举升到井口，在这过程中药不断地吸附在油管
18、内壁表面起到防蜡作用。,操作程序,有的油田还把磁防蜡技术应用在抽油机井的抽油杆上进行防蜡，即把特制的磁防蜡器装在井内易结蜡井段的抽油杆上，一般是每隔50m或100m装一个，这也是其防蜡的一特点，它还有可以扶正抽油杆，减少杆管的摩擦的双重作用；生产实践证明这种防蜡效果是很好的。,当井底原油从筛管进入泵前，流过磁防蜡器处就会被强磁场磁化，使其在进入泵时不易结蜡，这样就达到了防蜡的目的。,防蜡过程为,防气,装气锚,装套管放气阀,定套压调弹簧,3.热力防蜡：提高流体温度；采油成本高。,4.磁防蜡技术,（1）原油通过强磁防蜡器时，石蜡分子在磁场作用下定向排列作有序流动，克服了石蜡分子之间的作用力，不能按
19、结晶的要求形成石蜡晶体；,（2）对于已形成蜡晶的微粒通过磁场后，石蜡晶体细小分散，并且有效地削弱了蜡晶之间、蜡晶与胶体分子之间的粘附力，抑制了蜡晶的聚集长大；,（3）磁场处理后还能改变井筒中结蜡状态，使蜡质变软，易于清除。,二、油井防蜡方法,三、油井清蜡方法,(1)机械清蜡,常用的工具主要有刮蜡片和清蜡钻头等。,(2)热力清蜡,热流体循环清蜡法,电热清蜡法,热化学清蜡法,机械清蜡示意图1绞车；2钢丝；3防喷管；4采油树；5套管；6油管；7刮蜡片,应根据油井的结蜡规律定出清蜡制度,包括:清蜡周期、清蜡深度、操作规程及使用的刮蜡片的规格等。,热油循环清蜡流程图,热油循环清蜡流程图,热油循环清蜡流程
20、图,1水套加热炉 2分油包 3回油阀 4油嘴 5分离器,（3）微生物清蜡,它是近年来发展的，在我国已逐步推广应用的一种技术。用于清蜡的微生物主要有食蜡性微生物和食胶质和沥青质性微生物。油井清蜡的微生物其形状为长条螺旋状体长度为14m，宽度为0.10.3m。它能降低原油凝固点和含蜡量，以石蜡为食物。微生物注入油井后，它主动向石蜡方向游去，猎取食物，使蜡和沥青降解，微生物中的硫酸盐还原菌的增殖，产生表面活性剂，降低油水界面张力，同时微生物中的产气菌还可以生成溶于油的气体，如CO2、N2、H2，使原油膨胀降粘，由此达到清蜡的目的。,第四节 稠油及高凝油开采技术,一、稠油及高凝油开采特征,(一)稠油的
21、基本特点,中国稠油分类标准,注:带*指油藏条件下原油的粘度，其它指油藏温度下脱气油的粘度,一、稠油及高凝油开采特征,(一)稠油的基本特点,(2)稠油的粘度对温度敏感,(1)粘度高、密度大、流动性差,(3)稠油中轻质组分含量低，而胶质、沥青质含量高,粘度/mPa.s,温度/,温度,原油粘度显著,（4）我国大多数稠油含硫、石蜡，金属元素较低。,（5）稠油油藏大多数地层疏松，易出砂。,一、稠油及高凝油开采特征,(二)高凝油的基本特点,1）高凝油是指蜡含量高、凝固点高的原油。,凝固点：在一定条件下原油失去流动性时的最高温度。,3）大多数高凝油油藏埋藏较深，油层温度较高。,2）高凝油地层的原始饱和压力低
22、，体积系数、溶解系数、原始油气比相对较低。,4）开采技术难度大，成本高，管理难度大，工艺要求高。,高凝油开采的关键在于提高井筒中流体的温度凝固点,三、井筒降粘技术,井筒降粘技术是指通过热力、化学、稀释等措施使得井筒中的流体保持低粘度，从而达到改善井筒流体的流动条件，缓解抽油设备的不适应性，提高稠油及高凝油的开发效果等目的的采油工艺技术。,目前常用的井筒降粘技术：,化学降粘,掺轻烃或水稀释(与化学降粘类似),热力降粘技术,（一）化学降粘技术,化学降粘：通过向井筒流体中掺入化学药剂，从而使流体粘度降低的开采稠油及高凝油的技术。作用机理：在井筒流体中加入一定量的水溶性表面活性剂溶液，使原油以微小油珠
23、分散在活性水中形成水包油乳状液或水包油型粗分散体系，同时活性剂溶液在油管壁和抽油杆柱表面形成一层活性水膜，起到乳化降粘和润湿降阻的作用。,乳化降粘是在油井井口加药，然后把活性水掺入油套环形空间。,2化学降粘工艺技术,空心抽油杆掺化学剂工艺管柱,空心抽油杆掺化学剂工艺管柱,空心抽油杆掺化学剂工艺管柱,（三）热力降粘技术,井筒热力降粘技术是利用高凝油、稠油的流动性对温度敏感这一特点，通过提高井筒流体的温度，使井筒流体粘度降低的工艺技术。目前常用的井筒热力降粘技术根据其加热介质可分为两大类：即热流体循环加热降粘技术和电加热降粘技术。,热流体循环加热降粘技术应用地面泵组，将高于井筒生产流体温度的油或水
24、等热流体，以一定的流量通过井下特殊管柱注入井筒中建立循环通道以伴热井筒生产流体(开式循环时还有稀释降粘作用)，从而达到提高井筒生产流体的温度、降低粘度、改善其流动性目的的工艺技术。,（1）热流体循环加热降粘技术,（三）热力降粘技术,（三）热力降粘技术,反循环,正循环,开式热流体循环工艺管柱结构示意图,热流体与油层出来的流体相混合,适用于自喷井和抽油井等不同采油方式生产的高凝油及稠油油井,闭式热流体循环工艺管柱结构,加热管同心安装 加热管同心安装 加热管平行安装 加封隔器 加封隔器,（三）热力降粘技术,1掺入流体；2产出液；3套管；4外层油管；5中心油管；6油层；7封隔器,热流体与从油层采出的流体不相混合,空心杆热流体循环工艺管柱结构,开式 闭式,（三）热力降粘技术,
