采油工程講義

PAGE120PAGE119采油工程講義緒論1、采油工程的定義：是指油田開采過程中根據(jù)開發(fā)目標通過生產(chǎn)井和注入井對油藏采取各種措施的總稱。2、采油工程的任務(wù)：通過一系列可作用于油藏的工程技術(shù)措施，使油、氣暢流入井，并高效率地將其舉升到地面進行分離和計量。3采油工程的目標：是經(jīng)濟有效地提高油井產(chǎn)量和原油采收率。何為“經(jīng)濟有效”？改革開發(fā)前：計劃經(jīng)濟模式，無競爭，無活力，耗費大量資金低效的工作，才能換取產(chǎn)量的增加。改革開發(fā)后：市場經(jīng)濟模式，不同公司展開競爭，海外投資，海外上市，吸引外資，一切決策都在經(jīng)濟模式內(nèi)進行。如何進行油田開發(fā)決策？油田經(jīng)營策略的決策；生產(chǎn)能力，規(guī)模決策；適應(yīng)性和先進技術(shù)決策；生產(chǎn)調(diào)整和實用工藝技術(shù)配套的決策；投資規(guī)模的決策；商業(yè)經(jīng)營可行性的決策。4、采油工程的內(nèi)容“地層”部分：地層中的滲流；油井流入動態(tài)；水力壓裂技術(shù)；酸處理技術(shù)；完井與試油?！熬病辈糠郑鹤試姴捎?；有桿泵采油；無桿泵采油?！暗孛妗辈糠郑河蜌饧?；注水?！坝途芾怼辈糠郑荷埃ǚ郎扒迳埃?；蠟（防蠟清蠟）；水（找水堵水）；稠（降粘降凝）。5、采油工程與石油工程專業(yè)的其他課程的關(guān)系：油田開發(fā)是一項龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，采油工程是其重要的組成部分和實施的核心。油藏工程是基礎(chǔ)，鉆井工程是手段，采油工程是具體的體現(xiàn)。6、采油工程的特點原油的開采包括從地層→井筒→地面，采油工程的特點是：涉及的技術(shù)面廣、綜合性強而又復(fù)雜；與油藏工程、地面工程和鉆井工程等緊密聯(lián)系；工作對象是條件隨油藏動態(tài)不斷變化的采、注井；難度大，針對性強；各項工程技術(shù)措施間的相對獨立性強。涉及油田開發(fā)的重要決策和經(jīng)濟效益。7、如何學(xué)好采油工程這門重要的專業(yè)課？學(xué)習(xí)方法與要求：重視聽課，加強理解；記好筆記，善于歸納；獨立練習(xí)，總結(jié)記憶。a、上課認真聽講，做好筆記（專用筆記本）；b、自己應(yīng)查閱相關(guān)參考書籍及文獻；c、認真完成布置的作業(yè)（作業(yè)要獨立完成）。第一章油井流入動態(tài)與井筒多相流計算第一節(jié)油井流入動態(tài)（IPR曲線）一、基本概念油井流入動態(tài)：油井產(chǎn)量（qo）與井底流動壓力（pwf）的關(guān)系，反映了油藏向該井供油的能力。油井流入動態(tài)曲線：表示產(chǎn)量與流壓關(guān)系的曲線，簡稱IPR曲線。IPR曲線的基本形狀與油藏驅(qū)動類型有關(guān)。圖1.1典型IPR曲線作用：確定油井合理工作方式的依據(jù)，分析油井動態(tài)的基礎(chǔ)。二、計算IPR的方法及途徑油藏數(shù)值模擬技術(shù)（單井或井組）：復(fù)雜費時不方便。半經(jīng)驗方法（Vogel、Fetkovich、Petrobras）：簡單易用，有誤差。（一）單相液體流入動態(tài)供給邊緣壓力不變、圓形地層中心一口井的產(chǎn)量公式為：圓形封閉油藏、擬穩(wěn)態(tài)條件下的產(chǎn)量公式為：單相流動時，油層物性及流體性質(zhì)基本不隨壓力變化。采油指數(shù)J：單位生產(chǎn)壓差下的油井產(chǎn)油量，是反映油層性質(zhì)、厚度、流體參數(shù)、完井條件及泄油面積等與產(chǎn)量之間的關(guān)系的綜合指標。單相流動IPR計算步驟：a）測量幾個不同穩(wěn)定工作制度下的油井產(chǎn)量和井底流壓b）繪制IPR曲線（qo-pwf）c）采油指數(shù)等于直線斜率的負倒數(shù)（二）油氣兩相滲流時的流入動態(tài)溶解氣驅(qū)油藏中兩相流動機理：油藏壓力低于飽和壓力；油藏流體的物理性質(zhì)和相滲透率將明顯地隨壓力而改變；油井產(chǎn)量與流壓的關(guān)系是非線性的；采油指數(shù)變化。油氣兩相滲流流入動態(tài)理論推導(dǎo)平面徑向流，直井油氣兩相滲流時油井產(chǎn)量公式為：mo、Bo、Kro都是壓力的函數(shù)。用上述方法繪制IPR曲線十分繁瑣。通常結(jié)合生產(chǎn)資料來繪制IPR曲線。確定IPR的半經(jīng)驗方法1.Vogel方法（1968）——數(shù)值模擬結(jié)果的總結(jié)假設(shè)條件：a.圓形封閉油藏，油井位于中心；b.均質(zhì)油層，含水飽和度恒定；c.忽略重力影響；d.忽略巖石和水的壓縮性；e.油、氣組成及平衡不變；f.油、氣兩相的壓力相同；g.擬穩(wěn)態(tài)下流動，在給定的某一瞬間，各點的脫氣原油流量相同。檢查不同流體性質(zhì)、氣油比、相對滲透率、井距、壓裂、油層損害等情況，無因次IPR曲線都有相似的形狀。Vogel方程-溶解氣驅(qū)油藏流入動態(tài)近似解——經(jīng)典方程應(yīng)用Vogel曲線的優(yōu)點：簡單方便，只需要生產(chǎn)測試數(shù)據(jù)，不涉及油藏參數(shù)及流體性質(zhì)資料。利用Vogel方程繪制IPR曲線的步驟Ⅰ、已知地層壓力和一個工作點（qo（test）,pwf（test））a.計算b.給定不同流壓，計算相應(yīng)的產(chǎn)量：c.根據(jù)給定的流壓及計算的相應(yīng)產(chǎn)量繪制IPR曲線Ⅱ、已知兩個工作點，油藏壓力未知a.油藏平均壓力的確定：已知或利用兩組qo~pwf測試計算，即b.計算c.由流入動態(tài)關(guān)系式計算相關(guān)參數(shù)Vogel曲線與數(shù)值模擬IPR曲線的對比圖2-4計算的溶解氣驅(qū)油藏油井IPR曲線

1-用測試點按直線外推；2-計算機計算值；3-用Vogel方程計算值對比結(jié)果：按Vogel方程計算的IPR曲線，最大誤差出現(xiàn)在用小生產(chǎn)壓差下的測試資料來預(yù)測最大產(chǎn)量時，但一般誤差低于5％。雖然隨著采出程度的增加到開采末期誤差上升到20％左右，但其絕對值卻很小。如果用測試點的資料按直線外推，最大誤差可達70～80％，只是在開采末期約30%。采出程度Np對油井流入動態(tài)影響大，而kh/μ、Bo、k、So等對其影響不大。（三）不完善井Vogel方程的修正油水井的不完善性：a.射孔完成——打開性質(zhì)不完善；b.未全部鉆穿油層——打開程度不完善；c.打開程度和打開性質(zhì)雙重不完善；在鉆井或修井過程中油層受到損害或進行酸化、壓裂等措施，從而改變油井的完善性。圖1-5完善井和非完善井周圍的壓力分布示意圖油井的流動效率FE：油井的理想生產(chǎn)壓差與實際生產(chǎn)壓差之比。為“正”稱“正”表皮，油井不完善；為“負”稱“負”表皮，油井超完善。完善井非完善井于是，令：非完善井表皮附加壓力降表皮系數(shù)或井壁阻力系數(shù)S完善井，s=0，F(xiàn)E=1增產(chǎn)措施后的超完善井，s<0，F(xiàn)E>1油層受污染的或不完善井，s>0，F(xiàn)E<1利用流動效率計算直井流入動態(tài)的方法①Standing方法（1970）（FE=0.5～1.5）圖1-6FE≠1時的無因次IPR曲線（standingIPR曲線）計算某一流壓下對應(yīng)的采油指數(shù)Standing方法計算不完善井IPR曲線的步驟：a.根據(jù)已知pr和pwf計算在FE=1時最大產(chǎn)量b.預(yù)測不同流壓下的產(chǎn)量c.根據(jù)計算結(jié)果繪制IPR曲線②Harrison方法（FE=1～2.5）圖1-7Harrison無因次IPR曲線（FE>1）Harrison方法可用來計算高流動效率井的IPR曲線和預(yù)測低流壓下的產(chǎn)量。其計算步驟如下：a.計算FE=1時的qomax（FE=1）先求pwf/pr，然后查圖1-7中對應(yīng)的FE曲線上的相應(yīng)值qo/qomax（FE=1），則b.計算不同流壓下的產(chǎn)量c.根據(jù)計算結(jié)果繪制IPR曲線d.求FE對應(yīng)的最大產(chǎn)量，即pwf=0時的產(chǎn)量（二）斜井和水平井的IPR曲線（自學(xué)）三、pr>pb>pwf時的流入動態(tài)（1）基本公式當油藏壓力高于飽和壓力，而流動壓力低于飽和壓力時，油藏中將同時存在單相和兩相流動，擬穩(wěn)態(tài)條件下產(chǎn)量的一般計算表達式為：需要分段積分（2）實用計算方法圖1-11組合型IPR曲線①當pr>pb時，由于油藏中全部為單相液體流動，流入動態(tài)公式為：流壓等于飽和壓力時的產(chǎn)量為：②當pr<pb后，油藏中出現(xiàn)兩相流動，流入動態(tài)公式為：采油指數(shù)：四、油氣水三相IPR曲線（了解）Petrobras提出了計算三相流動IPR曲線的方法A--油相A--油相IPR曲線B--水相IPR曲線C--油氣水三相綜合IPR曲線圖1-12油氣水三相IPR曲線綜合IPR曲線的實質(zhì)：是按含水率取純油IPR曲線和水IPR曲線的加權(quán)平均值。當已知測試點計算曲線，可按產(chǎn)量加權(quán)平均；當預(yù)測產(chǎn)量或流壓，可按流壓加權(quán)平均。（一）采液指數(shù)計算（由測試點確定曲線）已知pr、pb和一個測試點pwf（test）、qt（test）（1）（2）（二）某一產(chǎn)量qt下的流壓pwf計算（1）（2）（3）綜合IPR曲線的斜率可近似為常數(shù)五、多層油藏油井流入動態(tài)（1）多油層油井流入動態(tài)圖1-13多層油藏油井流入動態(tài)流壓低于14MPa后，只有第三個層工作；流壓降低到12MPa和10MPa后，則I層和II層陸續(xù)出油?？偟腎PR曲線則是分層的迭加。其特點是：隨著流壓的降低，由于參加工作的小層數(shù)增多，產(chǎn)量將大幅度增加，采油指數(shù)也隨之增大。（2）含水油井流入動態(tài)圖1-14含水油井流入動態(tài)與含水變化（）圖1-15含水油井流入動態(tài)曲線（）第二節(jié)井筒氣液兩相流基本概念油氣是深埋于地下的流體礦藏。隨壓力的降低，當壓力小于飽和壓力，溶解氣將不斷從原油中逸出，因此，井筒中將不可避免地出現(xiàn)氣液兩相流動。采油設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計和工況分析、油氣集輸設(shè)計等都離不開氣液兩相流的理論與計算方法。一、井筒氣液兩相流動的特性（一）氣液兩相流動與單相液流的比較單相液流氣液兩相流能量來源井底流壓井底流壓氣體膨脹能能量損失重力損失摩擦損失重力損失摩擦損失動能損失流動型態(tài)基本不變流型變化能量關(guān)系簡單復(fù)雜（二）氣液混合物在垂直管中的流動結(jié)構(gòu)變化流動型態(tài)（流動結(jié)構(gòu)、流型）：是指流動過程中油、氣的分布狀態(tài)。影響流型的因素：氣液體積比、流速、氣液界面性質(zhì)等。①純液流當井筒壓力大于飽和壓力時，天然氣溶解在原油中，產(chǎn)液呈單相液流。②泡流井筒壓力稍低于飽和壓力時，溶解氣開始從油中分離出來，氣體都以小氣泡分散在液相中，氣泡直徑相對于油管直徑要小得多?；摤F(xiàn)象：混合流體流動過程中，由于流體間的密度差異，引起的小密度流體流速大于大密度流體流速的現(xiàn)象。如：油氣滑脫、氣液滑脫、油水滑脫等。特點：氣體是分散相，液體是連續(xù)相；氣體主要影響混合物密度，對摩擦阻力影響不大；滑脫現(xiàn)象比較嚴重。③段塞流當混合物繼續(xù)向上流動，壓力逐漸降低，氣體不斷膨脹，小氣泡將合并成大氣泡，直到能夠占據(jù)整個油管斷面時，井筒內(nèi)將形成一段液一段氣的結(jié)構(gòu)。特點：氣體呈分散相，液體呈連續(xù)相；一段氣一段液交替出現(xiàn)；氣體膨脹能得到較好的利用；滑脫損失變??；摩擦損失變大。④環(huán)流油管中心是連續(xù)的氣流而管壁為油環(huán)的流動結(jié)構(gòu)。特點：氣液兩相都是連續(xù)相；氣體舉油作用主要是靠摩擦攜帶；摩擦損失變大。⑤霧流氣體的體積流量增加到足夠大時，油管中內(nèi)流動的氣流芯子將變得很粗，沿管壁流動的油環(huán)變得很薄，絕大部分油以小油滴分散在氣流中。特點：氣體是連續(xù)相，液體是分散相；氣體以很高的速度攜帶液滴噴出井口；氣、液之間的相對運動速度很??；氣相是整個流動的控制因素?？偨Y(jié)：油井生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的流型自下而上依次為：純油（液）流、泡流、段塞流、環(huán)流和霧流。實際上，在同一口井內(nèi)，一般不會出現(xiàn)完整的流型變化。圖1-17油氣沿井筒噴出時的流型變化示意圖Ⅰ—純油流；Ⅱ—泡流；Ⅲ—段塞流；Ⅳ—環(huán)流；Ⅴ—霧流（三）滑脫損失概念滑脫現(xiàn)象：混合流體流動過程中，由于流體間的密度差異，引起的小密度流體流速大于大密度流體流速的現(xiàn)象。因滑脫而產(chǎn)生的附加壓力損失稱為滑脫損失。通常用有滑脫時混合物的密度ρm和無滑脫而只按氣、液體積流量計算的混合物密度之差來表示單位管長上的滑脫損失。圖1-18氣液兩相流流動斷面簡圖無滑脫：，，實際：，由于有滑脫時，氣體流速大，液體流速小，為了保持體積流量不變，氣體過流斷面將減小，而液體的過流斷面將增加。由于滑脫存在：假設(shè)兩種情況下的體積流量不變，由于有滑脫時，氣體流速大，液體流速小，為了保持體積流量不變，氣體過流斷面將減小，而液體的過流斷面將增加。單位管長上滑脫損失為：滑脫損失的實質(zhì)：液相的流動斷面增大引起混合物密度的增加。二、井筒氣液兩相流能量平衡方程及壓力分布計算步驟（一）能量平衡方程推導(dǎo)兩個流動斷面間的能量平衡關(guān)系：圖2-19傾斜管流能量平衡關(guān)系示意圖傾斜多相管流斷面1和斷面2的流體的能量平衡關(guān)系為：由于令：，，則：適合于各種管流的通用壓力梯度方程：（二）多相垂直管流壓力分布計算步驟由于多相管流中每相流體影響流動的物理參數(shù)（密度、粘度等）及混合物密度和流速都隨壓力和溫度而變，沿程壓力梯度并不是常數(shù)，因此，多相管流需要分段計算；同時，要先求得相應(yīng)段的流體性質(zhì)參數(shù)，然而，這些參數(shù)又是壓力和溫度的函數(shù)，壓力卻又是計算中需要求得的未知數(shù)。所以，多相管流通常采用迭代法進行計算。有兩種不同的迭代途徑：按深度增量迭代和按壓力增量迭代。 第二章自噴與氣舉采油采油方法通常是指將流到井底的原油采到地面上所采用的方法。自噴采油：利用油層自身能量將原油舉升到地面的采油方式。人工舉升采油（機械采油）：人工給井筒流體增加能量將井底原油舉升至地面的采油方式。利用油層本身的能量使地層原油噴到地面的方法稱為自噴采油法。自噴采油原理：主要依靠溶解在原油中的氣體隨壓力的降低分離出來而發(fā)生的膨脹。在整個生產(chǎn)系統(tǒng)中，原油依靠油層所提供的壓能克服重力及流動阻力自行流動，不需人為補充能量，因此自噴采油是最簡單、最方便、最經(jīng)濟的采油方法。第一節(jié)自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)分析一、自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)組成油井生產(chǎn)的三個基本流動過程：到井底的流動—地層滲流；井底到井口的流動—井筒多相管流；井口到分離器—地面水平或傾斜管流。自噴井生產(chǎn)的四個基本流動過程：地層滲流；井筒多相管流；地面水平或傾斜管流；嘴流。圖2-1完整的自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)的壓力損失示意圖自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)的基本流動過程：（1）地層中的滲流：10-15%（2）井筒中的流動：30-80%（3）嘴流：5-30%（4）地面管線流動：5-10%油井穩(wěn)定生產(chǎn)時，整個流動系統(tǒng)必須滿足混合物的質(zhì)量和能量守恒原理。油井連續(xù)穩(wěn)定自噴條件：四個流動系統(tǒng)相互銜接又相互協(xié)調(diào)起來。質(zhì)量守恒：各子系統(tǒng)質(zhì)量流量相等。能量守恒：各子系統(tǒng)壓力相銜接，前系統(tǒng)的殘余壓力可作為后序系統(tǒng)的動力。二、自噴井節(jié)點分析20世紀80年代以來，為進行油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計及生產(chǎn)動態(tài)預(yù)測，廣泛使用了節(jié)點系統(tǒng)分析的方法。節(jié)點系統(tǒng)分析法：應(yīng)用系統(tǒng)工程原理，把整個油井生產(chǎn)系統(tǒng)分成若干子系統(tǒng)，研究各子系統(tǒng)間的相互關(guān)系及其對整個系統(tǒng)工作的影響，為系統(tǒng)優(yōu)化運行及參數(shù)調(diào)控提供依據(jù)。節(jié)點劃分依據(jù)：不同系統(tǒng)的流動規(guī)律不同。節(jié)點系統(tǒng)分析對象：整個油井生產(chǎn)系統(tǒng)。常用節(jié)點：分離器壓力：psep；井口回壓：pDSC；井口油壓：pwh；井底流壓：pwf；油藏平均壓力：pr。自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)：油藏滲流子系統(tǒng)——pr-pwf——IPR曲線井筒流動子系統(tǒng)——pwf-pwh——多相管流計算方法油嘴流動子系統(tǒng)——pwh-pDSC——嘴流特性曲線地面管流子系統(tǒng)——pB-psep——多相管流計算方法節(jié)點系統(tǒng)分析實質(zhì)：協(xié)調(diào)理論在采油應(yīng)用方面的發(fā)展。需要解決的問題：預(yù)測在某些節(jié)點壓力確定條件下油井的產(chǎn)量以及其它節(jié)點的壓力。通常節(jié)點1分離器壓力psep、節(jié)點8油藏平均壓力pr為定值，不是產(chǎn)量的函數(shù)，故任何求解問題必須從節(jié)點1或節(jié)點8開始。圖2-2自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)點位置求解點：為使問題獲得解決的節(jié)點。求解點的選擇：主要取決于所要研究解決的問題。求解問題方法：針對求解點，繪制該節(jié)點的流入曲線和流出曲線，求得其交匯點，得到對應(yīng)的產(chǎn)量。協(xié)調(diào)曲線示意圖（一）油藏與油管兩個子系統(tǒng)的節(jié)點分析給定已知條件：油藏深度；油藏壓力；單相流時的采油指數(shù)；油管直徑；以及飽和壓力；氣油比；含水；油氣水密度。1）井底為求解點當油壓為已知時，可以井底為求解點。圖2-4管鞋壓力與產(chǎn)量關(guān)系曲線2）井口為求解點設(shè)定一組產(chǎn)量，通過IPR曲線A可計算出一組井底流壓，然后通過井筒多相流計算可得一組井口油壓曲線。圖2-5油壓與產(chǎn)量的關(guān)系曲線曲線B的形狀：油管的上下壓差（Pa-Pb）并不總是隨著產(chǎn)量的增加而加大。產(chǎn)量低時，管內(nèi)流速低，滑脫損失大；產(chǎn)量高時，摩擦損失大，這兩種因素均可造成管內(nèi)壓力損耗大。（二）從油藏到分離器無油嘴系統(tǒng)的節(jié)點分析方法給定的已知條件：油藏深度；油藏壓力；單相流時的采油指數(shù)油管直徑；分離器壓力；出油管線直徑及長度；氣油比；含水；飽和壓力以及油氣水密度。1）井底為求解點整個生產(chǎn)系統(tǒng)將從井底分成兩部分：（1）油藏中的流動；（2）從油管入口到分離器的管流系統(tǒng)。圖2-6簡單管流系統(tǒng)選取了中間節(jié)點（井底）為求解點，求解時，要從兩端（井底和分離器）開始，設(shè)定一組流量，對這兩部分分別計算至求解點上的壓力（井底流壓）與流量的關(guān)系曲線。圖2-7求解點在井底的解選取井底為求解點的目的：①預(yù)測油藏壓力降低后的未來油井產(chǎn)量②研究油井由于污染或采取增產(chǎn)措施對完善性的影響圖2-8預(yù)測未來產(chǎn)量圖2-9油井流動效率改變的影響2）井口為求解點整個生產(chǎn)系統(tǒng)以井口為界分為油管和油藏部分以及地面管線和分離器部分圖2-11油管和油藏部分圖2-10地面管線和分離器部分圖2-12求解點在井口的解求解點選在井口的目的：研究不同直徑油管和出油管線對生產(chǎn)動態(tài)的影響，便于選擇油管及出油管線的直徑。圖2-13不同直徑的油管和出油管線的井口解3）分離器為求解點圖2-15分離壓力與產(chǎn)量關(guān)系分離器壓力對不同類型井生產(chǎn)的影響圖2-16分離器壓力對不同油井產(chǎn)量的影響說明：分離器壓力對后續(xù)工程設(shè)備選擇和效率有影響，需要進行經(jīng)濟技術(shù)的綜合考慮。4）平均油藏壓力為求解點分離器壓力→井口壓力→井底壓力→油藏平均壓力,油藏平均壓力與流量關(guān)系曲線。以油藏壓力為求解點的目的：①研究在給定條件下油藏平均壓力對油井生產(chǎn)的影響②預(yù)測不同油藏平均壓力下的油井產(chǎn)量。圖2-18變化的影響（三）從油藏到分離器有油嘴系統(tǒng)的節(jié)點分析方法1.嘴流規(guī)律圖2-19嘴流示意圖圖2-20關(guān)系油嘴的孔眼直徑很小，一般只有幾毫米，油氣在嘴前壓力pt和嘴后壓力ph作用下通過油嘴。臨界流動：流體的流速達到壓力波在流體介質(zhì)中的傳播速度時的流動狀態(tài)。在臨界流動條件下，流量不受嘴后壓力變化的影響，臨界壓力pc?？諝饬鬟^噴管的臨界壓力比為：；天然氣流過噴管的臨界壓力比為：；根據(jù)礦場資料統(tǒng)計，嘴流相關(guān)式可表示為：；根據(jù)油井資料分析，常用的嘴流公式為：；對于含水井：。圖2-21油嘴、油壓與產(chǎn)量的關(guān)系曲線①當油嘴直徑和氣油比一定時，產(chǎn)量和井口油壓成線性關(guān)系。②只有滿足油嘴的臨界流動，油井生產(chǎn)系統(tǒng)才能穩(wěn)定生產(chǎn)，即油井產(chǎn)量不隨井口回壓而變化。2.有油嘴系統(tǒng)的節(jié)點分析方法功能節(jié)點：存在壓差的節(jié)點，或壓力不連續(xù)的節(jié)點。一般地，功能節(jié)點位置上裝有起特殊作用的設(shè)備，如地面油嘴、井下安全閥、井下節(jié)流器、抽油泵等。油井生產(chǎn)系統(tǒng)中，當存在功能節(jié)點時，一般以功能節(jié)點為求解點。節(jié)點系統(tǒng)分析思路：①以系統(tǒng)兩端為起點分別計算不同流量下節(jié)點上、下游的壓力，并求得節(jié)點壓差，繪制壓差－流量曲線。②根據(jù)描述節(jié)點設(shè)備（油嘴、安全閥等）的流量—壓差相關(guān)式，求得設(shè)備工作曲線。③兩條壓差－流量曲線的交點為問題的解，即節(jié)點設(shè)備產(chǎn)生的壓差及相應(yīng)的油井產(chǎn)量。有油嘴系統(tǒng)以油嘴為求解點的節(jié)點分析方法的步驟：圖2-22自噴井三個流動過程關(guān)系①根據(jù)設(shè)定產(chǎn)量Q，在油井IPR曲線上找出相應(yīng)的pwf；②由Q及pwf按垂直管流得出滿足油嘴臨界流動的Q—pt油管曲線B；③油嘴直徑d一定，繪制臨界流動下油嘴特性曲線C；④油管曲線B與油嘴特性曲線C的交點即為該油嘴下的產(chǎn)量與油壓。（四）節(jié)點分析在設(shè)計及預(yù)測中的應(yīng)用1.不同油嘴下的產(chǎn)量預(yù)測與油嘴選擇①先繪出滿足油嘴臨界流動的pt～Q油管工作曲線B；②作出相應(yīng)的油嘴曲線；③根據(jù)交點所對應(yīng)的產(chǎn)量確定與之對應(yīng)的（或較接近的）油嘴直徑。圖2-23不同油嘴直徑時的產(chǎn)量圖2-24不同油管直徑對產(chǎn)量的影響2.油管直徑的選擇油壓較低時，大直徑油管的產(chǎn)量比小直徑的要高；油壓高時，大直徑油管的產(chǎn)量比小直徑的要低。原因：滑脫損失、摩擦損失相互作用。3.預(yù)測油藏壓力變化對產(chǎn)量的影響當油嘴直徑不變時，油藏壓力降低后產(chǎn)量隨著降低。如果要保持原來的產(chǎn)量，就必須換用較大的油嘴直徑。圖2-25油藏壓力下降對產(chǎn)量的影響圖2-26停噴壓力預(yù)測4.停噴壓力預(yù)測油井生產(chǎn)過程中，pr連續(xù)下降，相應(yīng)的油管曲線要向橫軸方向移動。若要求油壓大于一定值生產(chǎn)，則在縱軸上沿油壓值點做水平線，若水平線與油管曲線不相交，則表明油井不能自噴生產(chǎn)。第二節(jié)氣舉采油原理氣舉定義：利用從地面向井筒注入高壓氣體將原油舉升至地面的一種人工舉升方式。氣舉原理：從地面注入井內(nèi)的高壓氣體與油層產(chǎn)出液在井筒中混合，利用氣體的膨脹使井筒中的混合液密度降低，將流到井內(nèi)的原油舉升到地面。氣舉采油系統(tǒng)示意圖優(yōu)點：井口和井下設(shè)備比較簡單，適用性強，運行費用低。缺點：①必須有足夠的氣源；②需要壓縮機組和地面高壓氣管線，地面設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜；③一次性投資較大；④系統(tǒng)效率較低。適用條件：高產(chǎn)量的深井；含砂量少、含水低、氣油比高和含有腐蝕性成分低的油井；定向井和水平井等。一、氣舉分類（按注氣方式）連續(xù)氣舉：將高壓氣體連續(xù)地注入井內(nèi)，排出井筒中液體。適應(yīng)于供液能力較好、產(chǎn)量較高的油井。間歇氣舉：向井筒周期性地注入氣體，推動停注期間在井筒內(nèi)聚集的油層流體段塞升至地面，從而排出井中液體。主要用于油層供給能力差，產(chǎn)量低的油井。二、氣舉啟動（1）啟動過程圖2-28氣舉井（無閥）的啟動過程a—停產(chǎn)時b—環(huán)形液面到達管鞋c—氣體進入油管①當油井停產(chǎn)時，井筒中的積液將不斷增加，油套管內(nèi)的液面在同一位置，當啟動壓縮機向油套環(huán)形空間注入高壓氣體時，環(huán)空液面將被擠壓下降。②如不考慮液體被擠入地層，環(huán)空中的液體將全部進入油管，油管內(nèi)液面上升。隨著壓縮機壓力的不斷提高，當環(huán)形空間內(nèi)的液面將最終達到管鞋（注氣點）處，此時的井口注入壓力為啟動壓力。啟動壓力：當環(huán)形空間內(nèi)的液面達到管鞋時的井口注入壓力。③當高壓氣體進入油管后，由于油管內(nèi)混合液密度降低，液面不斷升高，液流噴出地面。井底流壓隨之降低，油層產(chǎn)液，并隨注入的高壓氣體一同排出井筒，最后達到一個協(xié)調(diào)穩(wěn)定狀態(tài)。（2）氣舉過程中壓縮機壓力變化①壓縮機向油套環(huán)形空間注入高壓氣體，隨著壓縮機壓力的不斷提高，環(huán)形空間內(nèi)的液面將最終達到管鞋（注氣點）處，此時的井口注入壓力為啟動壓力。②當高壓氣體進入油管后，由于油管內(nèi)混合液密度降低，井底流壓將不斷降低。③當井底流壓低于油層壓力時，液流則從油層中流出，這時混合液密度又有所增加，壓縮機的注入壓力也隨之增加，經(jīng)過一段時間后趨于穩(wěn)定（氣舉工作壓力）。圖2-29氣舉井啟動時的壓縮機壓力隨時間的變化曲線（3）啟動壓力計算第一種情況：不考慮液體被擠入地層，而且當環(huán)空液面降低到管鞋時，液體并未從井口溢出，啟動壓力與油管液柱靜壓相平衡。即。第二種情況：不考慮液體被擠入地層，其靜液面接近井口，環(huán)形空間的液面還沒有被擠到油管鞋時，油管內(nèi)的液面已達到井口，液體中途溢出井口。此時，啟動壓力就等于油管中的液柱壓力：。第三種情況：當油層的滲透性較好時，且液面下降很緩慢時，則環(huán)形空間有部分液體被油層吸收。極端情況下，液體全部被油層吸收，當高壓氣到達油管鞋時，油管中的液面幾乎沒有升高。此時，啟動壓力由油管中靜液面下的深度確定，即：。一般情況下，氣舉系統(tǒng)的啟動壓力介于和之間。三、氣舉閥（一）氣舉閥的作用氣舉生產(chǎn)過程中，由于啟動壓力較高，這就要求壓縮機額定輸出壓力較大，但由于氣舉系統(tǒng)在正常生產(chǎn)時，其工作壓力比啟動壓力小得多，勢必造成壓縮機功率的浪費。為了降低壓縮機的啟動壓力與工作壓力之差，必須降低啟動壓力。氣舉閥的特性：1、進氣通道。2、可根據(jù)壓力高低打開、關(guān)閉。3、防止液體倒流。作用原理：逐步排除油套環(huán)形空間的液體。氣舉閥實質(zhì)：一種用于井下的壓力調(diào)節(jié)器氣舉閥作用原理圖圖2-30壓力調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)示意圖閥打開條件：閥關(guān)閉條件：由于，則圖2-31套管壓力操作閥（關(guān)閉狀態(tài)）圖2-32套管壓力操作閥（開啟狀態(tài)）受力分析：Fo=Pc（Ab-AP）+PtAP，F(xiàn)c=PdAb閥即將開始打開時：Fo=Fc此時套管壓力Pc為即將開啟瞬間時的壓力，稱為閥開啟壓力Pop。Pvc為閥即將關(guān)閉瞬間閥處的套管壓力：Pvc=Pd，僅與封包壓力有關(guān)，與油管壓力無關(guān)閥的距（spread）：閥開啟壓力與關(guān)閉壓力之差。閥的距隨油管壓力的增大而減??；與油管效應(yīng)有關(guān)，隨面積比R增大而增大，增大閥孔徑可增大閥距。氣舉閥的分類①按安裝方式分為：繩索投入式、固定式。②按使閥保持打開或關(guān)閉的加壓元件分為：封包充氣閥、彈簧加壓閥、充氣室和彈簧聯(lián)合加壓的雙元件閥。③按井下閥對套壓和油壓的敏感程度又分為：套壓控制閥與油壓控制閥。（二）幾種常用的氣舉閥簡介（自學(xué)）自學(xué)要點：（1）結(jié)構(gòu)狀況，類型；（2）工作條件下閥的開啟壓力；（3）工作條件下閥的關(guān)閉壓力；（4）閥的工作壓差（閥的距）；（5）靜氣柱壓力分布計算相關(guān)式。四、氣舉設(shè)計（一）氣舉裝置類型開式裝置：僅限于連續(xù)氣舉，下井的油管柱不帶封隔器，使氣體從油套環(huán)空注入，產(chǎn)液自油管舉出，油、套管是連通的。半閉式裝置：封隔器封隔油套環(huán)空，其余均與開式裝置相同。閉式裝置：封隔器封隔油套環(huán)空，在油管柱上安裝了一個固定閥，其作用是防止氣體壓力通過油管作用于地層。箱式裝置：在油管柱底部下一個集液箱，提高液體匯聚空間，以達到提高總產(chǎn)油量的目的。（二）連續(xù)氣舉設(shè)計基礎(chǔ)1.設(shè)計所需基本資料（1）油層數(shù)據(jù)：油藏平均壓力、油藏平均溫度、油井流入動態(tài)。（2）油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：井深；油、套管尺寸。（3）油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)：產(chǎn)量、含水、生產(chǎn)氣油比、注氣壓力、注氣量、油壓。（4）油井生產(chǎn)條件：出砂、結(jié)蠟等情況。（5）流體物性：地面原油密度、水的密度、天然氣的相對密度、地面原油粘度、表面張力。（6）地面管線和分離器數(shù)據(jù)：地面管線尺寸及長度、分離器壓力。2.氣舉井內(nèi)的壓力及分布①套管內(nèi)的靜氣柱壓力分布（近似于直線）：②油管內(nèi)的壓力分布以注氣點為界，明顯的分為兩段。在注氣點以上，由于注入氣進入油管而增大了氣液比，故壓力梯度明顯地低于注氣點以下的壓力梯度。③氣舉井生產(chǎn)時的壓力平衡等式：④平衡點氣體壓力與注氣點油管內(nèi)壓力之差：圖2-36氣舉井壓力及其分布（三）在給定產(chǎn)量和井口壓力下確定注氣點深度和注氣量已知：產(chǎn)量、注入壓力、定油管壓力和IPR曲線計算：注氣點深度、氣液比和注氣量計算步驟：1）根據(jù)要求的產(chǎn)量Qo由IPR曲線確定相應(yīng)的井底流壓pwf。2）根據(jù)產(chǎn)量Qo、油層氣液比RP等以pwf為起點，按多相垂直管流向上計算注氣點以下的壓力分布曲線A。3）由工作壓力pso計算環(huán)形空間氣柱壓力曲線B。此線與注氣點以下的壓力分布曲線A的交點即為平衡點。4）由平衡點沿注氣點以下的壓力分布曲線上移⊿p（平衡點氣體壓力與注氣點油管內(nèi)壓力之差，一般取0.5～0.7Mpa）所得的點即為注氣點。對應(yīng)的深度和壓力即為注氣點深度L和工作閥所在位置的油管壓力。5）注氣點以上的總氣液比為油層生產(chǎn)氣液比與注入氣液比之和。假設(shè)一組總氣液比，對每一個總氣液比都以注氣點油管壓力為起點，利用多相管流向上計算油管壓力分布曲線D1、D2…及確定井口油管壓力。6）繪制總氣液比與井口壓力關(guān)系曲線，找出與規(guī)定井口油管壓力相對應(yīng)的總氣液比TGLR。7）總氣液比減去油層生產(chǎn)氣液比得到注入氣液比。根據(jù)注入氣液比和規(guī)定的產(chǎn)量計算需要的注入氣量。8）根據(jù)最后確定的氣液比TGLR和其它已知數(shù)據(jù)計算注氣點以上的油管壓力分布曲線，可用它來確定啟動閥的安裝位置。圖2-37定注氣壓力，定井口壓力下確定注氣點深度及氣液比圖圖2-38定注氣壓力，定井口壓力下的協(xié)調(diào)產(chǎn)量圖圖2-39定注氣量，定井口壓力下確定注氣點深度2-40定注氣量，定井口油壓下的協(xié)調(diào)產(chǎn)量（四）定井口壓力和限定注氣量的條件下確定注氣點深度和產(chǎn)量已知：井口壓力、注氣量計算：注氣點深度和產(chǎn)量計算步驟：1）假定一組產(chǎn)量，根據(jù)提供的注氣量和地層生產(chǎn)氣液比計算出每個產(chǎn)量所對應(yīng)的總氣液比TGLR；2）根據(jù)地面注入壓力pso計算環(huán)形空間氣柱壓力分布線B，用注入壓力減⊿p作B線的平行線，即為注氣點深度線。3）以定井口壓力為起點，計算每個產(chǎn)量下的油管壓力分布曲線D1、D2、D3…。它們與注氣點深度線的交點，即為各個產(chǎn)量所對應(yīng)的注氣點a1、a2、a3…和注氣深度L1、L2、L3…。4）計算每個產(chǎn)量對應(yīng)的注氣點以下的壓力分布曲線A1、A2、A3…及井底流壓pwf1、pwf2、pwf3…5）繪制油管工作曲線，與IPR曲線的交點為協(xié)調(diào)產(chǎn)量和流壓。根據(jù)給定的注氣量和協(xié)調(diào)產(chǎn)量Q，計算出相應(yīng)的注入氣液比，總氣液比TGLR；6）注氣點以下的壓力分布曲線A，與注氣點深度線C的交點a，即為可能獲得的最大產(chǎn)量的注氣點，其深度L即為工作閥的安裝深度。7）根據(jù)最后確定的產(chǎn)量Q和總氣液比TGLR，計算注氣點以上的油管壓力分布曲線D。它可用來確定啟動閥的位置。（五）氣舉閥位置確定方法原則：必須充分利用壓縮機的工作能力；在最大可能的深度上安裝閥，力求數(shù)量最少，深度最大。方法第一個閥的下入深度根據(jù)壓縮機最大工作壓力確定；第一個以后的閥下入深度可根據(jù)套管環(huán)空壓力及第一個閥的關(guān)閉壓力差來確定。一般采用計算法或圖解法來確定閥位置和數(shù)量。1）計算法①第一個閥的下入深度當井筒中液面在井口附近，在壓氣過程中即溢出井口：當井中液面較深，中途未溢出井口：②第二個閥的下入深度當?shù)诙€閥進氣時，第一個閥關(guān)閉。閥Ⅱ處的環(huán)空壓力為paII，閥I處的油壓為ptI。閥Ⅱ處壓力平衡等式為：③第i個閥的下入深度圖2-41閥深度計算示意圖圖2-42圖解法確定閥位置2）圖解法確定氣舉閥位置①繪制靜液壓力梯度曲線和井下溫度分布曲線；②確定井口到注氣點的最小油管力分布曲線；③計算頂部閥的位置；④從頂部閥位置點向左作水平線與最小油管壓力線相交；⑤頂部閥處注汽壓力和管內(nèi)油管壓力，確定頂部閥嘴尺寸；五、氣舉井試井氣舉井試井方法：通過改變注入氣量來改變油井產(chǎn)量，測得油井產(chǎn)量和相應(yīng)的井底流壓與注入氣量的對應(yīng)關(guān)系，以確定油井的工作條件和工作狀況。圖2-44氣舉井試井曲線第三章有桿泵采油有桿泵采油典型特點：地面能量通過抽油桿、抽油泵傳遞給井下流體。有桿泵采油分類：（1）常規(guī)有桿泵采油：抽油機懸點的往復(fù)運動通過抽油桿傳遞給井下柱塞泵。（2）地面驅(qū)動螺桿泵采油：井口驅(qū)動頭的旋轉(zhuǎn)運動通過抽油桿傳遞給井下螺桿泵。常規(guī)有桿泵采油是目前我國應(yīng)用最廣泛的采油方式，我國機械采油井占總井數(shù)的90%以上，其中有桿泵占機采井的90%以上。全國產(chǎn)液量的60％、產(chǎn)油量的75%靠有桿抽油采出。第一節(jié)抽油裝置及泵的工作原理一、抽油裝置設(shè)備組成：抽油機、抽油桿、抽油泵和其它附件。圖3-1抽油機示意圖（一）抽油機抽油機是有桿深井泵采油的主要地面設(shè)備，它將電能轉(zhuǎn)化為機械能，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成往復(fù)運動。包括：游梁式抽油機和無游梁式抽油機兩種。游梁式抽油機組成：游梁-連桿-曲柄機構(gòu)、減速箱、動力設(shè)備和輔助裝置。工作原理：工作時，動力機將高速旋轉(zhuǎn)運動通過皮帶和減速箱傳給曲柄軸，帶動曲柄作低速旋轉(zhuǎn)。曲柄通過連桿經(jīng)橫梁帶動游梁作上下擺動。掛在驢頭上的懸繩器便帶動抽油桿柱作往復(fù)運動。游梁式抽油機分類：普通式（后置式）和前置式。圖3-2后置式抽油機結(jié)構(gòu)簡圖圖3-3前置式氣動平衡抽油機結(jié)構(gòu)簡圖不同點：①游梁和連桿的連接位置不同。②平衡方式不同—普通式多采用機械平衡；前置式多采用氣動平衡。③運動規(guī)律不同—普通式上、下沖程的時間基本相等；前置式上沖程較下沖程慢。游梁式抽油機系列型號表示方法：（二）抽油泵滿足要求：結(jié)構(gòu)簡單，強度高，質(zhì)量好，連接部分密封可靠；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(yīng)性強；便于起下；結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮防砂、防氣，并帶有必要的輔助設(shè)備。主要組成：工作筒（外筒和襯套）、柱塞及游動閥（排出閥）和固定閥（吸入閥）。根據(jù)在油管上的固定方式可分為：管式泵和桿式泵。管式泵桿式泵管式泵：外筒和襯套在地面組裝好接在油管下部先下入井內(nèi)，然后投入固定閥，最后再把柱塞接在抽油桿柱下端下入泵內(nèi)。管式泵特點：結(jié)構(gòu)簡單、成本低，排量大。但檢泵時必須起出油管，修井工作量大，故適用于下泵深度不很大，產(chǎn)量較高的油井。桿式泵：整個泵在地面組裝好后接在抽油桿柱的下端整體通過油管下入井內(nèi)，由預(yù)先裝在油管預(yù)定深度（下泵深度）上的卡簧固定在油管上，檢泵時不需要起油管。桿式泵特點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，排量小，修井工作量小。桿式泵適用于下泵深度大、產(chǎn)量較小的油井。（三）抽油桿桿體直徑分別為13、16、19、22、25、28mm；抽油桿的長度一般為8000mm或7620mm；抽油桿的強度：C級桿（570MPa）、D級桿（810MPa）；接箍是抽油桿組合成抽油桿柱時的連接零件。二、泵的工作原理（一）泵的抽汲過程（1）上沖程抽油桿柱帶著柱塞向上運動，柱塞上的游動閥受管內(nèi)液柱壓力而關(guān)閉。泵內(nèi)壓力降低，固定閥在環(huán)形空間液柱壓力（沉沒壓力）與泵內(nèi)壓力之差的作用下被打開。泵內(nèi)吸入液體、井口排出液體。泵吸入的條件：泵內(nèi)壓力（吸入壓力）低于沉沒壓力。上沖程下沖程（2）下沖程柱塞下行，固定閥在重力作用下關(guān)閉。泵內(nèi)壓力增加，當泵內(nèi)壓力大于柱塞以上液柱壓力時，游動閥被頂開。柱塞下部的液體通過游動閥進入柱塞上部，使泵排出液體。泵排出的條件：泵內(nèi)壓力（排出壓力）高于柱塞以上的液柱壓力。柱塞上下抽汲一次為一個沖程，在一個沖程內(nèi)完成進油與排油的過程。光桿沖程：光桿從上死點到下死點的距離。（二）泵的理論排量泵的工作過程由三個基本環(huán)節(jié)所組成，即柱塞在泵內(nèi)讓出容積，井內(nèi)液體進泵和從泵內(nèi)排出井內(nèi)液體。在理想情況下，活塞上、下一次進入和排出的液體體積都等于柱塞讓出的體積：每分鐘的排量為：每日排量：沖次（沖數(shù)）：一分鐘時間內(nèi)抽油泵吸入與排出的周期數(shù)。第二節(jié)抽油機懸點運動規(guī)律及載荷一、抽油機懸點運動規(guī)律（一）簡化為簡諧運動時懸點運動規(guī)律假設(shè)條件：r/l≈0、r/b≈0游梁和連桿的連接點B的運動可看做簡諧運動，即認為B點的運動規(guī)律和D點做圓運動時在垂直中心線上的投影（C點）的運動規(guī)律相同。圖3-7抽油機四連桿機構(gòu)簡圖圖3-8簡諧運動時懸點位移、速度、加速度曲線則B點經(jīng)過t時間（曲柄轉(zhuǎn)角φ）時位移為：以下死點為坐標零點，向上為坐標正方向，則懸點A的位移為：A點的速度為：A點的加速度為：（二）簡化為曲柄滑塊機構(gòu)時懸點運動規(guī)律假設(shè)條件：把B點繞游梁支點的弧線運動近似地看做直線運動，則可把抽油機的運動簡化為曲柄滑塊運動。則懸點A的位移為：A點的速度為：A點的加速度為：圖3-9曲柄滑塊機構(gòu)簡圖圖3-10懸點速度變化曲線圖3-11懸點加速度變化曲線1-按簡諧運動計算；2-精確計算；3-按曲柄滑塊機構(gòu)計算二、抽油機懸點載荷計算（一）懸點所承受的載荷1.靜載荷包括：抽油桿柱載荷；作用在柱塞上的液柱載荷；沉沒壓力對懸點載荷的影響；井口回壓對懸點載荷的影響。（1）抽油桿柱載荷上沖程：桿柱在空氣中的重力：下沖程：桿柱在液體中的重力：，其中，。（2）作用在柱塞上的液柱載荷上沖程：游動閥關(guān)閉，作用在柱塞上的液柱載荷為：下沖程：游動閥打開，液柱載荷作用于油管，而不作用于懸點。（3）沉沒壓力（泵口壓力）對懸點載荷的影響上沖程：在沉沒壓力作用下，井內(nèi)液體克服泵入口設(shè)備的阻力進入泵內(nèi)，此時液流所具有的壓力即吸入壓力。吸入壓力作用在柱塞底部產(chǎn)生向上的載荷：。下沖程：吸入閥關(guān)閉，沉沒壓力對懸點載荷沒有影響。（4）井口回壓對懸點載荷的影響液流在地面管線中的流動阻力所造成的井口回壓對懸點將產(chǎn)生附加的載荷。上沖程：增加懸點載荷：下沖程：減小抽油桿柱載荷：2.動載荷（慣性載荷、振動載荷）（1）慣性載荷（忽略桿液彈性影響）抽油機運轉(zhuǎn)時，驢頭帶著抽油桿柱和液柱做變速運動，因而產(chǎn)生抽油桿柱和液柱的慣性力。慣性力與質(zhì)量有關(guān)，與懸點加速度的大小成正比，其方向與加速度方向相反。抽油桿柱的慣性力：；液柱的慣性力：。為油管過流斷面變化引起液柱加速度變化的系數(shù)。懸點加速度在上、下沖程中大小和方向是變化的。上沖程：前半沖程加速度為正，即加速度向上，則慣性力向下，從而增加懸點載荷；后半沖程中加速度為負，即加速度向下，則慣性力向上，從而減小懸點載荷。下沖程：與上沖程相反，前半沖程慣性力向上，減小懸點載荷；后半沖程慣性力向下，將增大懸點載荷。抽油桿柱引起的懸點最大慣性載荷：上沖程：取r/l=1/4時：下沖程：液柱引起的懸點最大慣性載荷：上沖程：下沖程中液柱不隨懸點運動，沒有液柱慣性載荷。懸點最大慣性載荷：上沖程：；下沖程：（2）振動載荷抽油桿柱本身為一彈性體，由于抽油桿柱作變速運動和液柱載荷周期性地作用于抽油桿柱，從而引起抽油桿柱的彈性振動，它所產(chǎn)生的振動載荷亦作用于懸點上。其數(shù)值與抽油桿柱的長度、載荷變化周期及抽油機結(jié)構(gòu)有關(guān)。3.摩擦載荷（1）抽油桿柱與油管的摩擦力（桿管）（2）柱塞與襯套之間的摩擦力（柱塞與襯套）（3）液柱與抽油桿柱之間的摩擦力（桿液）（4）液柱與油管之間的摩擦力（管液）（5）液體通過游動閥的摩擦力（閥阻力）上沖程主要受（1）、（2）、（4）影響，增加懸點載荷,下沖程主要受（1）、（2）、（3）、（5）影響，減小懸點載荷。（1）抽油桿柱與液柱之間的摩擦力抽油桿柱與液柱間的摩擦發(fā)生在下沖程，摩擦力方向向上。阻力的大小隨抽油桿柱的下行速度而變化，最大值為：主要決定因素：液體粘度和抽油桿的運動速度。把懸點看做簡諧運動，則上沖程中抽油桿柱和液柱幾乎沒有相對運動，沒有摩擦力。（2）液柱與油管間的摩擦力油管柱與液柱間的摩擦發(fā)生在上沖程。上沖程：游動閥關(guān)閉，油管內(nèi)的液柱隨抽油桿柱和柱塞上行，液柱與油管間發(fā)生相對運動而引起的摩擦力的方向向下，故增大懸點載荷。下沖程中液柱與抽油桿柱間的摩擦力約為上沖程中油管與液柱間摩擦力的1.3倍。即：下沖程中油管和液柱幾乎沒有相對運動，沒有摩擦力。（3）液體通過游動閥產(chǎn)生的阻力fp——柱塞面積；fo——閥孔面積。抽油桿柱載荷、液柱載荷及慣性載荷是構(gòu)成懸點載荷的三項基本載荷。稠油井內(nèi)摩擦載荷及大沉沒度井的沉沒壓力產(chǎn)生的載荷突出；在低沉沒度井內(nèi)，由于泵的充滿程度差，會發(fā)生柱塞與泵內(nèi)液面的撞擊，將產(chǎn)生較大沖擊載荷，從而影響懸點載荷。（二）懸點最大和最小載荷1.計算懸點最大載荷和最小載荷的一般公式最大載荷發(fā)生在上沖程，最小載荷發(fā)生在下沖程，其值為：在下泵深度及沉沒度不很大、井口回壓及沖數(shù)不高的稀油直井內(nèi)，在計算最大和最小載荷時，通?？梢院雎訮v、F、Pi、Ph及液柱慣性載荷，則：令：，則：，2.考慮抽油桿柱彈性時懸點最大載荷的計算（了解）初變形期：從上沖程開始到液柱載荷加載完畢的過程。初變形期之后，抽油桿柱帶著活塞隨懸點做變速運動。在此過程中，除了液柱和抽油桿柱產(chǎn)生的靜載荷之外，還會在抽油桿柱上引起動載荷。忽略液柱對抽油桿柱動載荷的影響，動載荷包括：初變形期末抽油桿柱運動引起的自由縱振產(chǎn)生的振動載荷；抽油桿柱做變速運動所產(chǎn)生的慣性載荷。（1）抽油桿柱自由縱振產(chǎn)生的振動載荷在初變形期末激發(fā)起的抽油桿的縱向振動微分方程為：初始條件：；邊界條件：；用分離變量法求解為：抽油桿柱的自由縱振在懸點上引起的振動載荷為：懸點的的振動載荷是的周期函數(shù)。圖3-13隨的變化圖所以，最大振動載荷發(fā)生在處，實際上由于存在阻尼，振動將會隨時間衰減，故最大振動載荷發(fā)生在處，即：（2）抽油桿柱的慣性載荷初變形期之后抽油桿柱隨懸點做變速運動，必然會由于強迫運動而在抽油桿柱內(nèi)產(chǎn)生附加的動載荷。為了使問題簡化，把強迫運動產(chǎn)生的動載荷只考慮為抽油桿柱隨懸點做加速度運動而產(chǎn)生的慣性載荷。慣性載荷的大小取決于抽油桿柱的質(zhì)量、懸點加速度及其在桿柱上的分布。懸點加速度的變化決定于抽油機的幾何結(jié)構(gòu)。簡諧運動時，懸點加速度為：抽油桿柱距懸點x處的加速度：在x處單元體上的慣性力將為：積分后可得任一時間作用在整個抽油桿柱L上的總慣性力：（3）懸點最大載荷初變形期后，懸點載荷P是抽油桿柱載荷、液柱載荷、及振動、慣性載荷疊加而成，即：t0為初變形期經(jīng)歷的時間。取最大振動載荷出現(xiàn)的時間tm為懸點出現(xiàn)最大載荷的時間,則得到計算懸點最大載荷的公式：a.油管下端固定在油管下端固定的情況下，初變形期末柱塞對懸點的相對運動速度等于懸點運動速度，即油管下端固定時懸點最大載荷為：b.油管下端未固定初變形期末懸點運動速度：初變形期末柱塞對懸點的相對運動速度將小于懸點運動速度，并且：油管下端未固定時懸點最大載荷為：3.計算懸點最大載荷的其它公式一般井深及低沖數(shù)油井：簡諧運動、桿柱和液柱慣性載荷：曲柄滑塊運動、桿柱慣性載荷：簡諧運動、桿柱慣性載荷：簡諧運動、桿柱和液柱慣性載荷：第三節(jié)抽油機平衡、扭矩與功率計算一、抽油機平衡計算不平衡原因：上下沖程中懸點載荷不同，造成電動機在上、下沖程中所做的功不相等。不平衡造成的后果：①上沖程中電動機承受著極大的負荷，下沖程中抽油機帶著電動機運轉(zhuǎn)，造成功率的浪費，降低電動機的效率和壽命；②由于負荷極不均勻，會使抽油機發(fā)生激烈振動，而影響抽油裝置的壽命。③破壞曲柄旋轉(zhuǎn)速度的均勻性，影響抽油桿和泵正常工作。（一）平衡原理在下沖程中把能量儲存起來，在上沖程中利用儲存的能量來幫助電動機做功，從而使電動機在上下沖程中都做相等的正功。在抽油機后梁加一重物，在下沖程中讓抽油桿自重和電動機一起對重物做功：——→上沖程中，將重物儲存的能量釋放出來和電動機一起對懸點做功：——→平衡條件：，則。所以，為了使抽油機平衡，在下沖程中需要儲存的能量或上沖程中需要釋放的能量應(yīng)該是懸點在上下沖程中所做功之和的一半。（二）平衡方式氣動平衡和機械平衡（1）氣動平衡原理：下沖程通過游梁帶動的活塞壓縮氣包中的氣體，把下沖程中作的功儲存起來并轉(zhuǎn)變成為氣體的壓縮能。上沖程中被壓縮的氣體膨脹，將儲存的壓縮能轉(zhuǎn)換成膨脹能幫助電動機做功。適用條件：大型抽油機。優(yōu)點：節(jié)約鋼材，改善抽油機受力狀況。缺點：加工質(zhì)量要求高（如氣包的密封性等）。（2）機械平衡原理：下沖程以增加平衡重塊的位能來儲存能量；上沖程中平衡重降低位能，來幫助電動機做功。①游梁平衡：游梁尾部加平衡重；（適用于小型抽油機）②曲柄平衡（旋轉(zhuǎn)平衡）：平衡塊加在曲柄上；（適用于大型抽油機）③復(fù)合平衡（混合平衡）：游梁尾部和曲柄上都有平衡重。（適用于中型抽油機）（三）平衡計算1）復(fù)合平衡平衡半徑公式：2）曲柄平衡平衡半徑公式：3）游梁平衡達到平衡所需要的游梁平衡塊重：（四）抽油機平衡檢驗方法1）測量驢頭上、下沖程的時間平衡條件下上、下沖程所用的時間基本相等。如果上沖程快，下沖程慢，說明平衡過量。2）測量上、下沖程中的電流平衡條件下上、下沖程的電流峰值相等。如果上沖程的電流峰值大于下沖程的電流峰值，說明平衡不夠。二、曲柄軸扭矩計算及分析（一）計算扭矩的基本公式抽油過程中減速箱輸出軸（曲柄軸）的扭矩M等于曲柄半徑與作用在曲柄銷處的切線力T的乘積，即：。不同平衡方式的抽油機扭矩精確計算相關(guān)式：復(fù)合平衡抽油機：曲柄平衡抽油機：游梁平衡抽油機：推導(dǎo)要點：力矩平衡、三角幾何關(guān)系。不同平衡方式的抽油機扭矩簡化計算相關(guān)式：簡化條件：忽略游梁擺角和游梁平衡重慣性力矩的影響。復(fù)合平衡抽油機：曲柄平衡抽油機：游梁平衡抽油機：扭矩因數(shù)：懸點載荷在曲柄軸上造成的扭矩與懸點載荷的比值。抽油機結(jié)構(gòu)不平衡值B：等于連桿與曲柄銷脫開時，為了保持游梁處于水平位置而需要加在光桿上的力。（方向向下為正）（二）扭矩因數(shù)計算（三）懸點位移與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系扭矩曲線扭矩曲線（扭矩-曲柄轉(zhuǎn)角）抽油機運動規(guī)律實測示功圖懸點載荷與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系扭矩因素與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系抽油機懸點載荷隨其位移變化的圖形稱為光桿（地面）示功圖圖3-18濮1-3井扭矩曲線1.凈扭矩；2.油井負荷扭矩；3.曲柄平衡扭矩（四）扭矩曲線的應(yīng)用1.檢查是否超扭矩及判斷是否發(fā)生“背面沖突”當扭矩曲線出現(xiàn)負扭矩時，說明減速箱的主動輪變?yōu)閺膭虞?。如果負扭矩值較大，則將發(fā)生齒輪嚙合面的“背面沖擊”，從而降低齒輪壽命。2.判斷及計算平衡平衡條件：。如果，則上重下輕，說明平衡不夠，需要增大平衡扭矩；反之，則說明平衡過重，需要減小平衡扭矩。復(fù)合平衡和曲柄平衡的抽油機，通常采用改變平衡半徑的方法來調(diào)節(jié)平衡扭矩。3.功率分析減速箱輸出的瞬時功率等于瞬時扭矩與曲柄角速度的乘積：一個沖程的平均功率：（五）最大扭矩計算公式1.計算最大扭矩的近似公式簡化條件：（1）抽油機懸點運動簡化為簡諧運動；（2）忽略抽油機系統(tǒng)的慣性和游梁擺角的影響；（3）最大峰值扭矩發(fā)生在曲柄轉(zhuǎn)角為90°。有效平衡值：抽油機結(jié)構(gòu)不平衡重及平衡重在懸點產(chǎn)生的平衡力。它表示了被實際平衡掉的懸點載荷值。在平衡條件下：2.計算最大扭矩的經(jīng)驗公式蘇聯(lián)拉瑪扎諾夫于1957年提出：根據(jù)國內(nèi)油井扭矩曲線的峰值建立的經(jīng)驗公式：三、電動機選擇和功率計算（一）電動機功率計算電動機的選擇關(guān)系到電能的利用效率和能否充分發(fā)揮抽油設(shè)備與油層生產(chǎn)能力。游梁式抽油裝置的特點：a.負荷是脈沖的，而且變化大；b.啟動條件困難，要求有大的啟動轉(zhuǎn)矩；c.所用的電動機功率不太大，但總的數(shù)量大；d.在露天工作，要求電動機維護簡單、工作可靠。目前國產(chǎn)抽油機所選配的電動機大多是高起動轉(zhuǎn)矩系列的三相異步封閉式鼠籠型電動機。電動機功率與曲柄軸上的扭矩關(guān)系式為：由于抽油機懸點載荷是變化的，所以電動機功率與傳到曲柄軸上的扭矩也是變化的，因此在變負荷條件下，電動機選擇的一般是根據(jù)扭矩的變化規(guī)律，按等值扭矩來計算，即：等值扭矩Me：用一個不變化的固定扭矩代替變化的實際扭矩，使其電動機的發(fā)熱條件相同，則此固定扭矩即為實際變化的扭矩的等值扭矩。等值扭矩與最大扭矩之間的關(guān)系：作簡諧運動時，扭矩呈正弦規(guī)律變化：真實運動規(guī)律：考慮到不平衡等因素，實際計算時建議采用：電動機功率：（二）抽油效率計算水力功率：在一定時間內(nèi)將一定量的液體提升一定距離所需要的功率。光桿功率：通過光桿來提升液體和克服井下?lián)p耗所需要的功率。（1）根據(jù)實測示功圖準確計算：（2）根據(jù)示功圖繪制扭矩曲線準確計算光桿平均功率。（3）光桿功率計算的近似計算：第四節(jié)泵效計算泵效：在抽油井生產(chǎn)過程中，油井的實際產(chǎn)量Q與泵的理論排量Qt的比值η稱為泵效。在正常情況下，如果η為0.7-0.8，泵的工作狀況良好。礦場試驗表明：平均泵效大都低于0.7。從深井泵工作的三個基本環(huán)節(jié)（柱塞讓出體積、液體進泵、液體從泵內(nèi)排出）來看，影響泵效的因素可歸結(jié)為三個方面。影響泵效的因素：（1）抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮（2）氣體和充不滿的影響（3）漏失影響（4）體積系數(shù)的影響泵的理論排量：，油井的實際產(chǎn)量：，其中：，，，。一、柱塞沖程交變載荷作用引起抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮，從而使柱塞沖程小于光桿沖程，導(dǎo)致泵效降低，泵效小于1。（一）靜載荷作用下的柱塞沖程液柱載荷在上、下沖程中交替地由油管轉(zhuǎn)移到抽油桿柱和由抽油桿柱轉(zhuǎn)移到油管，使桿柱和管柱發(fā)生交替地伸長和縮短。抽油桿柱和油管柱的自重伸長在泵工作的整個過程中是不變的，它們不會影響柱塞沖程。沖程損失：柱塞沖程：沖程損失計算式：多級抽油桿的沖程損失：，若各級桿及油管的鋼級不同，則E單獨取值。柱塞截面積越大，泵下得越深，則沖程損失越大。當泵的直徑超過某一限度之后，泵的實際排量不增反小。圖3-19抽油桿和油管彈性伸縮示意圖（二）考慮慣性載荷后柱塞沖程的計算當懸點上升到上死點時，抽油桿柱有向下的（負的）最大加速度和向上的最大慣性載荷，抽油桿在慣性載荷的作用下還會帶著柱塞繼續(xù)上行。當懸點下行到下死點后，抽油桿的慣性力向下，使抽油桿柱伸長，柱塞又比靜載變形時向下多移動一段距離。柱塞沖程增加量：根據(jù)虎克定律，慣性載荷引起的柱塞沖程增量為：上沖程：下沖程：由于抽油桿柱上各點所承受的慣性力不同，計算中近似取其平均值，即：因此，考慮靜載荷和慣性載荷后的柱塞沖程為：（三）抽油桿柱的振動對柱塞沖程的影響抽油桿振動引起的伸縮對柱塞沖程的影響是一致，即要增加都增加，要減小都減小。其增減情況取決于抽油桿柱自由振動與懸點擺動引起的強迫振動的相位配合,因此，抽油桿柱振動對柱塞沖程的影響存在著沖次、沖程配合的有利與不利區(qū)域。二、泵的充滿程度對于多數(shù)油田的深井泵開采時期，都是在井底流壓小于飽和壓力的條件下生產(chǎn)的。因此，在抽汲時總是氣液兩相同時進泵，氣體進泵必然減少進入泵內(nèi)的液體量而降低泵效。氣鎖：抽汲時由于氣體在泵內(nèi)壓縮和膨脹，吸入和排出閥無法打開，出現(xiàn)抽不出油的現(xiàn)象。充滿系數(shù)：充滿系數(shù)推導(dǎo)過程：圖3-20氣體對沖滿程度的影響R—氣液比，R=Vg/Vl，則Vg=RVl，則——→又，則由于K=Vs/Vp，則=所以泵充滿程度的影響因素分析：（1）防沖距：K值越小，β值就越大。盡量減小防沖距，以減小余隙。（2）生產(chǎn)流體的性質(zhì)—氣液比：R愈小，β就越大。增加泵的沉沒深度或使用氣錨。三、泵的漏失影響泵效漏失包括：（1）排出部分漏失；（2）吸入部分漏失；（3）其它部分漏失，如油管絲扣泵的連接部分及泄油器不嚴等。漏失很難計算，除了新泵可根據(jù)試泵實驗測試結(jié)果和相關(guān)式估算外，泵由于磨損、砂蠟卡和腐蝕所產(chǎn)生的漏失以及油管絲扣、泵的連接部分和泄油器不嚴等所產(chǎn)生的漏失很難計算。柱塞與襯套間隙漏失計算：靜止條件下的漏失量：活塞向上運動時上帶液量：總漏失量為：低粘深井漏失大。措施：提高泵等級、快速抽汲。所以只考慮柱塞間隙漏失時，漏失系數(shù)為：四、提高泵效的措施（1）選擇合理的工作方式①選用大沖程、小沖次，減小氣體影響，降低懸點載荷，特別是稠油井。②連噴帶抽井選用大沖數(shù)快速抽汲，以增強誘噴作用。③深井抽汲時，S和N的選擇一定要避開不利配合區(qū)。（2）確定合理沉沒度。（3）改善泵的結(jié)構(gòu)，提高泵的抗磨、抗腐蝕性能。（4）使用油管錨減少沖程損失。（5）合理利用氣體能量及減少氣體影響。氣錨分離原理示意圖第五節(jié)有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計一、抽油桿強度計算及桿柱設(shè)計（一）抽油桿的受力特征及強度計算方法1.抽油桿設(shè)計內(nèi)容抽油桿設(shè)計內(nèi)容：抽油桿柱的長度、直徑、組合及材料。長度確定——歸結(jié)為確定下泵深度——歸結(jié)于確定生產(chǎn)壓差——歸結(jié)為穩(wěn)定系統(tǒng)試井資料。確定直徑：為了保證抽油桿安全工作，必須根據(jù)材料及強度來確定其直徑。2、確定抽油桿強度的計算公式（1）受力情況抽油桿工作的承受著交變負荷，因此在抽油桿柱內(nèi)產(chǎn)生了由σmin到σmax的不對稱循環(huán)應(yīng)力。原因：如果在最大拉應(yīng)力下發(fā)生破壞，那么抽油桿柱的斷裂事故，主要應(yīng)該發(fā)生在拉應(yīng)力最大的上部，但是礦場使用抽油桿的實踐表明，在上中下部都有斷裂。因此抽油桿必須根據(jù)疲勞強度來進行計算。（2）計算方法①.И.А奧金格公式在非對稱循環(huán)應(yīng)力下抽油桿的強度條件為：，其中：，，，可以進行一定抽汲條件下的抽油桿強度校核和確定抽油桿最大下入深度。注意：（1）對于深井，為了節(jié)約鋼材，減少懸點載荷，或增加抽油桿的下入深度，從等強度原則出發(fā)，通常都采用上部直徑大，下部直徑小的多級組合抽油桿柱。多級抽油桿組合的選擇原則：等強度原則，即每級桿柱上部斷面的折算應(yīng)力均相等。下部為小直徑桿柱，上部為大直徑桿柱。抽油桿柱末端載荷最小，越往上，載荷越大，當抽油桿柱橫截面上的折算應(yīng)力等于材料的許用應(yīng)力時，就應(yīng)更換較大直徑或強度較高的抽油桿。依次類推，直到抽油桿延伸到井口為止。即：。（2）下部采用加重桿，一方面可提高桿柱剛度；另外，這部分桿柱總量能夠克服一部分活塞下行阻力，減少彎曲。②修正古得曼圖法修正古得曼圖法是美國石油學(xué)會（API）推薦方法。修正古得曼圖如圖3-32所示，縱坐標為抽油桿柱的最大應(yīng)力σmax，橫坐標為最小應(yīng)力σmin。圖中陰影區(qū)為疲勞安全區(qū)，抽油桿的折算應(yīng)力點落在該區(qū)內(nèi)時，抽油桿就不會發(fā)生疲勞破壞。圖3-32修正古德曼圖根據(jù)修正古得曼圖，抽油桿的最大許用應(yīng)力計算公式為：要保證抽油桿柱不發(fā)生疲勞破壞：抽油桿的許用應(yīng)力不僅與抽油桿的材料和流體的腐蝕性有關(guān)，還與所受的最小應(yīng)力有關(guān)。即修正古得曼圖和上式給出的是許用應(yīng)力范圍。在抽油桿柱設(shè)計和應(yīng)力分析中，常采用應(yīng)力范圍比式中：σmax-σmin──抽油桿的應(yīng)力范圍；σall-σmin──許用應(yīng)力范圍。合理的抽油桿組合比例，不僅應(yīng)保證各級抽油桿的＜100％，而且各級抽油桿的值應(yīng)比較接近。同時，為了有效地使用抽油桿，還應(yīng)保持較高的數(shù)值。（二）抽油桿柱設(shè)計方法對于鋼桿抽油桿柱設(shè)計，一搬采用等強度原則，即各級桿柱頂端面的應(yīng)力范圍比或折算應(yīng)力相等。二、有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計有桿抽油系統(tǒng)組成：（1）油層——IPR曲線；（2）井筒——井筒多相流規(guī)律；（3）采油設(shè)備（機、桿、泵等）——運動學(xué)和動力學(xué)規(guī)律；（4）地面出油管線——地面多相流規(guī)律。有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容：（1）油井流入動態(tài)計算；（2）采油設(shè)備（機、桿、泵等）選擇；（3）抽汲參數(shù)（沖程、沖次、泵徑和下泵深度等）確定；（4）工況指標預(yù)測。有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計目標：經(jīng)濟、有效地舉升原油。有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)：油藏供液能力有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計理論基礎(chǔ)：節(jié)點系統(tǒng)分析方法有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：（1）油井和油層數(shù)據(jù)；（2）流體物性參數(shù)；（3）油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)。有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計思路（不限產(chǎn)量）：限定產(chǎn)量：這是根據(jù)油井配產(chǎn)任務(wù)一定產(chǎn)量條件下，尋求為完成規(guī)定產(chǎn)量使抽油系統(tǒng)在高效率下工作的抽油方案。其核心是確定合理的抽汲參數(shù)。設(shè)計步驟與不限定產(chǎn)量的主要不同點是：①以規(guī)定的產(chǎn)量作為設(shè)計產(chǎn)量，不再先假定產(chǎn)量；②進行桿柱設(shè)計時，若桿柱超應(yīng)力時，則先選出高強度桿或重新確定能滿足規(guī)定的抽汲參數(shù)組合（主要是n，s，Dp），若最后仍無法滿足，則停止設(shè)計，說明配產(chǎn)不合理，有桿抽油方式無法實現(xiàn)配產(chǎn)任務(wù)；③如果抽油機超扭矩和超載荷，則可更換大型抽油機，重新進行設(shè)計；④能夠基本滿足規(guī)定產(chǎn)量的抽汲參數(shù)可能會有多種組合，剛應(yīng)以系統(tǒng)的效率高，能耗低作為抽汲參數(shù)的選擇依據(jù)。三、鋼桿-玻璃鋼桿組合桿柱抽油技術(shù)（自學(xué)）玻璃鋼桿優(yōu)點：（1）重量輕，可減少設(shè)備投資，節(jié)省能源和增加下泵深度。（2）彈性好，可以實現(xiàn)超沖程。（3）耐腐蝕，可減少斷脫事故。玻璃鋼桿缺點：（1）價格貴：是鋼質(zhì)抽油桿的1.6～1.8倍。（2）不能承受軸向壓縮載荷（底部加重以保證受拉），使用溫度不能超過93.3℃。（3）報廢桿不能溶化回收利用。（4）目前鋼—玻璃鋼組合桿柱設(shè)計理論與普通全鋼桿設(shè)計相同。第六節(jié)有桿抽油系統(tǒng)工況分析抽油井分析應(yīng)包括如下內(nèi)容：（1）了解油層生產(chǎn)能力及工作狀況，分析是否已發(fā)揮了油層潛力，分析、判斷油層不正常工作的原因；（2）了解設(shè)備能力及工作狀況，分析設(shè)備是否適應(yīng)油層生產(chǎn)能力，了解設(shè)備潛力，分析判斷設(shè)備不正常的原因；（3）分析檢查措施效果。目的：油層與抽油設(shè)備協(xié)調(diào)，油井高效生產(chǎn)。一、抽油井液面測試與分析（一）動液面、靜液面及采油指數(shù)圖3-25靜液面與動液面的位置1.靜液面：關(guān)井后環(huán)形空間中的液面恢復(fù)到靜止時的液面；從井口到液面的距離Ls稱為靜液面深度；從油層中部到靜液面的距離Hs稱為靜液面高度；與它相對應(yīng)的是油層壓力（靜壓）。2.動液面：油井生產(chǎn)時環(huán)形空間中的液面；從井口到液面的距離Lf稱為動液面深度；從油層中部到靜液面的距離Hf稱為動液面高度；與它相對應(yīng)的是流壓pf。抽油井的流動方程：采油指數(shù)：折算液面：把在一定套壓下測得的液面折算成套管壓力為零時的液面，即：（二）液面位置的測量測量儀器：回聲儀測量原理：利用聲波在環(huán)形空間流體介質(zhì)中的傳播速度和測得的反射時間來計算其位置1.有音標的井圖3-26聲波反射曲線2.無音標井根據(jù)波動理論和聲學(xué)原理，聲波在氣體中的傳播速度為：利用氣體狀態(tài)方程確定氣體密度：因為：則：聲波速度為：簡化為：（三）含水井油水界面及工作制度與含水的關(guān)系圖3-27含水井的油水界面①含水井正常抽油時，油水界面穩(wěn)定在泵的吸入口處。低氣油比含水油井：在泵下加深尾管來降低流壓，提高產(chǎn)量。低含水高氣油比井（除帶噴井外）：加深尾管會降低泵的充滿系數(shù)，因為進入尾管后從油中分出的氣體將全部進入泵內(nèi)。②抽油井工作制度與含水的變化關(guān)系當油層和水層壓力相同（或油水同層）時，油井含水不隨工作制度而改變；當出油層壓力高于出水層壓力時，增大總采液量（降流壓），將引起油井含水量的上升；當水層壓力高于油層壓力時，加大總采液量，將使油井含水量下降。確定含水井工作制度時：①對油水層壓力相同及水層壓力高于油層壓力的井，把產(chǎn)液量增大到設(shè)備允許的抽汲量是合理的。②利用油井在不同工作制度下產(chǎn)液量與含水的變化情況來判斷油水層的壓力關(guān)系。二、地面示功圖分析示功圖：載荷隨位移的變化關(guān)系曲線所構(gòu)成的封閉曲線圖。地面示功圖或光桿示功圖：懸點載荷與位移關(guān)系的示功圖。（一）理論示功圖及其分析1.靜載荷作用下的理論示功圖圖3-28靜載理論示功圖圖3-29考慮慣性和振動后的理論示功圖循環(huán)過程：下死點A→加載完成B→上死點C→卸載完成D→下死點A→…ABC為上沖程靜載荷變化線。AB為加載過程，加載過程中，游動閥和固定閥處于關(guān)閉狀態(tài)；在B點加載完畢，變形結(jié)束，柱塞與泵筒開始發(fā)生相對位移，固定閥打開而吸入液體。BC為吸入過程（BC=sP為泵的沖程），游動閥處于關(guān)閉狀態(tài)。CDA為下沖程靜載荷變化線。CD為卸載過程，游動閥和固定閥處于關(guān)閉狀態(tài)；在D點卸載完畢，變形結(jié)束，柱塞與泵筒發(fā)生向下相對位移，游動閥被頂開、排出液體。DA為排出過程，固定閥處于關(guān)閉狀態(tài)。2.考慮慣性載荷后的理論示功圖（二）典型示功圖分析典型示功圖：某一因素的影響十分明顯，其形狀代表了該因素影響下的基本特征的示功圖。1.氣體和充不滿對示功圖的影響①氣體影響示功圖充滿系數(shù)：②充不滿影響的示功圖充不滿現(xiàn)象：地層產(chǎn)液在上沖程末未充滿泵筒的現(xiàn)象。2.漏失對示功圖的影響①排出部分的漏失柱塞的有效吸入行程：泵效：②吸入部分漏失柱塞的有效吸入行程：泵效：圖3-30有氣體影響的示功圖圖3-31充不滿的示功圖圖3-32泵排出部分漏失圖3-33吸入閥漏失③吸入部分和排出部分同時漏失圖3-34吸入閥嚴重漏失圖3-35吸入閥和排出閥同時漏失3.柱塞遇卡的示功圖柱塞在泵筒內(nèi)被卡死在某一位置時，在抽汲過程中柱塞無法移動而只有抽油桿的伸縮變形，圖形形狀與被卡位置有關(guān)。4.帶噴井的示功圖在抽汲過程中，游動閥和固定閥處于同時打開狀態(tài)，液柱載荷基本加不到懸點。示功圖的位置和載荷變化的大小取決于噴勢的強弱及抽汲液體的粘度。圖3-36活塞卡在泵筒中部圖3-37噴勢強、油稀帶噴5.抽油桿斷脫抽油桿斷脫后的懸點載荷實際上是斷脫點以上的抽油桿柱重量，只是由于摩擦力，才使上下載荷線不重合。圖形的位置取決于斷脫點的位置。抽油桿柱的斷脫位置可根據(jù)下式來估算：。圖3-38噴勢弱、油稠帶噴圖3-39抽油桿斷脫6.其它情況圖3-40出砂井圖3-41結(jié)蠟井圖3-42管式泵活塞脫出工作筒圖3-43防沖距過小活塞碰固定閥的示功圖三、抽油機井工況診斷技術(shù)（了解）抽油機井工況診斷技術(shù)：抽油井計算機診斷的內(nèi)容：①計算抽油桿柱斷面上的應(yīng)力分布和示功圖；②估算泵口壓力；③判斷油井潛能；④計算活塞沖程和泵效；⑤檢驗泵及油管錨的機械狀況；⑥計算和繪制扭矩曲線，并進行平衡和功率的計算與分析。診斷技術(shù)的應(yīng)用：1.判斷泵的工作狀況及計算泵排量；2.計算各級桿柱的應(yīng)力和分析桿柱組合的合理性；3.計算和分析抽油機扭矩、平衡及功率；4.估算泵口壓力及預(yù)測油井產(chǎn)量；5.判斷油管錨或封隔器固定油管的有效性。第四章無桿泵采油無桿泵和有桿泵采油的主要區(qū)別在于動力傳遞方式不同。有桿泵采油是利用從地面下入井內(nèi)的抽油桿作為傳遞地面動力的手段，帶動井下抽油泵，將原油抽至地面。無桿泵采油是利用從電纜或高壓液體將地面能量傳輸至井下，帶動井下機組將原油抽至地面。主要內(nèi)容：電潛泵舉升技術(shù)、水力活塞泵采油、水力射流泵采油。第一節(jié)電潛泵舉升技術(shù)電潛泵全程電動潛油離心泵，簡稱電泵，是將電動機和泵一起下入油井內(nèi)液面以下進行抽油的井下舉升設(shè)備。特點：工作時，地面電源通過變壓器變?yōu)殡姍C所需要的工作電壓，輸入到控制屏內(nèi)，然后經(jīng)由電纜將電能傳給井下電機，使電機帶動離心泵旋轉(zhuǎn)，把井液通過分離器抽入泵內(nèi)，進泵的液體由泵的葉輪逐級增壓，經(jīng)油管舉升到地面。一、電潛泵采油裝置及其工作原理圖4-1電潛泵采油系統(tǒng)示意圖（1）能量傳遞過程（2）地層流體舉升過程電潛泵舉升方式的主要優(yōu)點：（1）排量大；（2）操作簡單，管理方便；（3）能夠較好地運用于斜井與水平井以及海上采油；（4）在防蠟方面有一定的作用。電潛泵舉升方式的主要缺點：（1）下入深度受電機功率、油套管直徑、井筒高溫等的限制；（2）比較昂貴，初期投資高；（3）作業(yè)費用高和停產(chǎn)時間過長；（4）電機、電纜易出現(xiàn)故障；（5）日常維護要求高。（一）潛油電機潛油電機是一種兩級、三相鼠籠式異步感應(yīng)電機。主要結(jié)構(gòu)和工作原理和常用的異步電動機相同。特點：（1）外廓尺寸細長；（2）轉(zhuǎn)子和定子分節(jié)；（3）保證潛油電機的嚴格密封；（4）潤滑油循環(huán)系統(tǒng)比較特殊。（二）多級離心泵1.泵的結(jié)構(gòu)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，而葉輪的級數(shù)決定了泵的揚程和電機所需的功率。葉輪有固定式和浮動式兩種。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，都由裝在保護器內(nèi)的止推軸承承受。圖4-2潛油多級離心泵結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)特點：（1）直徑小、級數(shù)多、長度大；（2）軸向卸載、徑向扶正；（3）泵吸入口裝有特殊裝置，如油氣、油砂分離器等；（4）泵出口上部裝有單流閥和泄油閥。2.泵的工作原理潛油多級離心泵的工作原理與地面離心泵相同。當充滿在葉輪流道內(nèi)的液體在離心力作用下，從葉輪中心沿葉片間的流道甩向葉輪四周時，液體受葉片的作用，使壓力和速度同時增加，并經(jīng)導(dǎo)輪的流道被引向次一級葉輪，這樣，逐級流過所有的葉輪和導(dǎo)輪，進一步使液體的壓能增加獲得一定的揚程。單位重量液體通過泵所獲得的能量叫揚程，是泵的重要工作能參數(shù)，又稱壓頭。3.泵的工作特性潛油電泵的特性曲線：泵的揚程、功率和泵效同排量之間的關(guān)系曲線。圖4-3潛油離心泵特性曲線圖（三）保護器保護器是利用井液與電機油的密度差異，以防止井液進入電機造成短路而燒毀電機的裝置。主要是通過隔離腔連接井液與電機油來完成這一功能。1）密封電機軸的動力輸出端，防止井液進入電機。2）在電泵機組啟、停過程中，為電機油的熱脹冷縮提供一個補償油的儲藏空間。由于保護器的充油部分與一定允許壓力的井液相連通，故可平衡電機內(nèi)外腔壓力。當開機溫度升高時，由保護器接納電機油；當停機溫度降低，電機油收縮或工作損耗時，則由保護器補充電機油。3）通過連接電機驅(qū)動軸與泵軸，起傳遞扭矩的作用。4）保護器內(nèi)的止推軸承可承受泵的軸向力。保護器類型：連通式、沉淀式和膠囊式保護器（四）油氣分離器自由氣進入離心泵后，將使泵的排量、揚程和效率下降，工作不穩(wěn)定，而且容易發(fā)生氣蝕損害葉片。油氣分離器安裝在泵的液體吸入口處，當混氣流體進入多級離心泵之前，先通過分離器，把自由氣體分離出來，防止和減少氣體進泵，保證電潛泵具有良好的工作特性。流體在高速流動和壓力變化條件下，與流體接觸的金屬表面上發(fā)生洞穴狀腐蝕破壞的現(xiàn)象。常用的分離器有兩種：沉降式和旋轉(zhuǎn)（離心）式（五）潛油電纜作用：地面向井下機組傳輸電力。潛油電纜結(jié)構(gòu)特點：要求便于起下，且不易損壞；要求耐油、氣、水，耐高溫、高壓；電纜終端有與電機插配的特殊密封接頭—電纜頭；為滿足油井對機組尺寸的要求，潛油電纜一般采用圓型和扁型，扁型和扁型聯(lián)接在一起的復(fù)合結(jié)構(gòu)；要能適應(yīng)施工和環(huán)境溫度，進行起下作業(yè)時，電纜保護套層不破