采油機(jī)械課件-自噴采油和氣舉采油

自噴采油和氣舉采油一、自噴采油采油樹(shù)采油樹(shù)是指自噴井口裝置的地上局部，它用法蘭盤(pán)坐于油管頭之上。采油樹(shù)用于控制和調(diào)節(jié)升舉到井口的油氣流向，與大四通配合形成修井液和壓井液的正、反循環(huán)及進(jìn)行測(cè)井作業(yè)以及關(guān)閉井口。1-螺母；2-雙頭螺栓；3-套管法蘭頭；4-錐座式油管頭；6-鋼圈；7-卡箍；8-閘閥5-卡箍短節(jié)9-鋼圈；10-油管頭上法蘭；11-螺母；12-雙頭螺栓；13-節(jié)流器14-小四通；15-壓力表16-彎頭17-壓力表截止閥；18-接頭19-名牌采油樹(shù)示意圖采油樹(shù)是閥門(mén)和配件的組成總成，用于油氣井的流體控制，并為生產(chǎn)油管柱提供入口。它包括油管頭上法蘭上的所有裝備?？梢詰?yīng)用采油樹(shù)總成進(jìn)行多種不同的組合，以滿(mǎn)足任何一種特殊用途的需要。采油樹(shù)按不同的作用又分采油〔自噴、人工舉升〕、采氣〔天然氣和各種酸性氣體〕、注水、熱采、壓裂、酸化等專(zhuān)用井口裝置。并根據(jù)使用壓力等級(jí)不同而形成系列。采氣樹(shù)及油管頭主要用于采氣和注氣。由于天然氣氣體相對(duì)密度低，氣注壓力低，不管采氣或注氣井口壓力都高，流速高，同時(shí)易滲漏，有時(shí)天然氣中會(huì)有H2S、CO2等腐蝕性介質(zhì)，因而對(duì)采起樹(shù)的密封性及其材質(zhì)要有更嚴(yán)格的要求。有時(shí)為了平安起見(jiàn)，油、套管均采用雙閥門(mén)，對(duì)于一些高壓超高壓氣井的閥門(mén)采用優(yōu)質(zhì)鋼材整體鍛造而成。采油〔氣〕樹(shù)及油管接頭主要用于控制生產(chǎn)井口的壓力和調(diào)節(jié)油〔氣〕流量；也可用于酸化壓裂、注水、測(cè)試等特殊作業(yè)。最常用的是KYS25／65DQ型自噴井口裝置。工作壓力：25MPa，聯(lián)接型式：井口閘門(mén)以卡箍型式聯(lián)接通徑：65mm適用53/4in油層套管。圖卡箍式采油樹(shù)采油樹(shù)主要由油管四通(小四通)、四個(gè)井口閘閥和節(jié)流器組成。油管四通下連總閘門(mén)、上連清蠟(測(cè)井)閘門(mén)，安裝在油管四通兩側(cè)的井口閘門(mén)稱(chēng)生產(chǎn)閘門(mén)。在一側(cè)生產(chǎn)閘門(mén)連接有節(jié)流器(嘴子套)，節(jié)流器內(nèi)裝有可更換的油嘴。節(jié)流器和油井出油管線(xiàn)連接。

工廠(chǎng)制造的井口裝置時(shí)將油管頭、采油樹(shù)及套管頭法蘭裝配成一個(gè)整體。常將這種成套的自噴井口裝置簡(jiǎn)稱(chēng)為采油樹(shù)。1-底法蘭，2-鋼圈，3-油管頭4-閘閥，5-上法蘭6-法蘭接頭7-節(jié)流器〔針閥〕8-四通9-截止閥10-壓力表緩沖器采氣樹(shù)采氣樹(shù)典型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖。圖采氣井口裝置釆氣樹(shù)和采油樹(shù)結(jié)構(gòu)相似，但考慮到天然氣的特點(diǎn)，對(duì)采氣樹(shù)要求更為嚴(yán)格：1)所有部件均采用法蘭連接；2)套管閘閥和總閘閥均成對(duì)配置，其中一個(gè)為備用；3)節(jié)流器采用針形閥，而不是固定孔徑的油嘴；4)全部部件均經(jīng)抗硫化氫處理。1-套管短接；2-套管頭座；3-四通；4-大小頭；5-閥門(mén)；6-短接；7-油嘴套和井口油嘴8-由壬；9-放空閥10-壓力表11-導(dǎo)管；12-表層管水泥環(huán)；16-油管；17-高壓氣層；18-高壓水層19-易坍塌地層21-主油層22-油層套管水泥環(huán)圖自噴井采油裝置油田上的生產(chǎn)井，按其生產(chǎn)方式的不同，分為自噴采油和機(jī)械采油兩大類(lèi)型。如果油層具有足夠的能量，不僅能將原油從油層內(nèi)驅(qū)入井底，而且還能夠?qū)⑵溆删走B續(xù)不斷地舉升到地面上來(lái)。這樣的生產(chǎn)井，我們稱(chēng)它為自噴井。用這種自噴的方式進(jìn)行采油，稱(chēng)其為自噴采油。1、自噴管柱井筒內(nèi)只下油管柱，簡(jiǎn)稱(chēng)光油管，管鞋一般下至產(chǎn)層中部。油氣是沿油管被升舉到井口，所以該管柱常被稱(chēng)為自噴管柱。油管是采油工業(yè)專(zhuān)用的高壓無(wú)縫鋼管，分平式和外加厚兩種。自噴管柱常用21/2in平式，外徑為73mm，內(nèi)徑為62mm。3、四種流動(dòng)過(guò)程原油從油層流到計(jì)量站，一般要經(jīng)過(guò)四種流動(dòng)過(guò)程：〔1〕原油沿油層流入井底；〔2〕從井底沿井筒流到井口；〔3〕通過(guò)油嘴；〔4〕沿地面管道流至計(jì)量站。

四種流動(dòng)過(guò)程各自遵循不同的規(guī)律:沿油層流動(dòng)為滲流；沿井筒的流動(dòng)為垂直多相或單相管流；通過(guò)油嘴的流動(dòng)為嘴流；沿地面管道的流動(dòng)一般為多相水平管流。4、自噴能量的消耗自噴生產(chǎn)時(shí)，原油的流動(dòng)主要是受地層滲流阻力、井筒液柱重力和原油與井筒管壁的摩擦阻力等因素的影響。(1)原油在地層中流動(dòng)時(shí)，主要能量消耗是流體克服在多孔介質(zhì)—巖石中的滲流阻力。(2)原油在井筒中流動(dòng)時(shí)，主要是克服井筒內(nèi)液柱重力和原油與井筒管壁的摩擦阻力。液柱重力受原油密度、含水量、溶解氣和浮力等影響。原油與井筒管壁的摩擦阻力主要與流體粘度大小有關(guān)。(3)原油通過(guò)油嘴時(shí)要消耗一定的能量。(4)在多相水平管流過(guò)程中主要的能量消耗是：流體通過(guò)各種管線(xiàn)時(shí)產(chǎn)生的局部水力損失和沿管線(xiàn)流動(dòng)的沿程水力損失等。工程簡(jiǎn)介**井口平安截?cái)嘞到y(tǒng)石油、天然氣的采氣、集輸是天然氣開(kāi)采過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于天然氣中含有水分、硫化氫、二氧化碳等成分，在采氣到集輸過(guò)程中，只要有一個(gè)環(huán)節(jié)引起故障或失控，均可釀成重大事故。在天然氣采氣及集輸過(guò)程中，除采氣工藝參數(shù)的自動(dòng)控制外，設(shè)備及井口在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)意外的自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)也是采氣集輸中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。只有充分利用現(xiàn)在的自動(dòng)控制及平安保障系統(tǒng)結(jié)合在一起，由ＰＬＣ集中控制，在出現(xiàn)故障時(shí)，各施其職，有效的保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)及井口設(shè)備。我校研制的井口平安截?cái)啾Ｗo(hù)裝置可配合電動(dòng)截?cái)嚅y、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行設(shè)備來(lái)集中控制集輸工藝，即具有現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)檢測(cè)，又可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝路線(xiàn)控制、井口平安保障等功能于一體，對(duì)采氣工藝具有重要作用。單井現(xiàn)場(chǎng)安裝結(jié)構(gòu)示意圖集輸站應(yīng)用案例無(wú)人值守單井-集輸站應(yīng)用案例二、氣舉采油氣舉采油站

氣舉采油工藝過(guò)程是通過(guò)向井筒內(nèi)注入高壓氣體的方法來(lái)降低井內(nèi)注氣點(diǎn)至地面的液柱密度，以減小地層與井底的壓差，使油氣繼續(xù)流出，并舉升到地面。

氣舉是在油井停噴后恢復(fù)生產(chǎn)的一種機(jī)械采油方法，亦可作為自噴生產(chǎn)的能量補(bǔ)充方法——幫助實(shí)現(xiàn)自噴。

典型氣舉系統(tǒng)如下圖。氣舉工藝所需設(shè)備：除地面管匯及一般的流量、壓力計(jì)量和監(jiān)控的儀表外，主要是地面的壓縮機(jī)站和井中的氣舉閥。圖氣舉系統(tǒng)示意圖2．氣舉方式根據(jù)補(bǔ)充能量是否連續(xù)進(jìn)行，將氣舉井分為連續(xù)氣舉和間歇?dú)馀e兩種?！玻薄尺B續(xù)流動(dòng)氣舉氣體連續(xù)地通過(guò)油、套環(huán)形空間注入，經(jīng)過(guò)安裝在最深部的氣舉閥進(jìn)入油管，使來(lái)自油層內(nèi)的流體混氣。注入氣加上地層氣使進(jìn)入油管柱內(nèi)的總氣量增加，降低了注氣點(diǎn)以上的混合物密度，使流體被連續(xù)升舉到地面。連續(xù)氣舉機(jī)理類(lèi)似于自噴井。圖連續(xù)氣舉裝置示意圖〔２〕間歇?dú)馀e周期性氣舉，即注入一定時(shí)間的氣體后停止注氣，液體段塞被升舉，并快速排出；同時(shí)地層油聚集在井底油管中，隨后又開(kāi)始注氣，如此反復(fù)循環(huán)進(jìn)行。間歇?dú)馀e的注氣時(shí)間和注氣量一般由時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或電子驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制。間歇?dú)馀e井的生產(chǎn)是不連續(xù)的。連續(xù)氣舉適用于產(chǎn)液指數(shù)和井底壓力高的中高產(chǎn)量井。間歇?dú)馀e適用于井底壓力低、產(chǎn)液指數(shù)較高的油井。連續(xù)氣舉井在油層供液能力下降、井底液量聚集太慢時(shí)，常會(huì)轉(zhuǎn)為間歇?dú)馀e。圖間歇?dú)馀e舉升過(guò)程(3)腔式氣舉是一種閉式氣舉、間歇?dú)馀e。實(shí)行腔室氣舉時(shí)，注入氣進(jìn)入腔室后位于被舉升液體之上，在注入氣進(jìn)入油管前液體段塞的速度就已經(jīng)到達(dá)或接近舉升速度，從而可以減少注入氣的竄流，也就是減少了注入損失。大多數(shù)腔室氣舉裝置可分為雙封隔器及插入式單封隔器兩類(lèi)。主要用于井底壓力低，采油指數(shù)高的油井。A、雙封隔器腔室氣舉進(jìn)行氣舉時(shí)：a.地面控制器和腔室閥翻開(kāi)。b.井液通過(guò)翻開(kāi)的固定閥和帶眼短節(jié)進(jìn)入腔室。c.此時(shí)排泄孔翻開(kāi)，使別離的溶解氣能從靠近腔室頂部位置進(jìn)入油管，防止低壓氣被壓縮在腔室頂部而阻礙井液進(jìn)入。d.從地面注入的氣體在井下翻開(kāi)工作閥，從腔室內(nèi)聚集的液體上部進(jìn)入，并壓縮腔室內(nèi)的液體段塞進(jìn)入油管柱內(nèi)，最后將液體段塞舉升到地面。這種氣舉裝置能確保集液容積大，同時(shí)對(duì)地層作用的回壓最小。B、插入式單封隔器腔室氣舉井下安裝有專(zhuān)用的腔室氣舉工作閥、排泄閥及集液腔室。這種裝置通?？捎脕?lái)代替雙封隔器腔室氣舉裝置用于裸眼完井或長(zhǎng)射孔井段的油井，以確保最大限度地利用現(xiàn)有的井底壓力。但插入式單封隔器裝置的尺寸較小，這樣就影響了它的使用效率?！?〕柱塞氣舉柱塞氣舉是一種特殊類(lèi)型的間歇?dú)馀e方式，是靠柱塞推動(dòng)上部的液柱向上運(yùn)動(dòng)，防止氣體的竄流和減少液體的回落，提高氣體舉升效率。柱塞氣舉管柱的最下端為油管卡定器，上部為緩沖彈簧，用來(lái)緩解柱塞下行的沖擊力，再上部為柱塞。柱塞氣舉井井口有防噴管和手動(dòng)捕捉器，用來(lái)回收和下入柱塞。圖柱塞氣舉裝置油管卡定器緩沖彈簧舉升氣體油管套管刷式柱塞液體段塞補(bǔ)充氣管線(xiàn)至別離器氣動(dòng)薄膜閥時(shí)間周期控制器防噴管三通手動(dòng)捕捉器雙針壓力記錄儀總閥門(mén)壓力表3、氣舉井下裝置1〕井下注氣管柱分單管注氣管柱和多管注氣管柱。A、單管注氣管柱開(kāi)式管柱：底部敞開(kāi)，沒(méi)有封隔器和單流閥，用于不能使用封隔器的井中。半閉式管柱：下面有封隔器，但沒(méi)有單流閥，封隔器的作用是防止地層液體進(jìn)入封隔器以上注氣部位，主要用于連續(xù)氣舉。閉式管柱：下部有封隔器和單流閥，可防止注氣進(jìn)入地層，主要用于間歇?dú)馀eB、雙管注氣管柱多管注氣：可同時(shí)進(jìn)行多層開(kāi)采，下部為一單管封隔器，上部為一雙管封隔器?！?)氣舉閥氣舉閥是氣舉采油系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，主要是用啟動(dòng)注氣壓力，把井內(nèi)液面降至注氣點(diǎn)的深度，并在此深度上以正常工作所需的注氣壓力按預(yù)期的產(chǎn)量進(jìn)行生產(chǎn)。氣舉閥根本上是一種井下壓力調(diào)節(jié)器。閥的設(shè)定壓力在由彈簧或波紋管充氣來(lái)調(diào)節(jié)。啟閉控制方式有：A、套管壓力控制B、油管壓力控制C、油管和套管壓力兩者共同控制目前常用的氣舉閥是：A、充氣波紋管式氣舉閥B、彈簧負(fù)載式氣舉閥〔1〕注入壓力(氣力)操作氣舉閥A、工作原理注入壓力操作氣舉閥通常也叫套壓操作閥，是最常用的氣舉閥。它是一種由注入氣壓力作用在波紋管有效面積上使閥翻開(kāi)的氣舉閥，其工作原理如右圖所示。注入壓力作用在大面積上，生產(chǎn)壓力作用在小面積上。B、開(kāi)啟氣舉閥平衡方程式開(kāi)啟氣舉閥時(shí)，力平衡方程式〔閥的開(kāi)啟公式〕：式中pbt——?dú)馀e閥在不同井溫下腔室內(nèi)充氣壓力，MPa；pc——作用于波紋管的注氣壓力，MPa；pt——閥嘴處的生產(chǎn)壓力，MPa；Ab——波紋管有效面積，mm2；Av——閥嘴有效面積，mm2。式中1-Av/Ab和Av/Ab值由制造廠(chǎng)家提供C、結(jié)構(gòu)

分固定式和可投撈式。主要由充氣腔室、波紋管、閥桿及閥嘴和單流閥組成?！?〕生產(chǎn)壓力〔液力〕操作氣舉閥A、工作原理：生產(chǎn)壓力作用在大面積上，注入壓力作用在小面積上。生產(chǎn)壓力操作氣舉閥，通常也叫油壓操作閥，是一種對(duì)生產(chǎn)壓力(油管壓力)比較敏感的氣舉閥，它的翻開(kāi)和關(guān)閉主要由閥深度處的油管壓力所決定。生產(chǎn)壓力操作閥主要應(yīng)用在：(1)采用同一環(huán)空氣源的多層氣舉；(2)間歇?dú)馀e；(3)注氣點(diǎn)深、注氣壓力相對(duì)較低的井；(4)大尺寸油管井；(5)地面注氣壓力低的井；(6)舉升深度不清楚的井。B、開(kāi)啟氣舉閥的力平衡方程式：關(guān)閉時(shí)pbt=pt式中：pc——與閥嘴接觸的注入壓力，MPa；pt——與波紋管接觸的生產(chǎn)壓力，MPa；pbt——腔室內(nèi)壓力或彈簧負(fù)載力，MPa；Av——閥嘴有效面積，mm2；Ab——波紋管有效面積，mm2。C、結(jié)構(gòu)與注入壓力操作閥根本相同〔見(jiàn)右圖〕。不同之處在于生產(chǎn)壓力操作閥具有一個(gè)反向閥座密封裝置。這種反向閥座密封裝置可以保證注入壓力作用于小閥孔面積上，生產(chǎn)壓力作用于波紋管大面積上。3〕氣舉工作筒分為固定式工作筒和可撈式偏心工作筒，主要用來(lái)安裝氣舉閥。

固定式工作筒氣舉閥裝在筒外，調(diào)整閥時(shí)必須起出油管；

偏心可投撈式工作筒氣舉閥裝在筒內(nèi)，調(diào)整閥時(shí)可用專(zhuān)用投撈工具進(jìn)行，不用起出油管。

〔1〕固定式工作筒由油管短節(jié)和連接固定式氣舉閥的上、下凸緣接頭組成，氣舉閥坐于兩個(gè)凸緣之間，通過(guò)凸緣與油管連通。〔2〕可投撈式偏心工作筒

A、標(biāo)準(zhǔn)型偏心工作筒由主體、偏心塊、扶正體等局部組成。在閥筒外側(cè)壁上(即套管壁方向)有進(jìn)氣孔，其下部與油管內(nèi)腔連通。主體橫斷面成橢圓形，主體一側(cè)有一個(gè)側(cè)孔，作為安裝可投撈式氣舉閥的位置。

B、套管采油用偏心工作筒閥筒在內(nèi)側(cè)壁上，即在油管方向有進(jìn)氣孔，其下部與油、套管環(huán)空連通。4)偏心投撈工具為投撈式偏心氣舉閥配套使用工具?！?〕偏心投撈工具組合(2)投撈器5)柱塞氣舉井下工具

A、柱塞采用尼龍毛刷軟密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)有一單流閥。起舉升液體的作用。

B、卡定器起限定活塞運(yùn)動(dòng)深度的作用

C、緩沖器安裝在卡定器上面，用以緩沖柱塞下落井底的力，同時(shí)用來(lái)撞擊閥桿，關(guān)閉柱塞內(nèi)部網(wǎng)孔。D、井口防噴盒緩沖柱塞上升至井口的沖擊力和防止撞擊柱塞內(nèi)的閥，以打通柱塞通道，使柱塞順利下落，捕捉氣舉閥。6)壓縮機(jī)7〕時(shí)間周期控制器間歇?dú)馀e用來(lái)設(shè)定和調(diào)節(jié)注氣時(shí)間和注氣循環(huán)周期，有機(jī)械時(shí)和電子時(shí)。8)氣動(dòng)薄膜閥

與時(shí)間周期控制器配合，用于控制注氣量的大小或開(kāi)關(guān)注氣管線(xiàn)。9〕注氣壓力控制閥穩(wěn)定注氣壓力氣舉原理及氣舉設(shè)備氣舉原理及氣舉設(shè)備氣舉原理及氣舉設(shè)備2)增壓氣舉地面工藝流程增壓氣舉工藝，有開(kāi)式增壓氣舉流程和閉式增壓氣舉循環(huán)流程兩種。前者是用壓縮機(jī)將低壓天然氣增壓后供氣舉井采油；后者將氣舉井別離出的天然氣再返回壓縮機(jī)站，經(jīng)處理后，通過(guò)壓縮機(jī)增壓，供氣舉井使用。閉式增壓主要有低壓氣處理系統(tǒng)、壓縮機(jī)增壓系統(tǒng)、注氣分配系統(tǒng)三大局部組成，工藝流程如圖2—26所示。氣舉原理及氣舉設(shè)備

2—26增壓氣舉地面流程方框圖氣舉原理及氣舉設(shè)備氣舉原理及氣舉設(shè)備對(duì)需要進(jìn)行脫輕烴處理，目前大都采用冷凝法：一種是用致冷劑致冷，油田上常用氨作致冷劑，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格廉價(jià)，單位容量致冷量大，泄漏時(shí)容易發(fā)現(xiàn)；缺點(diǎn)是氨在空氣中到達(dá)一定濃度時(shí)會(huì)燃燒爆炸，且對(duì)