人工举升方式对比
人工举升是在地层的天然能量不足以维持自喷生产或者虽然可以自喷生产，但是产量达不到要求时，在井筒中下入机械设备对流体做功，使流体能流到地面的工艺流程。
目前在油气田开发中常用的举升方式有：有杆泵采油和无杆泵采油，有杆泵细分为游梁式抽油机和螺杆泵，无杆泵采油分为电潜泵举升、水力活塞泵采油和水力射流泵采油等。以下将对抽油机、螺杆泵以及电潜泵的优缺点、适用条件、应用现状进行对比。
一、工作原理对比
1.抽油机
有杆泵采油是以地面能量通过抽油杆、抽油泵传递给井下流体的举升方式。
抽油机是最常见的有杆泵采油，它的悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵。
工作原理：动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄作低速旋转。曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下摆动。挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆柱作往复运动。
2.螺杆泵
地面驱动螺杆泵是以井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵的采油方式。
工作原理：流体沿着螺杆泵的全长，在转子外表面与定子橡胶衬套内表面间形成多个密封腔室。随着转子的转动，在吸入端转子与定子橡胶衬套内表面间会不断形成密封腔室，并向排出端推移，最后在排出端消失，油液在吸入端压差的作用下被吸入，并由吸入端推挤到排出端，压力不断升高，流量非常均匀。
螺杆泵工作的过程本质上也就是密封腔室不断形成、推移和消失的过程。
3.电潜泵
电潜泵地面电源通过变压器、控制屏和潜油电缆将电能输送给井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把油井中的井液举升到地面。
电潜泵采油装置主要由三部分组成：由潜油电机、保护器、分离器和多级离心泵组成的井下机组部分、电力传输部分以及由控制屏、变压器和接线盒组成的地面控制部分。
工作原理：电机带动泵轴上的叶轮告诉旋转时，叶轮内液体的每一质点受离心力作用，从叶轮中心沿叶片间的流道被甩向叶轮四周，液体压力和速度同时增加，经过导流道被引向上一级叶轮，这样逐级经过所有的叶轮，使液体能逐级增加，最后获得一定的压头，将流体举升至地面。
有杆泵采油与无杆泵采油的主要区别在于动力传递方式不同。有杆泵采油是利用从地面下入井内的抽油杆作为传递地面动力的手段，带动井下抽油泵，将原油抽至地面；而无杆泵采油是用电缆或高压液体将地面能量传输到井下，带动井下机组把原油抽至地面。
二、主要优缺点对比
1.抽油机
主要优点：
（1）设备简单，安装和拆卸步骤比螺杆泵和电潜泵少；
（2）结构牢固；
（3）性能可靠，使用寿命长；
（4）管理经验比较完善。
主要缺点：
（1）设备笨重，不便于在油田生产中拆装和运移；
（2）仅适用于浅井、中深井；
（3）占地空间大，对于斜井、海上油井开采困难；
（4）对砂、蜡、盐、水、稠油的适应性差。
2.螺杆泵
主要优点：
（1）一次性投资少。与电动潜油泵和游梁式抽油机相比，螺杆泵的结构简单，一次性投资最低；
（2）泵效高，排量大，节能，维护费用低。螺杆泵工作时负载稳定，机械损失小，泵效可达90%，系统效率高可达50%以上。设备结构简单、体积小，维护方便；
（3）适合稠油开采。一般说来，螺杆泵适合于粘度为8000mPa.s以下的原油开采，因此多数稠油井都可应用；
（4）适应高含砂井。理论上，螺杆泵可输送含砂量达80%的砂浆，在原油中含砂量达40%的情况下也可正常生产；
（5）适应高含气井。螺杆泵不会发生气锁，因此较适合于油气混输；
（6）占地面积小，安装方便。适合于海上油田丛式井组和水平井；
（7）允许井口有较高回压，可控制在1.5MPa以内或更高，对边远井集输有利；
（8）发动机或电动机停转时，砂沉积在泵的上部，有更大的可能恢复工作。
主要缺点：
（1）定子由橡胶制造，容易损坏，因此检泵次数多；
（2）泵需要流体润滑；
（3）定子的橡胶不耐高温，不适合在注蒸汽井中应用；
（4）不适当操作会造成泵损坏；
（5）总压头较小，扭矩大，杆断脱率较高，井下工作量大；
（6）抽油杆与油管之间磨损碰撞，易造成抽油杆和有关的损坏
3.电潜泵
主要优点：
（1）排量大；
（2）操作简单，管理方便；
（3）能够较好地运用于斜井与水平井以及海上采油；
（4）在防蜡方面有一定的作用。
主要缺点：
（1）下入深度受电机功率、油套管直径、井筒高温等的限制；
（2）比较昂贵，初期投资高；
（3）作业费用高和停产时间过长；
（4）电机、电缆易出现故障；
（5）日常维护要求高。
三、适用条件及应用现状对比
1.抽油机应用：
抽油机采油是目前我国最广泛应用的采油方式，大约有60%以上的油井采油采用该举升方式。
随着下泵深度和排液量的不断增加，经常出现稠油、高粘、多砂、水淹和强腐蚀等情况，
因此采油工艺对抽油机提出了长冲程、低冲次、大泵深抽的要求。国内外研制了许多不同类型的无游梁式抽油机，国内正在使用的无游梁式抽油机主要有链条式抽油机、增距式厂冲程抽油机、宽带式抽油机等。
2.螺杆泵应用：
应用范围：
（1）扬程可达到1800m；
（2）排量可达到240m3/d，下泵深度800m；
（3）油品性质：稠油、含砂、高含水、聚驱采油井等；
（4）井温可达到120℃；
（5）直井或斜度不大于30度的斜井。
螺杆泵有着广泛的应用前景，它可以再世界上大多数稠油油田以及复杂工况井进行正常工作。螺杆泵作为一种机械采油设备，它具有其它抽油设备所不能替代的优越性，国内在制造、应用等方面都取得了长足的进步，井下泵已基本形成系列化。
目前，吉林油田、辽河油田、冀东油田和华北油田均在重油井上采用螺杆泵冷采，经过几年的矿场实践都取得了较好的效果，使螺杆泵成为重油井开采的主要举升手段。
3.电潜泵应用：
由于电潜泵具有排量大，地面设备及向井下传递能量的方式简单，常作为高产油井和中高含水期为提高产液量以维持原油产量的一种人工举升方法。
近几年来投入开发的主要油田或断块相继进入高含水期，电潜泵井数不断增加。
根据油井产能正确地确定下泵深度和选择电泵以获得最佳效益以及全面掌握电泵井生产时井下机组的工况、判断分析故障原因等是挖掘油井潜力，保证设备有效工作，延长检泵周期，是目前油田生产中提高电潜泵井生产管理技术水平的重要课题。
第一节概述 石油工业中，油井生产出砂(sand production)是个普遍性问题，而且油井生产出砂问题的研究十分困难，原因是： ①无法直接观测出砂过程。油田开发在地层深处进行，在地面无法直接观测； ②岩石力学性质(rock mechanical properties)复杂。地层岩石的力学性质可能在较大范围内变化，地层深部取心不但花费昂贵，而且也有一定的偶然性、局限性，如地层深部的含水率、温度和压力条件在地面上难以保持，而这些因素对地层岩石的力学性质有很大影响； ③储层条件复杂。随着生产的进行和各种增产措施的实施，使储层变得十分复杂，这也给研究出砂机理带来困难。 ④油井出砂影响因素多。油井出砂受许多复杂因素的影响，如；地质条件、岩石力学性质、生产参数等； 在一口井最终完成之前以及在其生产过程中，准确地预测其是否出砂是至关重要的，因为无论采取何种防砂(sand control)措施费用都会很高，所以不必要的采取防砂措施，不仅使生产费用增加，而且污染油气层，降低生产效率。 但是对那些因出砂而被放弃或不能继续开发的井，采取防砂措施又是使油井成为有开采价值的唯一方法。 第二节油井出砂的过程及危害 一、油井出砂的基本过程 地层砂可分为两种：充填（松散）砂和骨架砂(framework sand)。 当流体的流速达到一定值时，首先使得充填于油层孔道中的未胶结的砂粒发生移动，油井开始出砂，这类充填砂的流出是不可避免的，而且起到疏通地层孔隙通道的作用；反之，如果这些充填砂留在地层中，有可能堵塞地层孔隙，造成渗透率下降，产量降低。因此充填砂不是防治的对象。 当流速和生产压差达到某一数值时，岩石所受的应力达到或超过它的强度，造成岩石结构损坏，使骨架砂变成松散砂，被流体带走，引起油井大量出砂。防砂的主要对象就是骨架砂，上述情况是在生产过程中应尽量避免的。 根据以上情况可以把油井出砂过程分为两个阶段： 第一阶段是由骨架砂变成自由砂，这是导致出砂的必要条件； 对于出砂的该阶段来说，应力因素：如井眼压力(borehole pressure)、原地应力状态(in site stresses state)及岩石强度(rock strength)等是影响出砂的主要因素。 第二阶段是自由砂的运移。 要运移由于剪切破坏而形成的松散砂，液力因素是主要影响因素：如流速、渗透率(permeability)、粘度以及两相或三相流动的相对渗透率等的作用等。 生产过程中，只要满足以上两方面条件，油井就会出砂。 因此，对于具有一定胶结强度(cementation strength)的地层而言，要实现有效的防砂(sand control)，首先要防止地层发生破坏，即不让出砂的必要条件得到满足，这主要通过控制应力因素：如保持储层压力、减小生产压差(draw-down)等来实现。 但是，随着生产的进行，储层压力衰减，岩石强度降低都是必然要发生的，那么，岩石不可避免要发生破坏。这样，过程就由出砂的第一阶段过渡到第二阶段，这时主要通过控制流速来阻止自由砂的运移达到防砂(sand control)的目的，即控制产量（流速）。 同样，对于弱胶结和未胶结储层而言，出砂第一阶段的条件很容易满足，这样防砂(sand control)的关键在于不让出砂第二阶段所需要的条件得到满足，即可通过控制流速和生产压差来达到防砂的目的。 二、出砂的危害
第一章概 论 第一节引言 多相流理论多相流体力学理论 相 相是体系中具有相同化学组成和物理性质的一部分，与体系的其它均匀部分由界面隔开 多相流动体系两相或两相以上的流体一同参与流动的体系 多相管流 多相流体在管道中的流动 Multiphase Flow 多相流动两相或两相以上的流体一同参与的流动
油水混合物： 从相的角度区分为油相、水相从物质形态看同属液态 相 物质形态(气态、液态、固态) 盐水： 从相的角度划分只有液相从组分划分可分为：水和NaCl 相组分(指混合物中的各个成分) 原油？
水-冰 液固两相流水-水蒸汽气液两相流泥浆液固两相流油-气气液两相流油-气-水 气液液三相流 单工质（相同化学成分） 多工质（不同化学成分） 多相流体流动遵循的规律与单相流体并不相同，需引入新的理论来反映多相流体流动规律。 多相体系：水--冰、水—水蒸汽、泥浆、油气、油气水等 多相体系的类型
?热能工程：锅炉系统、制冷系统、热管?航天技术：平衡温差、保护设备?核工业：汽液两相流动 ?石油工业：两相渗流计算、井控设计、采油工艺设计、油气集输 ?化工行业：工艺设计 ?其它行业：水利、粉状物管线输送………… 多相流应用领域
油气是深埋于地下的混合流体矿藏，因此，油气藏的开发与开采离不开流体力学理论及其分枝——多相流理论。 举例来说，渗流理论、油气井压力控制、油气管流计算、举升参数设计、工况分析、集输设计等，都离不开多相流的理论与计算方法。 多相流理论是贯穿于石油开采全过程的基本理论 一、多相流理论在石油工业中的地位和作用 石油工程(油气井工程和油气田开发工程)以及油气储运工程都与多相流理论有着极为密切的联系。
《采油工程方案设计》参考答案 一、名词解释 1. 油气层损害：入井流体与储层及其流体不配伍时造成近井地带油层渗透率下降的现象。 2．吸水指数：单位注水压差下的日注水量。 3．财务内部收益率：项目在计算期内各年净现金流量现值累计等于零时的折现率。 4．裂缝导流能力：在油层条件下，填砂裂缝渗透率与裂缝宽度的乘积。 5．蜡的初始结晶温度：随着温度的降低，原油中溶解的蜡开始析出时的温度。 6．有杆泵泵效：抽油机井的实际产量与抽油泵理论排量的比值。 7．油田动态监测：通过油水井所进行的专门测试与油藏和油、水井等的生产动态分析工作。 8．面容比：酸岩反应表面积与酸液体积之比。 9．流入动态：油井产量与井底流压之间的关系，反映了油藏向该井供油的能力。 10．单位采油（气）成本：指油气田开发投产后，年总采油（气）资金投入量与年采油（气）量的比值。表示生产1t原油（或1m3天然气）所消耗的费用。 11．应力敏感性：在施加一定的有效压力时，岩样物性参数随应力变化而改变的性质。 12．吸水剖面：在一定注水压力下，各吸水层段的吸水量的分布。 13．水力压裂：利用地面高压泵组，将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中，在井底憋起高压，当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层产生裂缝。继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，使井达到增产增注目的工艺措施。 14．化学防砂：是以各种材料（如水泥浆、酚醛树脂等）为胶结剂，以轻质油为增孔剂，以硬质颗粒为支撑剂，按一定比例搅拌均匀后，挤入套管外地层中，凝固后形成具有一定强度和渗透性的人工井壁，阻止地层出砂的工艺方法。 15．财务净现值率：项目净现值与全部投资现值之比，也即单位投资现值的净现值。 16．套管射孔完井方法：钻穿油层直至设计井深，然后下油层套管过油层底部注水泥固井，最后射孔，射孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层某一深度，建立起油流通道的完井方法。 负压射孔完井方法：射孔时造成井底压力低于油藏压力的射孔完井方法。 17．破裂压力梯度：地层破裂压力与地层深度的比值。 18．蒸汽吞吐采油：向采油井注入一定量的蒸汽，关井浸泡一段时间后开井生产，当采油量下降到不经济时，再重复上述作业的采油方式。 19．裸眼完井方法：生产段油层完全裸露的完井方法。 20．采油指数：油井IPR曲线斜率的负倒数。 21．自喷采油法：利用油层自身的能量将井底爆炸产生高压，高温气体，使井筒附近地层产生和保持多条径向裂缝，从而到达油水井产量增注目的工艺措施。 22．高能气体压裂：利用特定的炸药在井底爆炸产生高压高温气体，使井筒附近地层产生和保持多条径向裂缝，从而达到油水井增产增注目的的工艺措施。 23．人工井壁防砂法：从地面将支护剂和未固化的胶结剂按一定的比例拌和均匀，用液体携至井下挤入油层出砂部位，在套管外形成具有一定强度和渗透性的避面，可阻止油层砂粒流入井内而又不影响油井生产的工艺措施。 24.酸压：用酸液作为压裂液实施不加支撑剂的压裂。４.人工胶结砂层防砂法： 25.稠油：地层条件下粘度大于50mPa.s或地面脱气情况下粘度大于100mPa.s的原油。 26.财务净现值：项目在计算期内各年净现金流量按设定折现率(或规定的基准收益率)贴现的现值之和． 27.负压射孔完井方法：射孔时造成井底压力低于油藏压力的射孔完井方法。 28.水敏：油气层遇淡水后渗透率降低的现象。 29.裂缝导流能力：在裂缝闭合压力下裂缝支撑剂层的渗透率与裂缝支撑缝宽度乘积。它综合反映了支撑剂的物理性质与支撑剂在缝中的铺置状况。 30.压裂液：压裂施工过程中所用的液体的总称。 31.有效厚度：指在现代开采工艺条件下，油气层中具有产油气能力的厚度，即在油气层厚度中扣除夹层及不出油气部分的厚度。 32.投资利润率：项目生产期内年平均利润总额与总投资的比例。
气举方法的技术创新 海上石油开采一直优先选择成本较低的气举系统作为其人工举 升方式。高性能、高可靠性气举系统的技术革新提高了强化开采能 力，同时还提高了深水及海底新型高压气举系统的安全性。 Maharon Bin Jadid 马来西亚国家石油勘探与生产公司 马来西亚吉隆坡 Arne Lyngholm Morten Opsal 挪威国家石油公司 挪威斯塔万格 Adam Vasper Thomas M. White 美国得克萨斯州Rosharon 在编写本文过程中得到以下人员的帮助，谨表谢 意：吉隆坡的Gayatri Kartoatmodjo ；斯塔万格的Ian Raw ；挪威奥斯陆Norsk Hydro 公司的Eli Tenold ，以 及Rosharon 的Samuel Zewe 。 NODAL ，NOVA ，PIPESIM 和XLift 等是斯伦贝谢公司 的商标。 1.Brear Oil Injector 是第一个气举专利，颁发于 1865年，在随后的1865年到1953年期间，出 现了70多项气举专利和专利申请。有关气举 历史更多的信息，请参见：Brown KE ：Gas Lift Theory and Practice, Including a Review of Petroleum Engineering Fundamentals 。美国新泽西州 Englewood Cliffs ：Prentice-Hall 出版社（1967 年）：181-197。 2.2006年国际能源展望，DOE/EIA-0484（2006）， 由美国政府能源信息管理局出版，http://eia. https://www.doczj.com/doc/811482513.html,/oiat/ieo/world.html （2006年11月24日浏 览）。 3.Pike B ：“Importance of Mature Assets Development for Future Energy Supplies ”，发表在哈特能源会 议上的主题演讲，“Brownfields ：Optimizing Mature Assets ”，丹佛，2006年10月31日-11 月1日。 4.Abraham K ：“High Prices ，Instability Keep Activity High ”，World Oil ，227卷，第9期（2006年9 月），https://www.doczj.com/doc/811482513.html, （2006年12月20 日浏览）。 5.Fleshman R ，Harryson 和Lekic O ：“用人工举升 法提高产量”，《油田新技术》，11卷，第1期 （1999年春季刊）：48-63。 6.Donnelly R ：Artificial Lift ：Oil and Gas Production 。 得克萨斯州奥斯汀：PETEX ，1985年。 44油田新技术 石油行业于19世纪中期引入了气举技术，可以说，气举是石油行业应用时间最长的人工举升方法之一[1]。但是，大多数传统气举技术是20世纪50年代以来开发的，并不能满足如今深水和海底完井对高压、高性能和安全性的所有要求。新型设备则克服了这些传统设计上的缺陷，填补了空白。目前迫切需要新型设备。根据预测，2030年之前全世界能源需求量会以每年近1.9%的速度增长[2]。其中至少有90%的能源需求要靠油气来满足，也就是说，到2010年石油需求量要增加1100万桶/日（170万米3/日）。若考虑5%的油藏产量年递减率，到2010年，石油需求量则会接近4400万桶/日（700万米3/日）。这一需求量使得人们对未来储量增长的不确定性更加担忧。但是许多业内专家却认为未来20年石油需求量的50%－75%会来自于老油田，而且他们确信，能够长期提高潜在产能的适当人工举升技术可满足其中大部分需求[3]。目前，全世界有近100万口产油井[4]。其中，有90%以上的产油井采用人工举升方式提高产量。一般来说，这些油井的油藏压力不足以将石油举升到地面，所以，作业者必须补充油藏天然驱动能量来提高总产液量。尽管仅有约30000口油井选用了气举，但气举仍然是海上老油井最常使用而且是最经济的人工举升方法。气举过程需要通过生产井中的油管-套管环空注入天然气。注入的天然气可在油管内的产出液中形成气泡，从而降低液体密度。这就使地层压力有可能举升油管内的液体，提高井筒产出液的产量。遗憾的是，传统的气举技术在设计上有缺陷，如对获得稳定的油管和套管流体流所需注气速率的限制、最高工作压力较低和回压系统不可靠等。这些约束条件使传统的气举方法不能满足高压作业的安全要求，因此不能用于目前的大量深水和海底完井中。由于这些缺陷，许多深水和海底装置没有配备气举系统，但若采用适当的气举系统却可从中受益。设计上的改进（如文丘里管流动几何在气举阀中的应用）可降低油管和套管内的流动不稳定性。在高压波纹管系统的配合下，这些改进大大拓宽了气举系统的最大压力限制，从原来的2500 psi （17.2 MPa ）拓宽到了5000psi （34.5 MPa ）。另外，最近引入的地面控制气举流量控制阀也扩大了气举系统的应用范围，提高了气举系统的适用性。气举系统的这些新功能能够满足现在和将来深井和海底完井装置不断增长的需求。
采油工程综合复习资料 一．名词解释 1.油井流入动态：指油井产量与井底流压的关系。表示油藏向该井 供油的能力。 2.吸水指数：单位压差下的日注水量。 3.蜡的初始结晶温度：由于温度降低油气井开始结蜡时所对应的井 底温度。 4.气举采油法:利用从地面注入高压气体将井内原油举升到地面的 一种人工采油方法。 5.等值扭矩：就是用一个不变化的固定扭矩代替变化的实际扭矩,两 种扭矩下电动机的发热条件相同,此固定扭矩即为实际变化的扭矩的等值扭矩。 6.气液滑脱现象：在气液两相流动中，由于气液密度差，产生气体 流速超过液体流速的现象。 7.扭矩因素：对扭矩的各种影响因素。 8.配注误差：配注误差等于实际注水量与设计配注量之差同设计配 注量比值的百分数. 9.填砂裂缝的导流能力：流体通过裂缝的流动能力。 10.气举启动压力:在气举采油过程中，压缩机所对应的最大功率。 11.采油指数:单位生产压差下的产量。 12.注水指示曲线：表示注入压力与注入量的关系曲线。 13.冲程损失：抽油杆因弹性变性而引起的变化量。 14.余隙比：泵内为充满的体积与整个泵体积之比。 15.流动效率：油井的理想生产压差与实际生产压差之比。 16.酸的有效作用距离：酸液由活性酸变为残酸之前所流经裂缝的 距离。 17.面容比：表面积与体积的比值。 二：填空题 1．自喷井井筒气液两相管流过程中可能出现的流型有（纯油流），（泡流），（段塞流），（环流），（雾流）。 2．气举采油法根据其供液方式的不同分为（自喷）和（人工举升）两种类型。 3．表皮系数S与流动效率FE的关系判断：S>0时，FE(<)1;S=0时，FE(=)1;S<0时，FE(>)0 4．抽油机型号CYJ3-1.2-7HB中， “3”代表（悬点载荷30KN），“1.2” 代表（最大冲程长度1.2米），“7”代表（减速箱额定扭矩7KN.M）和“B”代表（曲柄平衡）。
人工举升方式对比 人工举升是在地层的天然能量不足以维持自喷生产或者虽然可以自喷生产，但是产量达不到要求时，在井筒中下入机械设备对流体做功，使流体能流到地面的工艺流程。 目前在油气田开发中常用的举升方式有：有杆泵采油和无杆泵采油，有杆泵细分为游梁式抽油机和螺杆泵，无杆泵采油分为电潜泵举升、水力活塞泵采油和水力射流泵采油等。以下将对抽油机、螺杆泵以及电潜泵的优缺点、适用条件、应用现状进行对比。 一、工作原理对比 1.抽油机 有杆泵采油是以地面能量通过抽油杆、抽油泵传递给井下流体的举升方式。 抽油机是最常见的有杆泵采油，它的悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵。 工作原理：动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄作低速旋转。曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下摆动。挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆柱作往复运动。 2.螺杆泵 地面驱动螺杆泵是以井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵的采油方式。 工作原理：流体沿着螺杆泵的全长，在转子外表面与定子橡胶衬套内表面间形成多个密封腔室。随着转子的转动，在吸入端转子与定子橡胶衬套内表面间会不断形成密封腔室，并向排出端推移，最后在排出端消失，油液在吸入端压差的作用下被吸入，并由吸入端推挤到排出端，压力不断升高，流量非常均匀。 螺杆泵工作的过程本质上也就是密封腔室不断形成、推移和消失的过程。 3.电潜泵 电潜泵地面电源通过变压器、控制屏和潜油电缆将电能输送给井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把油井中的井液举升到地面。 电潜泵采油装置主要由三部分组成：由潜油电机、保护器、分离器和多级离心泵组成的井下机组部分、电力传输部分以及由控制屏、变压器和接线盒组成的地面控制部分。 工作原理：电机带动泵轴上的叶轮告诉旋转时，叶轮内液体的每一质点受离心力作用，从叶轮中心沿叶片间的流道被甩向叶轮四周，液体压力和速度同时增加，经过导流道被引向上一级叶轮，这样逐级经过所有的叶轮，使液体能逐级增加，最后获得一定的压头，将流体举升至地面。 有杆泵采油与无杆泵采油的主要区别在于动力传递方式不同。有杆泵采油是利用从地面下入井内的抽油杆作为传递地面动力的手段，带动井下抽油泵，将原油抽至地面；而无杆泵采油是用电缆或高压液体将地面能量传输到井下，带动井下机组把原油抽至地面。 二、主要优缺点对比 1.抽油机 主要优点： （1）设备简单，安装和拆卸步骤比螺杆泵和电潜泵少； （2）结构牢固； （3）性能可靠，使用寿命长； （4）管理经验比较完善。
二、判断题 1、液态石油中通常溶有相当数量的气烃和氧化物。 2、石油颜色的浓度，往往取决于石油中胶质、沥青质的含量。 3.石油在紫外线照射下，可产生荧光的性质称为石油的旋光性。 4、在油层条件下，当地层压力低于一定数值之后，天然气就会完全溶解于石油中。 5、石油的碳氧比（C/H）介于5.9-8.5之间。 6、石油的油质是由烃类（几乎全部为碳氢化合物）组成的深取消油脂状液体，荧光反应为浅黄色，它能溶于石油醚中，但不能被硅胶吸附。 7、石油中沥青质不可溶于苯、二硫化碳、氯仿、三氯甲烷等有机溶液中，却能溶于酒精、汽油，可被硅胶吸附，荧光反应为深黄襊色。 8.当温度增加时，饱和压力随之减少。 9、凝析气不属于天然气。 10、在高压下，气体的粘度几乎与压力无关，随温度的增加而增加。 11、在低压下，压力变化是影响天然气粘度的主要因素。 12、天然气中含有极少量的氦（He）和氩（Ar）属于惰性气体，是不可燃烧成分。 13、干气常与石油相伴生，而湿气多与纯气藏有关。 14、许多凝析气油田，在开采时，从井底喷上来的气体，到井口附近，由于压力和温度降低而转化为汽油。 15、在油、气田开发阶段，油田水的动态和成分是确定油气远景和预测油气所在的依据。 16、采油井井口装置分为电泵井和抽油井两种井口装置。 17、油田水溶有各种物质，其物理性质同纯水有些相同。 18、油田水的微量元素与油气水的分布没有直接的关系，但它们的含量甚高，则表明是油气保存的有利地质环境。 19、海水的总太化度比较高，可达3500mg/L。 20、常用浓度来表示油层水中含盐量的多少。 21、油田水的产状可分为油田水、气田水和夹层水。 22、氯化镁水型炎为过渡类型，在封闭环境中要向氯化钙水型转变。 23、石油生成于沉积岩中，而且绝大多数都储集在沉积岩中。 24、碳酸盐岩属于粘土类。 25、砾岩不属于碎屑岩。 26、粘土岩既能作为生油层又能作为盖层。 27、碳酸盐岩根据矿物成分可分为石灰岩和白云岩两大类。 28、引起岩石风化的地质作用称为剥蚀作用。 29、生物风化作用是指由于生物的活动而对岩石所产生的破坏作用。 30、风化与剥蚀两者都是相互依赖的，岩石风化以后易于剥蚀，而风化的产物被剥蚀后又易于风化。 31、剥蚀作用是运动着的物质对地表岩石起的破坏作用。 32、磨圆度与搬运介质以及碎屑颗粒本身的大小、密度、硬度等关系最大。 33、机械沉积是按颗粒大小、密度、形状依次沉积。颗粒大、密度大、粒状的先沉积，颗粒细、密度小、片状的后沉积。 1
摘要 有杆泵采油是世界石油工业传统的采油方式之一，也是迄今在采油工程中一直占主导地位的人工举升方式。及时、准确地掌握有杆抽油系统的工作状况，诊断油井所存在的问题，制定合理的技术措施，使油井及时恢复正常生产，提高举升效率和油井产量，对提高油田开发的综合经济效益具有十分重要意义。 本文根据抽油机的几何结构，建立了抽油机悬点位移、速度、加速度等运动参数规律。在有杆泵抽油装置、泵的工作原理的基础上针对不同材质的组合抽油杆柱，对抽油杆微元体进行受力分析，并建立了描述抽油杆柱动力学特性的波动方程。从而建立诊断数学模型，以抽油机的悬点运动规律并结合悬点实测示功图作为诊断模型的边界条件，通过有限差分法对模型进行数值求解，利用VB语言编写程序计算出抽油杆柱的位移和载荷，绘出示功图。 根据XX油田两口生产井资料，通过所编程序对油井进行实例计算，从实测悬点载荷、位移求解出抽油杆不同位置在任意时间段的位移和载荷，并绘出泵示功图。实现对抽油系统工况诊断，验证所编程序。 关键词：有杆抽油；示功图；诊断；波动方程；有限差分 目录 摘要Ⅰ ABSTRACTⅡ 1 绪论1 1.1 研究目的和意义1 1 / 40
1.2 国内外研究现状与发展趋势1 1.2.1 国外发展概况1 1.2.2 国内发展概况2 1.3 本文的主要工作3 2 游梁式抽油机动力学特性分析4 2.1 常规游梁式抽油机简介4 2.2 抽油机悬点运动分析5 2.2.1 简化分析5 2.2.2 精确分析6 2.3 悬点运动计算实例9 3 抽油机诊断模型的建立及求解11 3.1 杆柱动力学分析11 3.1.1 抽油杆微元体受力分析11 3.2 诊断数学模型波动方程的建立与求解13 3.2.1 诊断数学模型的建立14 3.2.2 诊断模型的有限差分法15 3.2.3 诊断模型的求解17 3.3 节点载荷及位移计算19 3.4 阻尼系数的确定20 3.4.1 多级杆阻尼系数的计算21 4 计算机诊断技术的应用23 4.1 井下抽油泵工况分析23 4.2 示功图故障分类23 5 有杆抽油井诊断实例26 5.1 诊断程序界面26 5.2 油井工况诊断分析26 6 结论与建议31 6.1 结论31 6.2 建议31 致谢32 参考文献33 附录1 诊断模型求解程序代码34 附录2 例子1实测悬点载荷数据37 附录3 例子2实测悬点载荷数据38
人工举升技术新进展
I
目
录
一、电潜泵采油技术................................................................................................................ 3
1、斯伦贝谢公司的高扬程 REDA 电潜泵系统 ........................................................................................ 3 2、斯伦贝谢公司的 SPEEDSTAR 519 SWD 变速驱动器 .......................................................................... 3 3、威德福公司的永久性磁铁马达 ........................................................................................................... 3 4、斯伦贝谢公司用于高气油比井的 POSEIDON 多相离心轴流泵 ......................................................... 4 5、用于 SAGD 的高温电潜泵 .................................................................................................................. 5 6、壳牌公司的钢缆起下电潜泵 ............................................................................................................... 6
二、有杆泵技术........................................................................................................................ 7
1、CHAPARRAL 自动化公司的混合泵 ...................................................................................................... 7 2、EAGLE 新技术公司的防砂柱塞泵和泵阀 ........................................................................................... 8 （1）Cyclone 阀杆导向器.................................................................................................................. 8 （2）Cyclone 大流量放射状阀罩...................................................................................................... 9 （3）Eagle Sure-Flow 柱塞阀 ............................................................................................................ 9 （4）Cyclone E-Vac 柱塞接合器 ..................................................................................................... 10 3、HARBISON-FISCHER 公司的排气泵 .................................................................................................... 11 4、UNICO 公司的线性杆式泵 ................................................................................................................. 11 5、UPCO 公司的高负荷有杆泵 ............................................................................................................... 12 6、威德福公司的连续抽油杆服务技术 ................................................................................................. 13 7、VANN 泵送公司的电缆泵................................................................................................................... 13
三、螺杆泵技术...................................................................................................................... 14
1、威德福公司的 FAT-BOY 重油举升螺杆泵.......................................................................................... 14 2、威德福公司的螺杆泵弹性材料 ......................................................................................................... 15 3、MOYNO HTD 高温螺杆泵 .................................................................................................................. 15
四、气举技术.......................................................................................................................... 16
1、PCS 公司的提高环空流速气举技术 ................................................................................................. 16 2、马拉松石油公司环空气举技术 ......................................................................................................... 17 3、PCS 公司的无封隔器死管................................................................................................................. 17 4、PCS 公司的吸油管技术..................................................................................................................... 18 5、NOJAK 举升公司的压力驱动腔技术 ................................................................................................. 18 6、斯伦贝谢公司的 XLIFT 高压气举系统 ............................................................................................. 19
五、井下气体分离技术.......................................................................................................... 19
1、WOOD 集团井下气体分离装置 ......................................................................................................... 19 2、生产控制服务公司的 PCS 智能柱塞 ................................................................................................ 20
六、解堵除垢技术.................................................................................................................. 21
1、威德福公司的射频抑垢装置 ............................................................................................................. 21 2、BJ 服务公司的 ECOWAVE 电磁波技术.............................................................................................. 22 3、BJ 服务公司的无线电频率技术........................................................................................................ 22
II
抽油泵 从地层中开采石油的方法可分为两大类：一类是利用地层本身的能量来举升原油，称为自喷采油；另一类是由于地层本身能量不足，必须人为地用机械设备给井内液体补充能量，才能将原油举升到地面，称为人工举升采油法或机械采油法。目前，油田人工举升方式主要有气举采油、有杆泵采油和无杆泵采油。 一、抽油泵分类、结构及工作原理 抽油泵是有杆泵机械采油的关键井下设备，按结构可分为管式泵和杆式泵两种。对于符合抽油泵标准设计和制造的抽油泵称为常规抽油泵，对于专门用途的抽油泵，稠油泵、防气泵、防砂泵、防腐泵和耐磨泵等，称为特殊用途的抽油泵。 （一）管式泵 管式泵按结构可分为组合抽油泵和整筒抽油泵。 1．组合抽油泵：由外工作筒和镶在外工作筒里的衬套、柱塞（柱塞内有上、下游动阀）和固定阀组成。 2．整筒抽油泵：由泵筒、柱塞（柱塞内有上、下游动阀）和固定阀组成。它与组合抽油泵比具有以下优点：结构简单，重量轻，没有衬套，在运输和下井过程中无衬套错位现象发生，泵筒长度可以做得更长，可做成适应长冲程抽油泵。整筒泵是国内外抽油泵的发展方向。 （二）杆式泵
杆式泵是整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱的下端，整体通过油管下入由预先安装在油管预定位置上带卡簧的工作筒内。 杆式泵的特点是：检泵不需起出油管，检泵方便；结构复杂，制造成本高；在相同油管直径下允许下入的泵径比管式泵小，故排量较小。因此，杆式泵适用于下泵深度较大，但产量较低的井。 二、抽油泵型号表示方法 标记示例： CYB—44RHAM3—1.2代表公称直径为φ44mm，泵筒长度为3m 的厚壁筒，金属柱塞长1.2m，顶部机械式固定的杆式泵。 CYB—38RHBM4.5—1.5代表公称直径为φ38mm，泵筒长度为4.5m的厚壁筒，金属柱塞长1.5m，底部机械式固定的杆式泵。 CYB—70TL4.5—1.2—0.6代表公称直径为φ70mm，泵筒长度为4.5m的多节衬套式组合泵，金属柱塞长1.2m，有一节0.6m长的加长短节的管式泵。 三、抽油泵的工作原理 泵的活塞上、下运动一次称为一个冲程，可分为上冲程和下冲程。此外，冲程还是描述抽油泵的工作参数，即指悬点（或活塞）在上、下死点间的位移，称为光杆冲程，用s来表示。每分钟内完成上、下冲程的次数称为冲次，用n来表示。 （一）上冲程
现代油田采油工最新技能实训手册作者：编委会 册数规格：全四卷16开精装 出版社：石油工业出版社 出版时间：2010年3月出版 定价：1280元优惠价：600元 现代油田采油工最新技能实训手册详细目录 第一篇采油工基础知识 第一章工用具 第二章安全消防 第三章计算机基础知识 第二篇采油工站控岗操作技能 第一章计量转油站 第二章注水站 第三篇采油工并控岗操作技能 第一章抽油机
第二章抽油井 第三章单井管线 第四章采油阀组间操作 第五章注水井 第六章单井拉油点 第四篇采油工程现场实训指导 第一章采油基本技能现场实训 课题一采油常用工具的使用 课题二油气井站防火 课题三常用电气设备 课题四防护与急救知识 第二章自喷井生产管理现场实训 课题一采油生产的工作内容与职责 课题二油水井结构及井口装置 课题三自喷井日常生产操作 课题四自喷井生产管理中常见事故的处理课题五计量站生产管理 课题六油气计量 第三章抽油井生产管理现场实训 课题一抽油井井口装置 课题二抽油井井口流程 课题三油水井资料录取
课题四抽油井清防蜡 课题五抽油机的保养 第四章注水井生产管理现场实训 课题一注水生产的工作内容与职责课题二注水装置与生产流程 课题三注水生产的日常管理 课题四换装注水井流量计挡板 课题五注水井洗井 第五章测试生产管理现场实训 课题一测压 课题二示功图测试与分析 课题三油井液面测试 课题四注水井测试 课题五注水井分层注水量的调配 第六章油水井资料管理现场实训 课题一工作内容与职责 课题二原油含水率测定 课题三水质分析 课题四压力表的使用与校验 课题五资料室管理 第七章油水井动态分析管理现场实训课题一油水井动态分析的内容与方法
中国石油大学（北京）远程教育学院 期末考试 《石油工程概论》 学习中心：学习中心姓名：霍杰学号：072 关于课程考试违规作弊的说明 1、提交文件中涉嫌抄袭内容（包括抄袭网上、书籍、报刊杂志及其他已有论文），带有明显外校标记，不符合学院要求或学生本人情况，或存在查明出处的内容或其他可疑字样者，判为抄袭，成绩为“0”。 2、两人或两人以上答题内容或用语有50%以上相同者判为雷同，成绩为“0”。 3、所提交试卷或材料没有对老师题目进行作答或提交内容与该课程要求完全不相干者，认定为“白卷”或“错卷”，成绩为“0”。 一、综述题（共8小题，每小题15分，任选4小题，共60分）（综述题请根据知识点提示结合课件组织答案，每道题目不少于400字。照抄知识点提示不得分。） 选做题号：1.2.3. 7. 1. 阐述井身结构的主要内容，说出各内容所包括的具体知识，并画出基本的井深结构图。 知识点提示：井深结构的主要内容包括套管的层次、各层套管下入深度、相应的钻头直径、套管外水泥返高等，请详细列出各内容所包含的具体内容，并画出简单的井深结构图。 答：井身结构是指由直径、深度和作用各不相同，且均注水泥封固环形空间而形成的轴心线重合的一组套管与水泥环的组合。包括井中套管的层数及各种套管的直径、下入深度和管外的水泥返深，以及相应各井段钻进所用钻头直径。 井身结构的组成及作用：井身结构主要由导管、表层套管、技术套管、油层套管和各层套管外的水泥环等组成。 ①导管：井身结构中下入的第一层套管叫导管。其作用是保持井口附近的地表层。 ②表层套管：井身结构中第二层套管叫表层套管，一般为几十至几百米。下入
后，用水泥浆固井返至地面。其作用是封隔上部不稳定的松软地层和水层。 ③技术套管：表层套管与油层套管之间的套管叫技术套管。是钻井中途遇到高压油气水层、漏失层和坍塌层等复杂地层时为钻至目的地层而下的套管，其层次由复杂层的多少而定。作用是封隔难以控制的复杂地层，保持钻井工作顺利进行。 ④油层套管：井身结构中最内的一层套管叫油层套管。油层套管的下入深度取决于油井的完钻深度和完井方法。一般要求固井水泥返至最上部油气层顶部100～150米。其作用封隔油气水层，建立一条供长期开采油气的通道。 ⑤水泥返高：是指固井时，水泥浆沿套管与井壁之间和环形空间上返面到转盘平面之间的距离。