采油机械课件—自喷采油和气举采油

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自喷采油和气举采油 一、自喷采油 采油树采油树是指自喷井口装置的地上部分，它用法兰盘坐于油管头之上。采油树用于控制和调节升举到井口的油气流向，与大四通配合形成修井液和压井液的正、反循环及进行测井作业以及关闭井口。1-螺母；2-双头螺栓；3-套管法兰头；4-锥座式油管头；6-钢圈；7-卡箍；8-闸阀5-卡箍短节9-钢圈；10-油管头上法兰；11-螺母；12-双头螺栓；13-节流器14-小四通；15-压力表16-弯头17-压力表截止阀；18-接头19-名牌采油树示意图 采油树是阀门和配件的组成总成，用于油气井的流体控制，并为生产油管柱提供入口。它包括油管头上法兰上的所有装备。可以应用采油树总成进行多种不同的组合，以满足任何一种特殊用途的需要。采油树按不同的作用又分采油（自喷、人工举升）、采气（天然气和各种酸性气体）、注水、热采、压裂、酸化等专用井口装置。并根据使用压力等级不同而形成系列。采气树及油管头主要用于采气和注气。由于天然气气体相对密度低，气注压力低，不论采气或注气井口压力都高，流速高，同时易渗漏，有时天然气中会有H2S、CO2等腐蚀性介质，因而对采起树的密封性及其材质要有更严格的要求。有时为了安全起见，油、套管均采用双阀门，对于一些高压超高压气井的阀门采用优质钢材整体锻造而成。采油（气）树及油管接头主要用于控制生产井口的压力和调节油（气）流量；也可用于酸化压裂、注水、测试等特殊作业。 最常用的是KYS25／65DQ型自喷井口装置。工作压力：25MPa，联接型式：井口闸门以卡箍型式联接通径：65mm适用53/4in油层套管。图卡箍式采油树采油树主要由油管四通(小四通)、四个井口闸阀和节流器组成。油管四通下连总闸门、上连清蜡(测井)闸门，安装在油管四通两侧的井口闸门称生产闸门。在一侧生产闸门连接有节流器(嘴子套)，节流器内装有可更换的油嘴。节流器和油井出油管线连接。工厂制造的井口装置时将油管头、采油树及套管头法兰装配成一个整体。常将这种成套的自喷井口装置简称为采油树。 1-底法兰，2-钢圈，3-油管头4-闸阀，5-上法兰6-法兰接头7-节流器（针阀）8-四通9-截止阀10-压力表缓冲器采气树采气树典型结构见图。图采气井口装置釆气树和采油树结构相似，但考虑到天然气的特点，对采气树要求更为严格：1)所有部件均采用法兰连接；2)套管闸阀和总闸阀均成对配置，其中一个为备用；3)节流器采用针形阀，而不是固定孔径的油嘴；4)全部部件均经抗硫化氢处理。 1-套管短接；2-套管头座；3-四通；4-大小头；5-阀门；6-短接；7-油嘴套和井口油嘴8-由壬；9-放空阀10-压力表11-导管；12-表层管水泥环；13-表层套管；14-技术套管；15-油层套管16-油管；17-高压气层；18-高压水层19-易坍塌地层20-技术套管水泥环21-主油层22-油层套管水泥环图自喷井采油装置 油田上的生产井，按其生产方式的不同，分为自喷采油和机械采油两大类型。如果油层具有足够的能量，不仅能将原油从油层内驱入井底，而且还能够将其由井底连续不断地举升到地面上来。这样的生产井，我们称它为自喷井。用这种自喷的方式进行采油，称其为自喷采油。 1、自喷管柱井筒内只下油管柱，简称光油管，管鞋一般下至产层中部。油气是沿油管被升举到井口，所以该管柱常被称为自喷管柱。油管是采油工业专用的高压无缝钢管，分平式和外加厚两种。自喷管柱常用21/2in平式，外径为73mm，内径为62mm。 3、四种流动过程原油从油层流到计量站，一般要经过四种流动过程：（1）原油沿油层流入井底；（2）从井底沿井筒流到井口；（3）通过油嘴；（4）沿地面管道流至计量站。四种流动过程各自遵循不同的规律:沿油层流动为渗流；沿井筒的流动为垂直多相或单相管流；通过油嘴的流动为嘴流；沿地面管道的流动一般为多相水平管流。 4、自喷能量的消耗自喷生产时，原油的流动主要是受地层渗流阻力、井筒液柱重力和原油与井筒管壁的摩擦阻力等因素的影响。(1)原油在地层中流动时，主要能量消耗是流体克服在多孔介质—岩石中的渗流阻力。(2)原油在井筒中流动时，主要是克服井筒内液柱重力和原油与井筒管壁的摩擦阻力。液柱重力受原油密度、含水量、溶解气和浮力等影响。原油与井筒管壁的摩擦阻力主要与流体粘度大小有关。(3)原油通过油嘴时要消耗一定的能量。(4)在多相水平管流过程中主要的能量消耗是：流体通过各种管线时产生的局部水力损失和沿管线流动的沿程水力损失等。 项目简介**井口安全截断系统 石油、天然气的采气、集输是天然气开采过程中的一个重要环节。由于天然气中含有水分、硫化氢、二氧化碳等成分，在采气到集输过程中，只要有一个环节引起故障或失控，均可酿成重大事故。在天然气采气及集输过程中，除采气工艺参数的自动控制外，设备及井口在生产过程中出现意外的自动保护系统也是采气集输中的一个重要环节。只有充分利用现在的自动控制及安全保障系统结合在一起，由ＰＬＣ集中控制，在出现故障时，各施其职，有效的保护现场及井口设备。我校研制的井口安全截断保护装置可配合电动截断阀、电动调节阀等执行设备来集中控制集输工艺，即具有现场参数检测，又可对现场工艺路线控制、井口安全保障等功能于一体，对采气工艺具有重要作用。 系统功能与原理说明：具有完善的监测及执行能力，正常情况下，系统可实时对多路压力、多路温度、气体浓度、火警信号、流量信息、阀位信息、阀位调节、控制等工艺信息进行现场及远程监测、记录、计算和判断。并根据监测到的信息由现场ＰＬＣ或控制器进行控制，同时，通过现场总线直接传送到中央控制站，可有效地确保油气输送及开采过程的安全。 单井现场安装结构示意图 集输站应用案例 无人值守单井-集输站应用案例 二、气举采油气举采油站 气举采油工艺过程是通过向井筒内注入高压气体的方法来降低井内注气点至地面的液柱密度，以减小地层与井底的压差，使油气继续流出，并举升到地面。气举是在油井停喷后恢复生产的一种机械采油方法，亦可作为自喷生产的能量补充方法——帮助实现自喷。 典型气举系统如图所示。气举工艺所需设备：除地面管汇及一般的流量、压力计量和监控的仪表外，主要是地面的压缩机站和井中的气举阀。图气举系统示意图 1．气举采油的优点和局限性气举采油的优点：（1）气举井井下设备的一次性投资低，尤其是深井，一般都低于其它机械采油方式的投资。（2）能延长油田开采期限，增加油井产量。（3）气举采油的深度和排量变化的灵活性大，举升深度可以从井口到接近井底，日产量可从1m3以下到3000m3以上。（4）大多数气举装置不受开采液体中腐蚀性物质和高温的影响。（5）井下无摩擦件，故适宜于含砂含蜡和高含水(95％)的井。（6）易于在斜井、定向井、丛式井和井筒弯曲的井中使用，尤其适合于气油比高的井。（7）维持生产的费用大大地低于其它类型机械采油方式，在深井中更为明显。（8）产量可以在地面控制；气举的主要设备(压缩机组)装在地面，容易检查修理和维护。（9）占地少，适合于居民区和海上油田。 气举局限性：(1)必须有充足的气源。虽然可以使用氮气或废气，但与使用当地产的天然气相比成本高，且制备和处理困难。(2)气体压缩机站增加了投资，基本建设费用高。(3)采用中心集中供气的气举系统不宜在大井距的井网中使用。但目前已有不少油层连通性较好的油田，釆用把气顶作为气源，气举后再通过注入井把气注回到气顶，解决了这个问题。(4)使用腐蚀性气体气举时，需增加气体的处理费用和防腐措施费用。(5)连续气举是在高压下工作，安全性较差；在注气压力下，含水气体易在地面管线和套管中形成水合物，影响气举的正常工作。(6)套管损坏了的高产井不宜采用气举。(7)乳化液和粘稠液难以气举，因此不适合用于原油含蜡高和粘度高的结蜡井和稠油井。(8)单独用于小油田和单井的效果较差。 2．气举方式根据补充能量是否连续进行，将气举井分为连续气举和间歇气举两种。（１）连续流动气举气体连续地通过油、套环形空间注入，经过安装在最深部的气举阀进入油管，使来自油层内的流体混气。注入气加上地层气使进入油管柱内的总气量增加，降低了注气点以上的混合物密度，使流体被连续升举到地面。连续气举机理类似于自喷井。图连续气举装置示意图 （２）间歇气举周期性气举，即注入一定时间的气体后停止注气，液体段塞被升举，并快速排出；同时地层油聚集在井底油管中，随后又开始注气，如此反复循环进行。间歇气举的注气时间和注气量一般由时钟驱动机构或电子驱动进行控制。间歇气举井的生产是不连续的。连续气举适用于产液指数和井底压力高的中高产量井。间歇气举适用于井底压力低、产液指数较高的油井。连续气举井在油层供液能力下降、井底液量聚集太慢时，常会转为间歇气举。图间歇气举举升过程 (3)腔式气举是一种闭式气举、间歇气举。实行腔室气举时，注入气进入腔室后位于被举升液体之上，在注入气进入油管前液体段塞的速度就已经达到或接近举升速度，从而可以减少注入气的窜流，也就是减少了注入损失。大多数腔室气举装置可分为双封隔器及插入式单封隔器两类。主要用于井底压力低，采油指数高的油井。 A、双封隔器腔室气举进行气举时：a.地面控制器和腔室阀打开。b.井液通过打开的固定阀和带眼短节进入腔室。c.此时排泄孔打开，使分离的溶解气能从靠近腔室顶部位置进入油管，避免低压气被压缩在腔室顶部而阻碍井液进入。d.从地面注入的气体在井下打开工作阀，从腔室内聚集的液体上部进入，并压缩腔室内的液体段塞进入油管柱内，最后将液体段塞举升到地面。这种气举装置能确保集液容积大，同时对地层作用的回压最小。 B、插入式单封隔器腔室气举井下安装有专用的腔室气举工作阀、排泄阀及集液腔室。这种装置通常可用来代替双封隔器腔室气举装置用于裸眼完井或长射孔井段的油井，以确保最大限度地利用现有的井底压力。但插入式单封隔器装置的尺寸较小，这样就影响了它的使用效率。 （4）柱塞气举柱塞气举是一种特殊类型的间歇气举方式，是靠柱塞推动上部的液柱向上运动，防止气体的窜流和减少液体的回落，提高气体举升效率。柱塞气举管柱的最下端为油管卡定器，上部为缓冲弹簧，用来缓解柱塞下行的冲击力，再上部为柱塞。柱塞气举井井口有防喷管和手动捕捉器，用来回收和下入柱塞。图柱塞气举装置油管卡定器缓冲弹簧举升气体油管套管刷式柱塞液体段塞补充气管线至分离器气动薄膜阀时间周期控制器防喷管三通手动捕捉器双针压力记录仪总阀门压力表 3、气举井下装置1）井下注气管柱分单管注气管柱和多管注气管柱。A、单管注气管柱开式管柱：底部敞开，没有封隔器和单流阀，用于不能使用封隔器的井中。 半闭式管柱：下面有封隔器，但没有单流阀，封隔器的作用是防止地层液体进入封隔器以上注气部位，主要用于连续气举。 闭式管柱：下部有封隔器和单流阀，可防止注气进入地层，主要用于间歇气举 B、双管注气管柱多管注气：可同时进行多层开采，下部为一单管封隔器，上部为一双管封隔器。 （2)气举阀气举阀是气举采油系统的关键部件，主要是用启动注气压力，把井内液面降至注气点的深度，并在此深度上以正常工作所需的注气压力按预期的产量进行生产。气举阀基本上是一种井下压力调节器。阀的设定压力在由弹簧或波纹管充气来调节。启闭控制方式有：A、套管压力控制B、油管压力控制C、油管和套管压力两者共同控制目前常用的气举阀是：A、充气波纹管式气举阀B、弹簧负载式气举阀 （1）注入压力(气力)操作气举阀A、工作原理注入压力操作气举阀通常也叫套压操作阀，是最常用的气举阀。它是一种由注入气压力作用在波纹管有效面积上使阀打开的气举阀，其工作原理如右图所示。注入压力作用在大面积上，生产压力作用在小面积上。 B、开启气举阀平衡方程式开启气举阀时，力平衡方程式（阀的开启公式）：式中pbt——气举阀在不同井温下腔室内充气压力，MPa；pc——作用于波纹管的注气压力，MPa；pt——阀嘴处的生产压力，MPa；Ab——波纹管有效面积，mm2；Av——阀嘴有效面积，mm2。式中1-Av/Ab和Av/Ab值由制造厂家提供 C、结构分固定式和可投捞式。主要由充气腔室、波纹管、阀杆及阀嘴和单流阀组成。 （2）生产压力（液力）操作气举阀A、工作原理：生产压力作用在大面积上，注入压力作用在小面积上。生产压力操作气举阀，通常也叫油压操作阀，是一种对生产压力(油管压力)比较敏感的气举阀，它的打开和关闭主要由阀深度处的油管压力所决定。生产压力操作阀主要应用在：(1)采用同一环空气源的多层气举；(2)间歇气举；(3)注气点深、注气压力相对较低的井；(4)大尺寸油管井；(5)地面注气压力低的井；(6)举升深度不清楚的井。 B、开启气举阀的力平衡方程式：关闭时pbt=pt式中：pc——与阀嘴接触的注入压力，MPa；pt——与波纹管接触的生产压力，MPa；pbt——腔室内压力或弹簧负载力，MPa；Av——阀嘴有效面积，mm2；Ab——波纹管有效面积，mm2。 C、结构与注入压力操作阀基本相同（见右图）。不同之处在于生产压力操作阀具有一个反向阀座密封装置。这种反向阀座密封装置可以保证注入压力作用于小阀孔面积上，生产压力作用于波纹管大面积上。 3）气举工作筒分为固定式工作筒和可捞式偏心工作筒，主要用来安装气举阀。固定式工作筒气举阀装在筒外，调整阀时必须起出油管；偏心可投捞式工作筒气举阀装在筒内，调整阀时可用专用投捞工具进行，不用起出油管。 （1）固定式工作筒由油管短节和连接固定式气举阀的上、下凸缘接头组成，气举阀坐于两个凸缘之间，通过凸缘与油管连通。 （2）可投捞式偏心工作筒A、标准型偏心工作筒由主体、偏心块、扶正体等部分组成。在阀筒外侧壁上(即套管壁方向)有进气孔，其下部与油管内腔连通。主体横断面成椭圆形，主体一侧有一个侧孔，作为安装可投捞式气举阀的位置。 B、套管采油用偏心工作筒阀筒在内侧壁上，即在油管方向有进气孔，其下部与油、套管环空连通。 4)偏心投捞工具为投捞式偏心气举阀配套使用工具。（1）偏心投捞工具组合 (2)投捞器 5)柱塞气举井下工具A、柱塞采用尼龙毛刷软密封结构，内有一单流阀。起举升液体的作用。B、卡定器起限定活塞运动深度的作用 C、缓冲器安装在卡定器上面，用以缓冲柱塞下落井底的力，同时用来撞击阀杆，关闭柱塞内部网孔。D、井口防喷盒缓冲柱塞上升至井口的冲击力和避免撞击柱塞内的阀，以打通柱塞通道，使柱塞顺利下落，捕捉气举阀。 6)压缩机7）时间周期控制器间歇气举用来设定和调节注气时间和注气循环周期，有机械时和电子时。 8)气动薄膜阀与时间周期控制器配合，用于控制注气量的大小或开关注气管线。 9）注气压力控制阀稳定注气压力 三、气举采油地面流程及设备1．地面工艺流程气举采油的高压气源有两种：一种是利用高压气井提供的天然气优点是充分利用天然能量，投资少;缺点是随着气井压力的下降，需要不断地调整气举阀的设计数据，当气井压力下降到一定程度时，气举采油将被迫停止。 气举原理及气举设备第二种是用压缩机增压气举，这是目前应用最普遍的一种方式。1）利用高压气井做气源的地面工艺流程将一口或多口高压气井的天然气集中进行处理后，再分到气举井，图2—25为典型的利用高压气井作气源的气举采油地面工艺流程示意图气源井的高压天然气通过分离器除去天然气中的凝析油和水分，再通过压力控制和流量控制将净化的高压天然气送往气举井，流程中有加热系统，以保证冬季正常生产。这种流程的特点是可充分利用气源井的天然能量，投资少、成本低；缺点是气举生产受气源井的供气压力影响，难以长期维持生产。 气举原理及气举设备图2—25利用高压气井做气源的气举采油地面工艺流程图1一高压分离器；2一缓冲罐；3一热水泵；4一水套炉 气举原理及气举设备2)增压气举地面工艺流程增压气举工艺，有开式增压气举流程和闭式增压气举循环流程两种。前者是用压缩机将低压天然气增压后供气举井采油；后者将气举井分离出的天然气再返回压缩机站，经处理后，通过压缩机增压，供气举井使用。闭式增压主要有低压气处理系统、压缩机增压系统、注气分配系统三大部分组成，工艺流程如图2—26所示。 气举原理及气举设备2—26增压气举地面流程方框图 气举原理及气举设备(1)低压气处理系统低压气处理系统包括气液分离和天然气处理。在气举工艺流程中，必须对天然气进行脱水处理。常规的方法是用固体干燥剂吸附法和溶剂吸收法。固体干燥剂吸附法采用较多的是分子筛吸附脱水，特点是脱水效果好，但设备投资大、操作费用高、能耗高。吸收法目前广泛使用的是三甘醇吸收脱水，它的能耗小、费用低，使用寿命长、损失量小、成本低，气举工艺气的处理常采用三甘醇吸收脱水工艺。 气举原理及气举设备对需要进行脱轻烃处理，目前大都采用冷凝法：一种是用致冷剂致冷，油田上常用氨作致冷剂，其优点是价格便宜，单位容量致冷量大，泄漏时容易发现；缺点是氨在空气中达到一定浓度时会燃烧爆炸，且对人有一定毒性，对铜和铜合金有腐蚀作用。二是气体膨胀致冷，将具有一定压力、一定温度的天然气经过节流阀或膨胀机急剧膨胀，使其压力降低，温度降低，然后再用降低了温度的天然气与燃料气换热，在低温下使燃料气中的C3以上重组分凝析脱出。由于膨胀致冷工艺流程简单、致冷量大，因此国内外各油田广泛用于天然气的脱轻烃处理。 气举原理及气举设备(2)压缩机增压系统主要由压缩机、风动仪表辅助系统、稳压阀、阀组等组成。低压天然气经压缩机增压后，经阀组输往各输气干线，各输气干线设有稳压阀和流量计，用以稳定输气压力和计量输气量。压缩机站为易燃易爆场所，所有仪器仪表及控制系统均应尽量采用气动装置，另外天然气发动机的启动也需气体，因此，风动仪表辅助系统是不可少的。 气举原理及气举设备(3)注气分配系统注气分配系统一般设置在计量站，由压缩机站供给的高压气经输气干线输送到计量站，经注气分配阀组分配到气举井去，注气分配阀组主要由高压阀门、气体流量计量仪表、气体流量控制阀等组成。 气举原理及气举设备2．气举压缩机压缩机是气举采油系统的“心脏”，是气举采油的主要设备。气举压缩机一般选用往复式压缩机，它的特点是压比高、排量大、适应性强。往复式压缩机有整体式和分体式两种，整体式压缩机的压缩机和发动机连在一起，用同一根曲轴工作，特点是转速低、功率大、质量大、运输困难；分体式压缩机的压缩机和发动机是分开的，中间用联轴器连接，优点是转速较高，压缩机、发动机、空气冷却器可拆卸，便于运输。目前，我国现场使用的大部分为分体式往复压缩机。 Thispartisend！