《射流泵采油》ppt课件

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2•射流泵采油••••（1）水力射流泵井设备与工作原理（2）水力射流泵的工作特性参数（3）水力射流泵井生产参数优化设计（4）水力射流泵井生产管理与故障诊断 4主要内容•••••9．射流泵采油（1）水力射流泵井设备与工作原理（2）水力射流泵的工作特性参数（3）水力射流泵井生产参数优化设计（4）水力射流泵井生产管理与故障诊断 5水力射流泵采油系统水力射流泵（也称喷射泵）是利用射流原理将注入井内的高压动力液的能量传递给井下油层产出液的无杆水力采油设备。射流泵采油系统与水力活塞泵一样，由地面（包括动力液供给和产出液收集处理系统）和井下（包括动力液及产出液在井筒内的流动系统和射流泵）两大部分组成。地面部分和井筒流动系统与水力活塞泵开式采油系统相同，动力液在井下与油层产出液混合后返回地面，见图4-16。 6水力射流泵采油一、水力射流泵采油系统井口高压泵机组高压控制管汇动力液处理装置计量装置地面管线系统组成油井装置地面流程井下器具管柱结构射流泵 图4-16射流泵采油井下系统示意图射流泵主要由喷嘴、喉管及扩散管组成。喷嘴将高压动力液的压能转换为高速流动液体的动能，并在嘴后形成低压区。高速流动的低压动力液与被吸入低压区的油层产出液在喉管中混合，流经截面不断扩大的扩散管时，因流速降低将高速流动的液体动能转换成低速流动的压能。混合液的压力提高后被举升到地面。7 8井下射流泵工作示意图 二、水力射流泵工作特性(一)射流泵工作原理动力液地面加压；油管或专用动力液管输送；动力液被传至井下喷嘴；通过喷嘴将压能转换动能；嘴后形成低压区；动力液与油层产出液在喉管中混合；经扩散管动能转换成压能；混合液的压力提高后被举升到地面。9图4-17井下射流泵工作示意图水力射流泵排量、扬程取决于喷嘴面积与喉管面积的比值。 优点：(1)没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大水力射流泵举升原理注入井内的高压动力液的能量传递给井下油层产出液。(2)可利用动力液的热力及化学特性，适用于高凝油、稠油、高含蜡油井。(3)对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性。10 缺点：高压动力液通过喷嘴时的水力阻力损失高速流动的动力液与低速流动的油层产出液产生的高湍流混合损失射流泵的效率远低于容积式泵的效率(大规模使用效率偏低)需要建设地面动力液系统以上缺点使喷射泵使用受到一定的限制11 12主要内容•••••9．射流泵采油（1）水力射流泵井设备与工作原理（2）水力射流泵的工作特性参数（3）水力射流泵井生产参数优化设计（4）水力射流泵井生产管理与故障诊断 喷射泵的面积比定义为：R=j13AAtq3q1流量比定义为：M=地层产出液与动力液得失能量之比定义为喷射泵的泵效：=MHE=q3(P2−P3)q1(P1−P2)P2−P3P1−P2压力比定义为：H= ⎣1−R⎥⎦2R(1+M)⎢1+M2⎡2⎡⎨(1+Kj)−(1+Ks)M⎢R⎤⎫R⎤⎫⎪⎪⎧⎪⎪⎩(H23)=1−N−H(H12)M+N⎧⎪N=⎨(1+Kj)+(1+KS)M3⎢+(1+Ktd)R2(1+M)−+K⎣1−R⎥⎦⎪⎭⎪⎭1−R⎥⎦⎭⎪⎩⎣AjAtR=q3q1M=P2−P3P1−P2H==MHE=q3(P2−P3)q1(P1−P2)⎬⎬2−H⎪⎫H=⎪2⎪⎡R⎤3⎪⎬⎪⎪射流泵无量纲特性曲线特性方程14 15喷嘴与喉管直径根据油井的具体情况进行选泵时，在选定泵的特性曲线上确定最佳流量比、压力比，在此基础上以油井的产液量和动力液流量为依据，求出最佳喷嘴直径及喷嘴与喉管的面积比。1q1(P1−P3)/γAj=0.06082dj=2Aj/314.由已选定的泵型确定其喷嘴与喉管的面积比，再求出喉管面积：At=Aj/Rdt=2At/3.14 16喷射泵在非等密度体系中的水力特性喷射泵的工作特性方程是进行喷射泵设计及其应用的主要依据。布朗(Brown)给出的特性方程只适用于等密度体系。油田采用喷射泵一般是用污水作为动力液，开采地下原油。动力液和产出液的密度、粘度等物性不相同，应推导出适合于一般条件下的喷射泵工作特性方程，并研究相关因素，如密度比和摩擦损失因数对喷射泵水力特性的影响。 (H23)=1−N−H(H12)M+N⎧⎪N=⎨(1+Kj)+(1+KS)M3⎢+(1+Ktd)R2(1+M)−+K1−R⎥⎦⎪⎩⎣⎫⎪⎪⎧⎪R⎤⎫⎨(1+Kj)−(1+Ks)M⎢R⎤2⎡⎡2R(1+M)⎢1+M21−R⎥⎦⎪⎭⎪⎭1−R⎥⎦⎭⎪⎩⎣⎣17布朗方法布朗应用洛伦兹(Lorenz)混合损失理论，依据能量守恒原理，给出了等密度体系中的喷射泵工作特性方程⎬⎬2−H⎪⎫H=⎪2⎪⎡R⎤3⎪⎬⎪⎪式中H为无因次压头比；H1为动力液进泵前压头；H2为混合液在泵排出口处的压头；H3为地层液在泵吸入口处压头；M为无因次流量比，即地层液体积流量q3与动力液体积流量q1之比；R为无因次面积比，即喷嘴截面面积Aj与喉管截面面积At之比；Kj，Ks，Kt和Kd分别为喷嘴、吸入环道、喉管和扩散管的摩擦损失因数。(1) ρB=ρ118布朗方法的修正式(1)在非等密度体系中应用时会造成较大的误差，需进行修正。1、修正的特性参数将无因次压头比H修正为无因次压力比1H(P2−P3)(P−P2)=(2)式中P1为动力液进泵压力；P3为地层液进泵压力；P2为混合液在泵排出口处压力。在非等密度体系中，定义无因次密度比ρ3ρ1式中为动力液密度；ρ3为地层液密度。(3) 19 20 21 22 23主要内容•••••9．射流泵采油（1）水力射流泵井设备与工作原理（2）水力射流泵的工作特性参数（3）水力射流泵井生产参数优化设计（4）水力射流泵井生产管理与故障诊断 24 25 26 27水力喷射泵油井工况效果预测程序设计步骤①根据油井历史生产数据，计算油井IPR曲线，依据油层的流入动态，即IPR曲线确定设计产液量Q3下的井底流压。②从井底向上计算井筒压力分布，由泵的泵入口压力确定下泵深度。③假设一个动力液量Q1，例如Q1=10*Q3④已知动力液井口压力Ps、温度，由井口向下计算得到动力液泵入口压力P1。⑤混合液量Q2=Q1+Q3=10*Q3+Q3=11*Q3，已知混合液的井口套压P套、温度，由井口向下计算到混合液泵出口处压力P2。⑥计算压头比H=(P2-P3)/(P1-P2)。⑦由非等密度体系喷射泵水力特性曲线关系式计算得到对应面积比为R的喷射泵压头比为H时的流量比。⑧由M=Q3/Q1，得Q1=Q1/M，返回④，直到Q1与上次计算的Q1相差在一个足够小的范围，此时得到的H和M就是泵的实际工作点。喷射泵油井生产效果预测系统设计流程框图如图所示。 28 29 30主要内容•••••9．射流泵采油（1）水力射流泵井设备与工作原理（2）水力射流泵的工作特性参数（3）水力射流泵井生产参数优化设计（4）水力射流泵井生产管理与故障诊断 314.喷射泵工况诊断技术4.1喷射泵井生产系统主要故障形式4.2喷射泵井工况诊断4.2.1动力液的测试计算4.2.2油层产出液和混合液的测试计算4.2.3油井产能曲线的计算4.3喷射泵井工况诊断、调参实例4.4小结 4.喷射泵工况诊断技术4.1喷射泵井生产系统主要故障形式喷射泵采油系统由地面和井下两大部分组成。地面部分包括动力液供给和混合液收集处理及计量系统，井下部分包括动力液、地层产出液及混合液在井筒内的流动系统和喷射泵。地面部分的故障主要有：(1)流程上的闸门失效。(2)动力液压力过低或过高、动力液温度低。(3)管线穿孔。(4)增压系统损坏。(5)计量系统误差。32 334.喷射泵工况诊断技术4.1喷射泵井生产系统主要故障形式井下部分的故障主要有：(1)油管漏；(2)泵吸入口堵；(3)泵排出口堵；(4)工作筒内流道堵；(5)喷嘴、喉管损坏；(6)喷射泵不起喷；(7)喷射泵泵效低。其中故障(1),(2),(3),(4)可以通过动力液量和混合液量及混合液是否含油来了解，而故障(5),(6),(7)则需要根据测试数据和计算分析判断。 344.喷射泵工况诊断技术喷射泵泵效是流量比和压力比的乘积，流量比和压力比是描述喷射泵工作状况的两个主要的参数。喷射泵工况诊断的任务是通过测试数据，直接或间接地得到q1、q3、p1、p2、p3这5个决定压力比、流量比和泵效的参数。4.2喷射泵井工况诊断 354.喷射泵工况诊断技术4.2喷射泵井工况诊断4.2.1动力液的测试计算q1是进泵的动力液量，p1是动力液泵入口压力；动力液是油田回注污水或稀油，也可以是蒸汽。动力液在井口时一般是单相流体，因此，可以用普通流量计、压力表和温度计在地面测试得到动力液的流量、压力和温度。根据多相垂直管流的计算方法计算得到井下动力液泵入口处的流量、压力和温度。 364.喷射泵工况诊断技术4.2喷射泵井工况诊断4.2.2油层产出液和混合液的测试计算q3是地层产出液量，它可以由混合液减去动力液得到，即：q3=q2−q1混合液可以在地面计量，但混合液中包含动力液和地层产出液，含有油、气和水，甚至还有地层砂，不能用普通的流量计计量。而需要在计量间用油气分离器进行计量。混合液的压力和温度可以用普通的压力表和温度计在地面测量。有了混合液的流量、压力和温度，以及流体的含水和气液比，就可以根据多相垂直管流的计算方法计算得到井下泵排出口处的流量q2、压力P2和温度，并由上式计算得到q3。 374.喷射泵工况诊断技术4.2喷射泵井工况诊断4.2.2油层产出液和混合液的测试计算P3是地层产出液的泵入口压力，无法实现实时测试。由此可见，喷射泵的诊断测试工作关键在于P3的测试。喷射泵的工作特性方程是进行喷射泵设计及其应用的主要依据。布朗(Brown)给出的特性方程只适用于等密度体系。而油田喷射泵采油一般是用污水作为动力液，开采地下原油。动力液和产出液的密度、粘度等物性不相同，因此，为了合理地应用喷射泵开采原油，应采用适合于一般条件下的喷射泵工作特性方程。 ()−=231Npp−()+12MNp⎪⎧()(⎨⎢=+++SBjN1K1KM)()()()⎬++++−⎥⎦Btd1K1ρMR1M+K⎪⎤⎡223R⎪⎧⎪⎫()(⎪⎪⎬⎨⎥⎤⎢⎡+−+2sBjR1K1KM)()⎢++2B2R1M1ρM⎫⎤⎡R⎬⎥⎦3ρρ=B1ρ其中无因次密度比：384.喷射泵工况诊断技术4.2喷射泵井工况诊断将布朗方法修正、扩展到非等密度体系中的喷射泵工作特性方程：⎫2⎪2⎪ρ⎣1−R⎭⎪⎩⎣1−R⎦⎪⎭⎭⎪⎩⎣1−R⎪ρ−p⎪H=⎪ 394.喷射泵工况诊断技术4.2喷射泵井工况诊断4.2.2油层产出液和混合液的测试计算式中，Kj、Ks、Kt和Kd分别为喷嘴、吸入环道、喉管和扩散管的摩擦损失因数，喷射泵工作特性方程描述了压力比与流量比之间的关系，对于某种型号的喷射泵，可以从厂家得到描述其性能和结构的Kj，Ks，Kt，Kd和R，油井的无因次密度比可通过计算得到。因此，如果已知流量比，则可以通过式上式计算得到压力比，由压力比的定义和前面得到的P1，P2就可以得到P3。 404.喷射泵工况诊断技术4.2喷射泵井工况诊断4.2.3油井产能曲线的计算由q3、P3、下泵深度、油层静压等数据可以计算得到油井IPR曲线。如果没有油层静压数据，可以通过调整动力液井口压力、流量，得到油井在另一个工作制度下的生产参数，由两组动态数据法计算得到油井IPR曲线。 414.喷射泵工况诊断技术4.3喷射泵井工况诊断实例辛73-2井，该井前期采用3mm喷嘴，4.8mm喉管，经诊断分析其泵效为13.73%，调参后采用3.2mm喷嘴，4.8mm喉管，提高了泵的面积比，使泵效提高到17.29%，动力液用量减少了33.5m3/d。 424.喷射泵工况诊断技术4.4小结(1)由测试数据，可以计算得到喷射泵采油系统的工作参数包括：动力液泵入口压力、温度，混合液泵出口压力、温度，油层产出液的泵入口压力、温度，泵工作的压力比，流量比和泵效等参数，由这些数据就可以对喷射泵工作状况进行评价。(2)该方法可以计算得到油井流入动态曲线，结合油井流入动态曲线和泵工作的压力比，流量比和泵效，对喷射泵井调参提供可靠的参考依据。 433．水力喷射泵油井工况诊断程序设计步骤①测试得到动力液井口压力Ps、温度、动力液量Q1，由井口向下计算得到动力液泵入口压力P1。②测试得到混合液量Q2、混合液的井口套压P套、温度，由井口向下计算到混合液泵出口处压力P2。③由公式，计算得到泵入口压力。④计算压头比H=(P2-P3)/(P1-P2)。⑤由非密度体系喷射泵水力特性曲线关系式计算得到对应面积比为R的喷射泵压头比为H时的流量比。⑥由M=Q3/Q1，得Q3=M*Q1，用该Q3与Q3=Q2-Q1得到的Q3相比较，校正H与M之间的关系。⑦由Q3、P3、下泵深度、油层静压等数据可以得到油井IPR曲线。如果没有油层静压数据，可以通过调整动力液井口压力、流量，得到油井在另一个工况下的参数，由两组动态数据法计算得到油井IPR曲线。喷射泵油井工况诊断系统设计流程框图如图所示。 44 45end