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采油工程原理與設計課件.ppt

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1、采油工程原理與設計 授課教師 : 于樂香 辦公地點 : 工科樓 B-436 采油工程課程內(nèi)容體系 第一章 油井流入動態(tài)與井筒多相流動計算 第二章 自噴與氣舉采油 第三章 有桿泵采油 第四章 無桿泵采油 第五章 注水 第六章 水力壓裂技術(shù) 第七章 酸處理技術(shù) 第八章 復雜條件下的開采技術(shù) 第九章 完井方案設計與試油 第十章 采油工程方案設計概要 第一章 油井流入動態(tài)與井 筒多相流動計算 油井流入動態(tài) 井筒氣液兩相流基本概念 計算氣液兩相垂直管流方法 2.油井流入動態(tài)曲線( IPR曲線) : 表示產(chǎn)量與井底流壓關(guān)系的曲線,簡稱 IPR

2、曲線。 1.油井流入動態(tài) : 油井產(chǎn)量與井底流動壓力的關(guān)系 。它反映了油藏向井的 供油能力,反映了油藏壓力、油層物性、流體物性、完井質(zhì) 量等對油層滲流規(guī)律的影響。 名詞解釋: 3.采油 (液 )指數(shù) : 單位生產(chǎn)壓差下的油井產(chǎn)油 (液 )量,反映油層性質(zhì)、厚度、 流體物性、完井條件及泄油面積等與產(chǎn)量之間關(guān)系的綜合指標。 對于 單相液體流動 的直線型 IPR曲線, 采油指數(shù)可定義為 產(chǎn)油量與生產(chǎn)壓差之比, 或者 單位生產(chǎn)壓差下的油井產(chǎn)油量; 也可定義 為每增加單位生產(chǎn)壓差時,油井產(chǎn)量的增加值, 或 油 井 IPR曲線斜率的負倒數(shù)。 對于 多相流動 的非直線型 I

3、PR曲線,由于其斜率不是定值, 在使用采油指數(shù)時,應該說明相應的流動壓力,不能簡單地用 某一流壓下的采油指數(shù)來直接推算不同流壓下的產(chǎn)量。 4.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。 5.流動型態(tài)(流動結(jié)構(gòu)、流型): 流動過程中油、氣的分布狀態(tài)。 6.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。 基本理論與分析 : 1.油氣兩相滲流時的流入動態(tài) (1) Vogel 方法 (適用于理想完善井 ) 利用 Vogel方程繪制 IPR曲線的步驟 (兩種情況 ) 2 m a x 8.02.01

4、 r wf r wf o o P P P P q q Vogel方程 8.02.01 2m a x r t e s twf r t e s twf t e s to o P P P P q q maxoq a.計算 m a x 2 8.02.01 o r wf r wf o qP P P P q c.根據(jù)給定的流壓及計算的相應產(chǎn)量繪制 IPR曲線。 b.給定不同流壓,計算相應的產(chǎn)量: 已知地層壓力和一個工作點: 利用 Vogel方程繪制 IPR曲線的步驟 A ACBBP r 2 42 1 2 1 q qA

5、 12 2 12.0 wfwf PPq qB 2 1 2 2 2 18.0 wfwf PPq qC 油藏壓力未知,已知兩個工作點 a. 油藏平均壓力的確定 maxoq b.計算 d.根據(jù)給定的流壓及計算的相應產(chǎn)量繪制 IPR曲線 c. 給定不同流壓,計算相應的產(chǎn)量 (2)費特柯維奇方法 (3)非完善井 Vogel方程的修正 (流動效率與表 皮系數(shù)的關(guān)系 ) 假設 與壓力 成直線關(guān)系 oo ro B k p 0s 1FE油層受污染的或不完善井, 0s 1FE完善井 , 0s 1FE增產(chǎn)措施后的超完善井, (4)利用流動效率計算非完善直井流入動態(tài)的方法

6、 Standing方法 (FE=0.51.5,擴大了 Vogel的使 用范圍,可以適用于哪些污阻井或經(jīng)過增產(chǎn)措施 的井 ) Harrison方法 (提供了 FE=1 2.5的無因次 IPR曲 線 ,擴大了 Standing曲線的范圍 ,它可用來計算高流 動效率井的 IPR曲線和預測低流壓下的產(chǎn)量。 ) 會繪制 IPR曲線的方法步驟 2PCPBAq 2.斜井和水平井的 IPR曲線 Cheng對溶解氣驅(qū)油藏中 斜井和水平井 進行了 數(shù)值模擬,并用回歸的方法得到了類似 Vogel方程 的不同井斜角井的 IPR回歸方程: Bendakhlia等用兩種三維三相黑油模擬器研究了

7、多種情況下溶解氣驅(qū)油藏中 水平井 的流入動態(tài)關(guān) 系。得到了不同條件下 IPR曲線。 n r wf r wf o o P P v P P v q q 2 m a x 11 3.油氣水三相 IPR 曲線 Petrobras提出了計算三相流動 IPR曲線的方法。 綜合 IPR曲線的實質(zhì) : 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 采液指數(shù)時,是按 產(chǎn)量 加權(quán)平均 ; 當預測產(chǎn)量或流壓 時是按 流壓加權(quán)平均 。 圖 1-12 油氣水三相 IPR 曲線 4、 多層油藏油井流入動態(tài) ( 1)

8、多油層油井流入動態(tài) 迭加型 IPR 圖 1-13 多層油藏油井流入動態(tài) ( 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 ( ) sosw PP 圖 1-15 含水油井流入動態(tài)曲線 ( ) swso PP (1)氣液兩相流動與單相液流的比較 5.井筒氣液兩相流動的特性 (2)氣液混合物在垂直管中的流動結(jié) 構(gòu)變化 (流型及特點 ) 總結(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

9、示意圖 純油流; 泡流; 段塞流; 環(huán)流; 霧流 以計算段下端壓力為起點,重復步,計算下一段的深 度和壓力,直到各段的累加深度等于管長為止。 6.多相垂直管流壓力分布計算步驟 重復的計算,直至 。 估計計算 hh 1)按深度增量迭代的步驟 已知任一點 (井口或井底 )的壓力作為起點,任選一個合適 的壓力降作為計算的壓力間隔 p。 估計一個對應的深度增量 h 。 計算該管段的平均溫度及平均壓力,并確定流體性質(zhì)參數(shù)。 判斷流型,并計算該段的壓力梯度 dp/dh。 計算對應于 p的該段管長 (深度差 )h。 計算該段下端對應的深度

10、及壓力。 7.Orkiszewski方法特點 (流型類型 ) 8.Beggs & Brill 兩相水平管流型 (三大類 7種流型 ) 針對每種流動型態(tài)提出存容比及摩擦損失的計算方法 提出了四種流型,即泡流、段塞流、過渡流及環(huán)霧流 分離流 分層流 波狀流 環(huán)狀流 間歇流 團狀流 段塞流 分散流 泡 流 霧 流 第二章 自噴與氣舉采油 主要內(nèi)容 一、自噴井生產(chǎn)系統(tǒng)分析 二、氣舉采油原理及油井舉升系 統(tǒng)設計方法 名詞解釋 : 1.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)。 利用從地面向井筒注入高壓氣體將原油舉升至

11、地面的一種人工舉升方式。 2.氣舉定義: 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。 3.氣舉 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。適應于供液能力較好、產(chǎn)量較高的 油井。 間歇氣舉 人工舉升采油 自噴采油 4. 采 油 方 法 分 類 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 自身能 量 將原油舉升到 地面的采油方式。 5.氣舉啟動壓力 :當環(huán)形空間內(nèi)的液面達到管鞋 (注氣點 )時 的井口注入壓力。 基本理論與分析 油層到井

12、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 1.油井生產(chǎn) 的三個基本 流動過程 2.自噴井生 產(chǎn)的四個基 本流動過程 地面水平或傾斜管流 地層滲流 井筒多相管流 嘴流 生產(chǎn)流體通過油嘴 (節(jié)流器 )的流動 3. 協(xié) 調(diào) 條 件 質(zhì)量守恒 能量 (壓力 )守恒 熱量守恒 求解點的選擇: 主要取決于所要研究解決的問題。 求解點: 為使問題獲得解決的節(jié)點。 協(xié)調(diào)曲線示意圖 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 50 60 70 產(chǎn) 量 壓力 節(jié)點流入曲線 節(jié)點流出曲線 協(xié)調(diào)點 圖 3-22 自噴井三

13、個流動過程關(guān)系 根據(jù)設定產(chǎn)量 Q,在油井 IPR 曲線上找出相應的 Pf; 由 Q及 Pf按垂直管流得出滿 足油嘴臨界流動的 QPt油管曲 線 B; 油嘴直徑 d一定,繪制臨界 流動下油嘴特性曲線 G; 油管曲線 B與油嘴特性曲線 G 的交點即為該油嘴下的產(chǎn)量與 油壓。 4.有油嘴系統(tǒng) 以油嘴為求解點 的節(jié)點分析方法 的步驟: 油層滲流消耗的壓力 油管流動消耗的壓力 5.節(jié)點分析在設計及預測中的應用 (1)不同油嘴下的產(chǎn)量預測與油嘴選擇 (2)油管直徑的選擇 (3)預測油藏壓力變化對產(chǎn)量的影響 (4)停噴壓力預測 6.氣舉采油原理、優(yōu)缺點及適用條件 7.氣舉

14、啟動過程 8.氣舉閥的作用: 逐步排除油套環(huán)形空間的液體; 降低啟動壓力。 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。 圖 2-29 氣舉井啟動時的壓縮機壓力 隨時間的變化曲線 9.氣舉過程中壓縮機壓力變化 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 。 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 )。 10.氣舉裝置類型 在

15、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。 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。 封隔器封隔油套環(huán)空,其余均與開式裝置相同。 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。 半閉式裝置 閉式裝置 箱式裝置 開式裝置 (三)定產(chǎn)量和井口壓力確定注氣點深度 和注氣量 圖 2-37 定產(chǎn)量和井口壓力確定注 氣點深度和注氣量的步驟示意圖 圖 2-38 定產(chǎn)量和井口壓力確定注 氣點深度和注氣量的 協(xié)調(diào) 圖 求解節(jié)點: 井口 1) 根

16、據(jù)要求的產(chǎn)量由 IPR曲線確定 相應的井底流壓 pwf。 2) 根據(jù)產(chǎn)量 、 油層中的氣液比等以 pwf為起點 , 按多相垂直管流向 上計算注氣點以下的 流體壓力分布曲線 A。 3) 由工作壓力計算 環(huán)形空間氣柱壓力曲線 B。 此線與曲線 A的 交點 即為平衡點 。 4) 由平衡點沿壓力分布曲線 A上移所得的點即為 注氣點 。 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 。 在給定產(chǎn)量和井口壓力下確定注氣點深度和注氣量

17、 6) 根據(jù)結(jié)果 繪制總氣液比與井口壓力的關(guān)系曲線 ,找出與規(guī)定油壓 相對應的總氣液比 TGLR。 7) 由求得的總氣液比中減去油層生產(chǎn)氣液比可 得到注入氣液比 。根 據(jù)注入氣液比和規(guī)定的產(chǎn)量就可算得需要的注入氣量。 8) 根據(jù)最后確定的氣液比和其它已知數(shù)據(jù) 計算注氣點以上的油管壓 力分布曲線 D;此線即為根據(jù)設計進行生產(chǎn)時的油管壓力分布的計 算曲線,可用它來 確定啟動凡爾的安裝位置 。 (四)定井口壓力和注氣量確定 注氣點深度和產(chǎn)量 圖 2-39 定注氣量和井口壓力確定注 氣點深度和產(chǎn)量的步驟示意圖 圖 2-40 定注氣量和井口壓力確定 注氣點深度和產(chǎn)量的協(xié)調(diào)圖 求解節(jié)點

18、: 井底 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 1) 假定一組產(chǎn)量 , 根據(jù)注氣量和地層生產(chǎn)氣液比 計算出所對應的總氣液比; 2) 以給定的地面注入壓力 計算環(huán)形空間氣柱壓力分布線 B, 用地面注入壓力減 (0.50.7MPa)作 B線的平行線 , 即為注氣點深度線 C。 3) 以定 井口壓力為起點 , 利用多相垂直管流 , 根據(jù)對應產(chǎn)量的總氣液比 , 向 下計算每個產(chǎn)量下的 油管壓力分布曲線 D1、 D2、 D3 。 它們 與注氣點深度線 C 的交點 , 即為各個產(chǎn)量所對應的注氣點 a1、 a2、 a3 和注氣深度 L1、 L2、 L3 。 4) 從每個產(chǎn)量對應的注氣

19、點壓力和深度開始 , 利用用井筒多相管流根據(jù)油層生 產(chǎn)氣液比向下計算每個產(chǎn)量對應的 注氣點以下的壓力分布曲線 A1、 A2、 A3 及 井底流壓 pwf1、 pwf2、 pwf3 5)根據(jù)上步計算結(jié)果 繪出產(chǎn)量與計算流壓的關(guān)系曲線 (油管工作曲線)與 IPR曲線 的 交點 所對應的壓力和產(chǎn)量即為該井在給定注氣量和井口油管壓力下的產(chǎn)量相應的 井底流動壓力,根據(jù)給定的注氣量和協(xié)調(diào)產(chǎn)量 Q,可計算出相應的 注入氣液比 ,進 而計算出 總氣液比 TGLR; 6) 根據(jù)上步求得的井底流壓和產(chǎn)量 Q, 以 井底為起點 用井筒多相流計算對應的注氣 點以下的 壓力分布曲線 A, 與注氣點深度線之 C之 交

20、點 a, 即為可能獲得的最大產(chǎn)量 的注氣點 , 其深度 L即為工作凡爾的安裝深度 。 7) 根據(jù)最后 確定的產(chǎn)量 Q和總氣液比 TGLR, 以 給定的井口壓力為起點 用井筒多相 管流向下計算注氣點以上的油管壓力分布曲線 D。 它可用來 確定啟動凡爾的位置 。 第三章 常規(guī)有桿泵采油 主要內(nèi)容: 抽油裝置及泵的工作原理 抽油機懸點運動規(guī)律及懸點載荷 抽油機平衡、扭矩及功率計算 泵效計算 有桿抽油系統(tǒng)設計 有桿抽油系統(tǒng)工況分析 1.平衡率 :即抽油機驢頭上下行程中電動機電流峰值的小 電流與大電流的比值。 一般規(guī)定,抽油機平衡率不小于 70%即認為抽油

21、機已處 于平衡狀態(tài)。 2.背面沖擊 : 當扭矩曲線出現(xiàn)負值時,說明減速箱的主動 輪變?yōu)閺膭虞?,如果負扭矩值較大,將發(fā)生嚙合面的 “背面 沖擊” 。 “背面沖擊”通常發(fā)生在不平衡或輕載荷的油井上,在懸點 載荷突然發(fā)生很大變化時,也會出現(xiàn)“背面沖擊” 3.等值扭矩 :就是指用一個不變化的恒定扭矩代替變化的 實際扭矩,使其電機的發(fā)熱條件相同,則此恒定扭矩即為 實際變化扭矩的等值扭矩 名詞解釋 4.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。 5.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。 6.泵效 : 在抽油井生產(chǎn)過程中,實際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值

22、。 7.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。 s in s inr b a P MTF p 8.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。 9.抽油機結(jié)構(gòu)不平衡值 : 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 ) 10.沖程損失: 由于抽油桿和油管在交變載荷作用下發(fā)生彈性伸縮,而 引起的深井泵柱塞實際行程與光桿沖程的差值。 11.靜液面( Ls或 Hs): 對應于 油藏壓力。 動液面( Lf或 Hf): 對應于井底壓力流壓。 13.生產(chǎn)壓

23、差: 與靜液面和動液面之差相對應的壓力差。 12.沉沒度 hs: 根據(jù)氣油比和原油進泵壓力損失而定。 14.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。 15.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。 16.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。 17.液擊現(xiàn)象 : 泵充不滿生產(chǎn)時,柱塞與泵內(nèi)液面撞擊引起抽油設備受力 急劇變化的現(xiàn)象。 18.初變形期: 抽油機從上沖程開始到液柱載荷加載完畢。 1.目前油井人工舉升方式的分類;抽油裝置組成及 泵的工作原理 基本理論與分析 人工舉升方式分為: 氣舉采油

24、、有桿泵采油和無桿泵采油三 大類。 其中氣舉采油分為連續(xù)氣舉和間歇氣舉兩類; 有桿泵采油分為抽油機井抽油和地面驅(qū)動螺桿泵采油; 無桿泵采油分為潛油電泵采油、水力活塞泵采油、水力噴 射泵采油和電動潛油螺桿泵采油。 抽油裝置組成: 抽油機 抽油桿 抽油泵 其它附件 上沖程 :抽油桿柱帶著柱塞向上運動, 活塞上的游動閥受管內(nèi)液柱壓力而關(guān)閉。 此時,泵內(nèi)壓力降低, 固定閥在環(huán)形空 間液柱壓力與泵內(nèi)壓力之差的作用下被 打開 。如果油管內(nèi)已充滿液體,在井口 將排出相當于柱塞沖程長度的一段液體。 下沖程 :抽油桿柱帶著柱塞向下運動, 固定閥一開始就關(guān)閉, 泵內(nèi)壓力增高

25、到 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。由于有相當于 沖程長度的一段光桿從井外進入油管, 所以將排出相當于這段光桿體積的液體。 泵的工作原理: A-上沖程 B-下沖程 2.后置式與前置式游梁式抽油機的不同點 運動規(guī)律 不同 后置式上、下沖程的時間基本相等;前置式上沖程較 下沖程慢。 圖 3-2 后置式抽油機結(jié)構(gòu)簡圖 游梁和連桿的 連接位置 不同。 平衡方式 不同 后置式多采用機械平衡;前置式多采用氣動平衡。 圖 3-3 前置式氣動平衡抽油機結(jié)構(gòu)簡圖 A-管式泵 B-桿式泵 管式泵: 外筒和襯套在地面組裝好接在

26、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),由預先 裝在油管預定深度 (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。 3.管式泵與桿式泵的異同點 4、抽油機懸點運動規(guī)律 (1)簡化為簡諧運動時懸點運動規(guī)律 假設條件: r/l0、 r/b0

27、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。 (2) 曲柄滑塊機構(gòu)分析法 假設條件 : 0

28、載荷 : 靜載荷 動載荷 摩擦載荷 靜載荷 抽油桿柱載荷 上沖程:桿柱在空氣中的重量 下沖程:桿柱在液體中的重量 作用在柱塞上的液柱載荷 上沖程:作用在柱塞環(huán)空面積的載荷 下沖程:無 沉沒壓力對懸載的影響 上沖程:減輕懸載 下沖程:無 井口回壓對懸載的影響 上沖程:增加懸載 下沖程:減小抽油桿柱載荷 動載荷 慣性載荷: 與加速度大小成正比,方向相反; 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 抽油桿柱慣載 (上沖程、下沖程都有) 液柱慣載 (上沖程有、下沖程無) 振動載荷 : 抽油桿的自由縱振產(chǎn)生,

29、大小與 抽油桿柱的長度、載荷變化周期及抽油機結(jié)構(gòu) 有關(guān) 摩擦載荷 抽油桿柱與油管間: 上沖程增加懸載;下沖程減小 懸載 柱塞與襯套間: 上沖程增加懸載;下沖程減小懸載 液柱與抽油桿柱間 ( 與抽油桿柱長度、運動速度、液體 粘度有關(guān)) 上沖程無 下沖程減小懸載 液柱與油管間 (與液流速度、液體粘度有關(guān)) 上沖程增加懸載 下沖程無 液體通過游動閥的摩擦力 (與閥結(jié)構(gòu)、液體粘度、液流 速度有關(guān),是造成抽油桿柱下部彎曲的主要原因) 上沖程無 下沖程減小懸載 6、 抽油機平衡 (1)不平衡原因 (2)不平衡造成的后果 上下沖程中懸點載荷不同,造

30、成電動機在上、下沖程中所 做的功不相等。 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; 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。 破壞曲柄旋轉(zhuǎn)速度的 均勻性 ,影響抽油桿和泵正常工作。 (3)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。 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 應該是懸點載荷在上下沖程中所 做功之和的一半。 下沖程: dwmd AAA 上

31、沖程: wumu AAA 平衡條件: mumd AA 2 duw AAA 7、平衡方式 機械平衡 曲柄平衡 :平衡重加在曲柄上,適用于大型抽油機 游梁平衡 :在游梁尾部加平衡塊,適用于小型抽油機 復合平衡 :在游梁尾部和曲柄上都有平衡重,適用于中 型抽油機 氣動平衡 (主要用在前置型抽油機上)多用于大型 抽油機 隨動平衡方式 :平衡塊在懸點的一個沖程中是往復 運動的 二次平衡方式 : 在抽油機后部安裝一個帶小鏈輪的 副曲柄裝置 利用可調(diào)相位角平衡裝置實現(xiàn)抽油機平衡 : 用組合 平衡重來調(diào)節(jié)相位角的平衡方式 8.判斷抽油機的平衡狀況常用的方法 扭矩

32、曲線法 :如果上沖程峰值扭矩大于下沖程峰值 扭矩,則表明上重下輕,平衡不夠,需要增大平衡 扭矩;否則需要減小平衡扭矩。 觀察法 : 觀察驢頭和曲柄的停留位置和運行狀況, 驢頭停在上死點,即曲柄方向向下,則表明平衡塊 偏重, 測時法: 上沖程快,下沖程慢,則說明所加的平衡 塊過重;如果下沖程快,上沖程慢,則說明所加的 平衡塊過輕。但是,測時法不適用于異相平衡或氣 平衡的游梁式抽油機的平衡判斷。 測電流法: 如果測得上沖程電流大于下沖程電流, 則表明平衡重偏輕,否則表明平衡重偏重。 9.扭矩曲線的應用 (1)檢查是否超扭矩及判斷是否發(fā)生 “ 背面沖突 ” (2)判斷及計算平衡

33、 m a xm a x du MM 平衡條件: (3)功率分析 )()( MN 減速箱輸出的瞬時功率 : 2020 2 1)(2 1 dMdNN r 減速箱的平均輸出功率: 電動機輸出的 平均功率: cyj r mo NN 電動機輸入的 平均功率: m mo mi NN (4)效率分析 電機、皮帶傳動、減速箱的效率分析。 10.影響深井泵泵效的因素及提高泵效的措施 影響泵效的因素 (3) 漏失影響 (1) 抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮 S S p 入 (2) 氣體和充不滿的影響 活 液 V V (4) 體積系數(shù)的影響 l B B 1 提高泵效的措施

34、(1)選擇合理的工作方式 選用大沖程、小沖次,減小氣體影響,降低懸點載荷, 特別是稠油的井。 連噴帶抽井選用大沖數(shù)快速抽汲,以增強誘噴作用。 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 12.玻璃鋼桿 玻璃鋼桿 優(yōu)點 (1) 重量輕,可減少設備投資,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

35、) 不能承受軸向壓縮載荷,使用溫度不能超過 93.3 。 (3) 報廢桿不能溶化回收利用。 13.液面位置的測量原理與儀器 11.加重桿的作用 采用 下部加重桿柱 ,既可提高抽油桿剛度和強度,又 可克服活塞下行阻力,以減小彎曲。 14.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.氣體對示功圖的影響 圖 3-30 有氣體影響的示功圖 氣鎖 由于在下沖程末余隙內(nèi)還殘存一定 數(shù)量的溶解氣和壓縮氣 , 上沖程開 始后泵內(nèi)壓力因氣體的膨脹而不能 很快降低 , 使吸入凡爾打開滯后 (點 ), 加載變慢 。 余隙越大 , 殘

36、存的氣量 越多 , 泵口壓力越低 , 則吸入凡爾 打開滯后得越多 , 即線越長 。 下沖程時 , 氣體受壓縮 , 泵內(nèi)壓力 不能迅速提高 , 使排出凡爾滯后打 開 (點 ), 卸載變慢 ()。 泵的余隙越大 , 進入泵內(nèi)的氣量越多 , 則線越長 , 示功圖的 “ 刀把 ” 越明顯 。 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。 液擊現(xiàn)象 : 泵充不滿生產(chǎn)時,柱塞與泵內(nèi)液面撞擊引起抽油設 備受力急劇變化的現(xiàn)象。 圖 3-31 充不滿的示功圖 充不滿的圖形特點 是下沖程中懸 點載荷不能立即減小 , 只有當柱 塞遇到液面時 , 則迅速卸載 。 所 以 ,

37、 卸載線較氣體影響的卸載線 陡而直 。 有時 , 當柱塞碰到液面時 , 因振 動載荷線會出現(xiàn)波浪 。 快速抽汲 時往往因撞擊液面而發(fā)生較大的 沖擊載荷使圖形變形得很厲害 3.排出部分漏失對示功圖的影響 圖 3-32 泵排出部分漏失 上沖程時 , 泵內(nèi)壓力降低 , 柱塞兩端產(chǎn) 生壓差 , 使柱塞上面的液體經(jīng)排出部分 的不嚴密處漏到柱塞下部的工作筒內(nèi) , 漏失速度隨柱塞下面壓力的減小而增大 。 由于漏失到柱塞下面的液體有向上的 “ 頂托 ” 作用 , 所以懸點載荷不能及時 上升到最大值 , 使加載緩慢 。 隨著懸點 運動的加快 , “ 頂托 ” 作用相對減小 , 直到柱塞上行速度大于漏失

38、速度的瞬間 , 懸點載荷達到最大靜載荷 。 當柱塞繼續(xù)上行到 后半沖程 時 , 因活塞 上行速度又逐漸減慢 。 在 柱塞速度小于 漏失速度瞬間 C, 又出現(xiàn)了漏失液體的 “ 頂托 ” 作用 , 使懸點負荷提前卸載 。 到上死點時懸點載荷已降至 C點 。 4.吸入部分漏失對示功圖的影響 圖 3-33 吸入凡爾漏失 下沖程開始 后 , 由于吸 入凡爾漏失使泵內(nèi)壓力 不能及時提高 , 而延緩 了卸載過程 。 同時 , 也 使排出凡爾不能及時打 開 。 當柱塞速度大于漏 失速度后 , 泵內(nèi)壓力提 高到大于液柱壓力 , 將 排出凡爾打開而卸去液 柱載荷 。 下沖程后半沖程 中因 柱 塞速度減小

39、 , 當小于漏 失速度 時 , 泵內(nèi)壓力降 低使排出凡爾提前關(guān)閉 (A點 ), 懸點提前加載 。 到達下死點時 , 懸點載 荷已增加到 A。 1.電動潛油離心泵采油裝置的組成與工作原理、特點與適用范圍 2.水力活塞泵采油裝置的組成與工作原理、分類、特點與適用范圍 3.射流泵采油裝置的組成與工作原理、特點與適用范圍 第四章 無桿泵采油 環(huán)空過流面積越小,油井產(chǎn)出流體流過該面積的速度就越高。流 體的壓力隨其流速增加而下降,在高流速下壓力將下降到流體的 蒸汽壓,導致蒸汽穴的形成,該過程稱之為 氣蝕 。 4.射流泵的氣蝕: 氣蝕 節(jié)流作用 氣蝕損害 極限環(huán)空過流面積 什么是螺桿泵

40、? 螺桿泵又叫漸進式容積泵,由定子和 轉(zhuǎn)子組成,兩者的螺旋狀過盈配合形成連續(xù)密封的腔體, 通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)對介質(zhì)的傳輸。 井下單螺桿泵由哪幾部分組成? 井下單螺桿泵由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子由鋼制外套 和橡膠襯套組成,定子內(nèi)表面呈雙螺旋曲面,與轉(zhuǎn)子外 表面相配合。轉(zhuǎn)子由合金鋼的棒料經(jīng)過精車、鍍鉻并拋 光加工而成。轉(zhuǎn)子有空心轉(zhuǎn)子和實心轉(zhuǎn)子兩種 。 地面驅(qū)動井下單螺桿泵采油系統(tǒng) 地面驅(qū)動螺桿泵采油 一般適 用于井深 1000m左右的直井 。 由螺桿泵 、 抽油桿柱 、 抽油 桿柱扶正器及地面驅(qū)動系統(tǒng)等組 成 。 工作原理: 地面動力帶動抽油桿

41、柱旋轉(zhuǎn) , 使螺桿泵轉(zhuǎn)子隨之一起轉(zhuǎn)動 , 油 井產(chǎn)出液經(jīng)螺桿泵下部吸入 , 由 上端排出 , 并沿油管柱向上流動 。 地面驅(qū)動部分 地面驅(qū)動裝置是螺桿泵采 油系統(tǒng)的主要地面設備 , 是把 動力傳遞給井下泵轉(zhuǎn)子 , 使轉(zhuǎn) 子實現(xiàn)行星運動 , 實現(xiàn)抽汲原 油的機械裝置 。 從傳動形式上 分 , 有液壓傳動和機械傳動; 從變速形式上分 , 有無級調(diào)速 和有級調(diào)速 。 螺桿泵驅(qū)動裝置的 機械驅(qū)動裝置 液壓驅(qū)動裝置 (一)螺桿泵地面驅(qū)動裝置的種類、組成及工作原理 電潛螺桿泵采油系統(tǒng)的組成及工作原理 中間部分 井 下 部 分 地面部分 自動控制臺、自 藕變壓器及輔助 設備 (電纜

42、滾筒、 導向輪、井口支 座和掛墊等 )組 成 潛油電纜和 油管組成 扶正器、四極潛油電機、電機保護 器、齒輪減速器、減速器保護器、 雙萬向節(jié)、吸入口、螺桿泵、單流 閥、泄油閥。 電潛螺桿泵工作原理 地面電網(wǎng)電源 通過 變壓器 、 控制柜 、 接線盒 連 接后,利用 井下電纜 將地面電力輸送到 井下潛油 電動機 ,當井底電機接通電源后,電機旋轉(zhuǎn)經(jīng)過 減速器和聯(lián)軸節(jié) 驅(qū)動 螺桿泵 在低速下 轉(zhuǎn)動 , 井液 經(jīng)過螺桿泵增壓 后,通過油管 舉升到地面 ,輸送 到計量站。 電潛螺桿泵機組是將 潛油電動機 、 減速器 、 保護器 、 聯(lián)軸節(jié) (帶泵吸入口 )、與 螺桿泵 組合在一起,下入

43、井內(nèi), 螺桿泵與油管、地面管線連接。 第四章 注 水 (1) 水源、水質(zhì)及注水系統(tǒng) 主要內(nèi)容: (2) 注水井吸水能力分析 (3) 分層注水技術(shù) (4) 注水指示曲線分析與應用 (5) 注水井調(diào)剖技術(shù) 1.注水井指示曲線: 穩(wěn)定流動條件下,注入壓力與注水量之間的關(guān)系曲線。 2.吸水指數(shù): 單位注水壓差下的日注水量。 3.比吸水指數(shù)或每米吸水指數(shù): 地層吸水指數(shù)除以地層有效厚度所得的數(shù)值。 4.視吸水指數(shù): 日注水量除以井口壓力 名詞解釋 5.配注誤差 %100 設計配注量 實際注水量設計配注量配注誤差 配注誤差為“ 正 ”說明未達到注入量,稱 欠注 配注誤

44、差為“ 負 ”則說明注入量超過配注量,稱 超 注 6.相對吸水量: 在同一注入壓力下,某一層吸水量占全井吸水量的百分數(shù) 7.分層注水指示曲線: 注水層段注入壓力與注入量的相關(guān)曲線 8.吸水剖面: 一定注入壓力下各層段的注入量 (吸水量 )的分布。 9.注水井調(diào)剖 為了調(diào)整注水井的吸水剖面,提高注入水的波及系數(shù),改 善水驅(qū)效果,向地層中的高滲透層注入化學藥劑,藥劑凝 固或膨脹后,降低油層的滲透率,迫使注入水增加對低含 水部位的驅(qū)油作用的工藝措施。 1. 水質(zhì)處理措施 基本理論與分析 ( 1)沉淀 懸浮的固體顆粒借自身的重力而沉淀下來。 ( 2)過濾 清除懸浮物和細小顆粒

45、。 重力式濾池 :濾池中的水面與大氣接觸,利用濾池與底部水 管出口,或水管相連的清水池水位標高差進行過濾。 壓力濾罐 :濾池完全密封,水在一定壓力下通過濾池。 ( 3)殺菌 細菌和藻類 ( 4) 脫氧 除去水中的氧氣、碳酸氣和硫化氫氣體。 ( 5)曝曬 ( 6)除油 處理過飽和碳酸鹽。 2.注水系統(tǒng) : 是指從水源至注水井的全套設備和流程,包括水源泵站、 水處理站、注水站、配水間和注水井。 3.投注程序 : 注水井從完鉆到正常注水之間所需進行的工作。它包括 排 液 、 洗井 、 預處理 、 試注 、 正常注水 等幾個方面。 4.影響吸水能力的因素及提高吸水能力

46、的措施 影響吸水 能力的因 素 (1) 與注水井井下作業(yè)及注水井管理操作等有關(guān)的因素 (2) 與水質(zhì)有關(guān)的因素 (3) 組成油層的粘土礦物遇水后發(fā)生膨脹 (4) 注水井地層壓力上升 改善吸水能力的措施 (1) 加強注水井日常管理 (2) 壓裂增注 普通壓裂: 分層壓裂: 吸水指數(shù)低,注水壓力高的低滲地層和嚴 重污染地層 油層較厚、層內(nèi)巖性差異大或多油層層間 差異大 (3) 酸化增注 解除井底堵塞物 提高中低滲透層的絕對滲透率 無機物堵塞 有機堵塞物 鹽酸或土酸處理 藻類和細菌 殺菌與酸化聯(lián)合進行 (4) 粘土防膨 5.分層吸水能力測試方法 測定注水井的吸水剖

47、面: 用各層的 相對吸水量 來表示分層吸水能 力的大小。 直接進行分層測試: 用分層測試整理分層指示曲 線,求出分層 吸水指數(shù) 來表 示分層吸水能力的好壞。 圖 5-9 載體法測吸水剖面曲線 %100= 全井總異常面積 小層異常面積相對吸水量 (1) 放射性同位素載體法測吸水剖面 (2) 投球法分層測試 圖 5-10 投球測試管柱示意圖 (1 測全井指示曲線 (2 測分層指示曲線 (3 資料整理 第 層段注水量 =投最后一個球后測得的注水量 第 層段注水量 =(投第一個球后的注水量 ) (投第二個球后的注水量 ) 第 層段注水量 =(全井注水量 ) (投第一個球后

48、的注水量 ) 6.注水指示曲線的分析和應用 注入量, m 3 /d 圖 6 - 2 2 曲線平行下移,吸水能 力未變,油層壓力下降 注 入 壓 力 ( M P a ) 圖 5-22 曲線平行下移、 吸水能力不變 注入量, m 3 /d B 圖 6- 18 嘴后有回壓出現(xiàn)汽穴時的嘴損曲線 注 入 壓 力 ( MP a ) 注入量, m 3 /d 圖 6 - 1 9 曲線右移,斜率變 小,吸水能力增強 注 入 壓 力 ( MP a ) P c r Q c r A 嘴后有回壓 P2 P1 Q 1 Q 2 Q 1 Q 2 圖 5-19 曲線右移、斜率 變小, 吸水能

49、力增強 注入量, m 3 /d 圖 6- 20 曲線左移,斜率變大, 吸水能力下降 注 入 壓 力 ( M P a ) 注入量, m 3 /d 圖 6- 21 曲線平行上移,吸水能力 未變,油層壓力升高 注 入 壓 力 ( M P a ) 圖 5-20 曲線左移、斜 率變大,吸水能力下 降 注入量, m 3 /d 圖 6- 20 曲線左移,斜率變大, 吸水能力下降 注 入 壓 力 ( M P a ) 注入量, m 3 /d 圖 6- 21 曲線平行上移,吸水能力 未變,油層壓力升高 注 入 壓 力 ( M P a ) 圖 5-21 曲線平行上移、 吸

50、 水能力不變 7.調(diào)剖方法 (1) 單液法 : 向油層注入一種液體,液體進入油層后,依靠自身發(fā) 生反應,隨后變成的物質(zhì)可封堵高滲透層,降低滲透 率,實現(xiàn)堵水。 常用堵劑 石灰乳 硅酸溶膠 鉻凍膠 硫酸 水包稠油 (2) 雙液法 向油層注入由隔離液隔開的兩種可反應(或作用)的 液體。當將這兩種液體向油層內(nèi)部推至一定距離后,隔離 液將變薄至不起隔離作用,兩種液體就可發(fā)生反應(或作 用),產(chǎn)生封堵地層的物質(zhì),達到封堵高滲透層的目的。 常用堵劑 沉淀型堵劑 凝膠型堵劑 凍膠型堵劑 膠體分散體型堵劑 第六章 水力壓裂技術(shù) 主要內(nèi)容: (4) 壓裂設計 (

51、1) 造縫機理 (2) 壓裂液 (3) 支撐劑 1.填砂裂縫的導流能力: 在油層條件下,填砂裂縫滲透率與裂縫寬度的乘積, 常用 FRCD表示,導流能力也稱為導流率。 2.裂縫內(nèi)的砂濃度 (裂縫內(nèi)砂比 ):是指單位體積裂縫內(nèi)所 含支撐劑的質(zhì)量。 3.裂縫閉合后的砂濃度 (鋪砂濃度 ):指單位面積裂縫上所 鋪的支撐劑質(zhì)量。 4.地面砂比 :單位體積混砂液中所含的支撐劑質(zhì)量。 或支撐劑體積與壓裂液體積之比。 名詞解釋 5.平衡狀態(tài) : 當液體的流速逐漸達到使顆粒處于懸浮狀態(tài)的 能力時,顆粒處于停止沉降的狀態(tài)。 6.平衡流速: 平衡時的流速,也即攜帶顆粒最小的流速。 1、

52、水力壓裂技術(shù) 用壓力將地層壓開一條或幾條水平的或垂直的裂縫,并 用支撐劑將裂縫支撐起來,減小油、氣、水的流動阻力,溝 通油、氣、水的流動通道,從而達到增產(chǎn)增注的效果。 (1) 水力壓裂的工藝過程: 憋壓 造逢 裂縫延伸 充填支撐劑 裂縫閉合 (2 降低了井底附近地層中流體的滲流阻力 (2)水力壓裂增產(chǎn)增注的原理 : (1 改變流體的滲流狀態(tài) : 徑向流變單向流 基本理論與分析 (3)壓裂方法對比 爆炸壓裂 : 用炸藥 , 它的增壓速度極快 (微秒級 ), 氣體 生成量較少 , 地層裂隙來不及擴張和延伸 , 大部分能量消 耗在井壁巖石的破碎上 , 井眼內(nèi)殘留的應力場可能

53、完全閉 塞所產(chǎn)生的裂縫 。 水力壓裂 : 用壓裂液, 產(chǎn)生的裂縫受地層的地應力控制, 一般僅有一個方向; 高能氣體壓裂 : 利用火藥或火箭推進劑燃燒產(chǎn)生的高溫、 高壓氣體處理油層,產(chǎn)生和保持多條、多方位的徑向裂縫。 2.造縫條件(垂直縫、水平縫) ht ( 1)形成垂直裂縫的條件 當井壁上存在的周向應力達到井壁巖石的 水平方向的抗 拉強度 時,巖石將在 垂直于水平應力 的方向上產(chǎn)生脆性破裂, 即在與周向應力相垂直的方向上產(chǎn)生垂直裂縫。 造縫條件為: (2)形成水平裂縫的條件 當井壁上存在的垂向應力達到井壁巖石的 垂向的抗張強 度 時,巖石將在 垂直于垂向應力 的方向

54、上產(chǎn)生脆性破裂,即 在與垂向應力相垂直的方向上產(chǎn)生水平裂縫。 造縫條件為: vtZ 3.壓裂液任務 (前置液、攜砂液、頂替液的作用 ) 破裂地層、造縫、降溫作用 。一般用未交聯(lián) 的溶膠。 攜帶支撐劑、充填裂縫、造縫及冷卻地層作 用 。必須使用交聯(lián)的壓裂液 (如凍膠等 )。 末尾頂替液: 替液入縫 , 提高攜砂液效率和 防止井筒沉砂 。 前置液 攜砂液 頂替液 中間頂替液: 攜砂液、防砂卡 ; 4.壓裂液的性能要求 基本理論與分析 濾失少: 懸砂能力強: 摩阻低: 穩(wěn)定性好: 配伍性好: 低殘渣: 貨源廣、便于配制、價錢便宜。 取決于它的粘度

55、與造壁性 取決于粘度 摩阻愈小,用于造縫的有效功率愈大 熱穩(wěn)定性和抗機械剪切穩(wěn)定性 不應引起粘土膨脹或產(chǎn)生沉淀而堵塞油層 以免降低油氣層和填砂裂縫的滲透率 減少壓裂液的損害 造長縫、寬縫 易返排: 5.壓裂液類型 水基壓裂液: 油基壓裂液: 泡沫壓裂液: 用水溶脹性聚合物 (稱為成膠劑 )經(jīng)交鏈劑 交鏈后形成的凍膠。施工結(jié)束后,為了使 凍膠破膠還需要加入破膠劑。 不適用于 水 敏性地層。 多用稠化油,遇地層水后自動破膠。 缺點 是懸砂能力差、性能達不到要求、價格昂 貴、施工困難和易燃等。 基液多用淡水、鹽水、聚合物水溶液;氣 相為二氧化碳、氮氣、天然氣;發(fā)

56、泡劑用 非離子型活性劑。 特點 是易于返排、濾失 少以及摩阻低等。 缺點 是砂比不能過高、 井深不能過大。 6.壓裂液的濾失性 (受三種機理控制 ) 2/1 3104.5 f PKC 壓裂液的粘度、 (1)受壓裂液粘度控制的濾失系數(shù) C 當 壓裂液粘度大大超過油藏流體的粘度 時,壓裂液的濾 失速度主要取決于壓裂液的粘度,由達西方程可以導出濾失 系數(shù)為: 油藏巖石和流體的壓縮性、 壓裂液的造壁性 (2)受儲層巖石和流體壓縮性控制的濾失系數(shù) C 當壓裂液粘度接近于油藏流體粘度時 ,控制壓裂液濾失 的是儲層巖石和流體的壓縮性。根據(jù)體積平衡方程可得到表 達式:

57、2/1 3103.4 f fKCPC ( 3)具有造壁性壓裂液濾失系數(shù) C A mC 005.0 造壁液體的濾失系數(shù) 具有固體顆粒及添加有防濾失劑的壓裂液 ,濾失速度將受造 壁性控制。 支撐劑的性能要求 (1)粒徑均勻,密度小; (2)強度大,破碎率小 (3)園度和球度高 (4)雜質(zhì)含量少 (5)來源廣,價廉 閉合壓力 7.支撐劑的類型 按其力學性質(zhì)分為兩大類: 脆性支撐劑 如石英砂、玻璃球等 特點 是硬度大,變形小,在高閉合壓力下易破碎 韌性支撐劑 如核桃殼、鋁球等 特點 是變形大,承壓面積大,在高閉合壓力下不易破碎 目前礦場上常用的支撐劑有

58、兩種:一是 天然砂 ;二是 人造支撐劑 (陶粒)。 8、支撐劑在裂縫內(nèi)的分布 支撐劑在裂縫內(nèi)的分布規(guī)律隨 裂縫類型 (水平、 垂直縫 ) 和 攜砂液性能 而異。 (1)全懸浮型支撐劑分布 在忽略裂縫內(nèi)流動阻力的情況下,可以認為裂縫內(nèi) 的 FRCD從縫端到井底是線性增加的,因而要求砂濃度呈 線性增加。 支撐面積很大, 能最大限度地將壓開的面積全部支撐起來。 全懸浮型支撐劑分布特點: 適合于低滲透率地層,不需要很高的填砂裂縫導流能力就能 有很好的增產(chǎn)效果。 (2)沉降型支撐劑分布 由于剪切和溫度等降解作用 ,攜砂性能并不能達到全懸浮 部分支撐劑隨攜砂液一起向縫端運動,部分

59、可能沉降下來。 支撐劑沉降速度、砂堤堆起高度等都與裂縫參數(shù)有關(guān)。 進入裂縫的固體顆粒主要受到 水平方向液體攜帶力、 垂直向下重力 以及 向上浮力 的作用。 顆粒相對于攜帶液有沉降運動 粘滯阻力作用 支撐劑在縫高度上的分布 注入濃度 圖 6-10 顆粒在縫高上的濃度分布 沉降下來的的砂堤, 在平衡狀態(tài)下砂堤的 高度為平衡高度 砂堤面上的顆粒滾流區(qū) 懸浮區(qū),顆粒分布不 均勻,存在濃度梯度 無砂區(qū) 增加地面排量 、 與 區(qū)均將 變薄 , 區(qū)則 變厚 流速足夠大 區(qū)可能 完全消失 再增加排量 濃度梯度剖面 消失 ,成為 均質(zhì)的懸浮流 9、支撐劑

60、的選擇 支撐劑的選擇 主要是指選擇其 類型和粒徑。 選擇的目的 是為了達到一定的 裂縫導流能力。 對 低滲 地層,水力壓裂應以增加 裂縫長度 為主。 對 中高滲 地層,水力壓裂應以增加 裂縫導流能力 為主。 影響支撐劑選擇的因素 : 1)支撐劑的強度 2)粒徑及其分布 3)支撐劑類型與鋪砂濃度 4) 其它因素 如支撐劑的質(zhì)量 、 密度以及顆粒園球度等 研究 表明 10、影響壓裂井增產(chǎn)幅度的因素 油層特性 裂縫幾何參數(shù) 指壓裂層的滲透率、孔隙度、流體物性、油 層能量、含油豐度和泄油面積等 指填砂裂縫的長、寬、高和導流能力 麥克奎爾與西克拉用 電模型 研究了 垂直

61、裂縫條件 下增產(chǎn) 倍數(shù)與裂縫幾何尺寸和導流能力的關(guān)系。 假設:擬穩(wěn)定流動;定產(chǎn)或定壓生產(chǎn);正方形泄油面積; 外邊界封閉;可壓縮流體;裂縫穿過整個產(chǎn)層。 圖 6-12 麥克奎西克拉垂直裂縫增產(chǎn)倍數(shù)曲線 相對導流能力 無因次增產(chǎn)倍數(shù) 裂縫導流能力愈高,增產(chǎn)倍數(shù)也愈高;造縫愈長,倍數(shù)也愈高 左邊 要提高增產(chǎn)倍數(shù),則應以增加 裂縫導流能力 為主 右邊 曲線趨于平緩,增產(chǎn)主要靠 增加縫的長度 低滲油藏 增加裂縫長度比增加裂縫導流能力對增產(chǎn)更有利 高滲油藏 應以增加導流能力為主 對一定的裂縫長度,存在一個最佳的裂縫導流能力 11、裂縫幾何參數(shù)計算模型 二維 (PKN、 KGD)、擬三

62、維 (P3D)和真三維模型 主要差別 是裂縫的擴展和裂縫內(nèi)的流體流動方式不同: 二維模型假設 裂縫高度 是 常數(shù) ,即流體僅沿縫長方向 流動。 真三維模型認為 縫高沿縫長方向是變化 的,在 縫長、 縫高方向均有流動 (即存在壓力降 )。 擬三維模型認為 縫高沿縫長方向是變化 的,但裂縫 內(nèi)仍是 一維流動 (縫長 )。 第七章 酸處理技術(shù) 主要內(nèi)容: 1、碳酸鹽巖地層鹽酸處理 2、酸化壓裂技術(shù) 3、砂巖油氣層的土酸處理 4、酸液及添加劑 5、酸處理工藝 1.酸巖反應速度 指單位時間內(nèi)酸濃度降低值或單位時間內(nèi)巖石單位反應面積的 溶蝕量。 2.H+的傳質(zhì)速度 H+

63、透過邊界層達到巖面的速度。 3.面容比 巖石反應表面積與酸液體積之比 4.殘酸 當酸濃度降低到一定濃度時,酸液基本上失去溶蝕能力。 名詞解釋 7.土酸 10 15 的 HCl及 3 8 的 HF混合成的 酸 8.逆土酸 氫氟酸濃度超過鹽酸濃度 (如 6 HF+3 HCl)。 5.活性酸的有效作用距離 酸液由活性酸變?yōu)闅埶嶂八鹘?jīng)裂縫的距離。 6.裂縫的有效長度 活性酸的有效作用距離內(nèi)仍具有相當導流能力的裂縫長度。 1.酸化原理: 通過酸液對巖石膠結(jié)物或地層孔隙 (裂縫 )內(nèi)堵塞物 等 的溶解和溶蝕作用,恢復或提高地層孔隙和裂縫的滲透性。 酸

64、 洗 基質(zhì)酸化 壓裂酸化 將少量酸液注入井筒內(nèi), 清 除井筒孔眼中酸溶 性顆粒和鉆屑及結(jié)垢等,并疏通射孔孔眼。 在低于巖石破裂壓力下將酸注入地層,依靠酸 液的溶蝕作用恢復或提高井筒附近較大范圍內(nèi) 油層的滲透性。 在高于巖石破裂壓力下將酸注入地層,在地層 內(nèi)形成裂縫,通過酸液對裂縫壁面物質(zhì)的不均 勻溶蝕形成高導流能力的裂縫。 基本理論與分析 2.碳酸鹽巖地層的鹽酸處理 碳酸鹽巖地層主要成分:方解石和白云石 目的: 解除孔隙、裂縫中的堵塞物質(zhì),或擴大溝通油氣巖層 原有的孔隙和裂縫,提高油氣層的滲流性 影響反應速度因素 : H+傳質(zhì)速度、 H+反應速度和生成物離開巖面速度

65、 3.影響酸巖復相反應速度的因素 (1)面容比 面容比越大,反應速度也越快 (2)酸液的流速 酸液流動速度增加,反應速度加快 (3)酸液的類型 強酸反應速度快,弱酸反應速度慢 (4)鹽酸的質(zhì)量分數(shù) 圖 7-3 鹽酸質(zhì)量分數(shù)對反應 速度的影響 鹽酸濃度增加,反應速度增加 24 25 鹽酸濃度增加,反應速度反而降低 相同濃度條件下,初始濃度 越大 ,余 酸的反應速度 越慢 ,因此濃酸的 反應 時間長 , 有效作用范圍越大 (5)溫度 溫度升高, H+熱運動加劇,傳質(zhì)速 度加快,酸巖反應速度加快 圖 7-4 溫度對反應速度的影響 (6)壓力 壓力增加,反應速度減慢

66、 圖 7-5 壓力對反應速度的影響 (7)其它因素 巖石的化學組分、物理化學 性質(zhì)、酸液粘度等 提高酸化效果的措施 : 降低面容比,提高酸液流速,使用稠化鹽酸、高濃度鹽酸和 多組分酸,以及降低井底溫度等。 4.酸化壓裂的作用原理 酸化壓裂: 用酸液作為壓裂液,不加支撐劑的壓裂。 作用原理 : (1) 靠水力作用形成裂縫; (2) 靠酸液的溶蝕作用把裂縫的壁面溶蝕成凹 凸不平的表面,停泵卸壓后,裂縫壁面不能完 全閉合,具有較高的導流能力,可達到提高地 層滲透性的目的。 5、酸液的濾失 濾失主要受 酸液的粘度 控制, 壓裂液的濾失系數(shù) CI公式 控制酸液的濾失常用的方法和措施 (1)固相防濾失劑 硅粉: 添滿或橋塞酸蝕孔道和天然裂縫。 刺梧桐膠質(zhì): 在酸中膨脹并形成鼓起的小顆粒,在裂縫壁面形成 橋塞,阻止酸蝕孔道的發(fā)展,降低濾失面積。 粒徑大小不等的油溶樹脂: 大顆粒橋塞大的孔隙;親油的樹脂 形成更小的顆粒,變形后堵塞大顆粒的孔隙,從而有效地降低 酸液的濾失。 (2)前置液酸壓 (3)膠化酸 (4)乳化酸和泡沫酸 6.增加酸液有效作用距離的方法或措施

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