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,采油装备工业实训,教学安排计划1、第1章 采油装备概述（3小时）2、参观（1小时）3、第2章 有杆采油装备（9小时）4、第3章 无杆采油装备（7小时）5、第4章 注水设备（4小时）6、第5章 压裂酸化设备（4小时）7、第6章 修井设备（3小时）8、第7章 修井工具（4小时）9、两次实训（8小时）10、考试（2小时）联系方式：办公室电话：8391512 手机：,成绩评定方法,1、理论考试的范围 老师上课讲的内容。2、成绩的测算 平时表现（30分），实训成绩（30分），理论成 绩（40分）。,第1章 采油装备概述,1.1 采油工程技术简介 采油工程技术的定义：为了通过井筒这一流动通道，将原油经济有效地开采到地面，对油藏采取的一系列工程技术措施的总称称为采油工程技术。采油工程技术包括：自喷采油技术、人工举升采油技术、注水、压裂、酸化和修井等技术。自喷井采油技术与装备1、自喷井的四个流动过程1）原油从油层流到井底的流动过程又称油层渗流。油层渗流压力损耗约占油层至井口分离器总压力损耗的1040。2）从井底沿着井筒上升到井口的流动过程又称垂直管流。约占总压力损耗的4060。3）原油到井口之后通过油嘴的流动过程又称油嘴节流。约占总压力损耗的520。4）沿地面管线流到分离器、计量站的过程又称水平管流。压力损耗较小，约占总压力损耗的510。,图1-1 自喷井生产的四个流动过程示意图,2、自喷采油技术装备 自喷采油技术的装备主要指井口装置和地面流程设备。1）井口装置（1）套管头：放置在整套井口装置的最下端，作用是连接井内各层套管并密封套管间的环形空间。（2）油管头：装在套管头的上面，它包括油管悬挂器和套管四通。油管悬挂器的作用是悬挂油管管柱、密封油管和油层套管间的环形空间；套管四通的作用是进行正反循环洗井，以及通过油套管环形空间进行提高产量的各项作业，观察套管压力。（3）采油树：是指油管头以上的部分，即总闸门以上的部分。它的作用是控制和调节自喷井生产，引导从井中喷出的油气进入出油管线。2）地面流程设备 包括对油井产物和井口设备加热保温的加热炉，油气分离器、高压离心泵、清蜡设备以及地面管线等。,图1-2 自喷井井口装置示意图,1.1.2 人工举升采油技术与装备 人工举升采油技术又称机械采油，包括：有杆泵采油、无杆泵采油、气举采油和提捞采油等。1、有杆泵采油与装备 有杆泵采油工艺是利用抽油杆将地面动力传递到井下泵完成抽油的人工举升工艺技术。有杆泵采油系统分为常规有杆泵采油和地面驱动螺杆泵采油两大类，两者都是用抽油杆将地面动力传递给井下泵的。1）常规有杆泵采油 设备包括三部分即地面部分游梁式、链条式或液压式抽油机；井下部分抽油泵，又称深井泵；抽油机与抽油泵的连接部分抽油杆，习惯上将抽油机、抽油泵和抽油杆三部分称作“三抽设备”。工作过程：电机通过减速器、曲柄连杆机构和游梁等，将高速旋转运动变为抽油机驴头的低速上下往复运动；并通过抽油杆带动柱塞，在深井泵中上下往复运动，实现抽油。,图1-3 常规有杆泵采油系统示意图1固定阀；2柱塞；3油管；4抽油杆；5套管；6套管三通；7法兰盘；8油管三通；9光杆密封盒；10套管闸门；11套压表；12回压闸门；13油压表；14生产闸门；15悬绳器；16驴头；17支架轴；18连杆；19曲柄；20减速器；21电动机,2）地面驱动螺杆泵采油 工作过程：动力设备带动驱动头和抽油杆柱旋转，使螺杆泵转子随之一起转动，原油经螺杆泵下端吸入，由上端排出，实现增压，并沿油管柱向上流动。2、无杆泵采油与装备 目前，国内外应用比较成熟的无杆泵采油方法有潜油电泵采油、水力活塞泵采油和水力射流泵采油三种。1）潜油电泵采油 潜油电泵采油全称为电动潜油离心泵采油，又称电潜泵采油，它是将电动机和潜油电泵一起下入油井液面以下进行抽油的举升设备。潜油电泵机组由三部分组成即井下部分、地面部分和连接井下与地面的中间部分，如图1-5所示。工作过程：地面电源通过变压器、控制屏和电缆将电流从地面送到井下的潜油电机中，使潜油电机带动潜油电泵的叶轮高速旋转，充满叶轮内的液体在离心力的作用下从叶轮中心沿着叶片的流道被甩向叶轮的四周，使压力和速度同时增加，经过电泵导壳的流道被引向下一级的叶轮，这样流过所有的叶轮和导壳，液体的压能不断累积叠加，就可获得一定压力，将井下液体举升到地面。,图1-4地面驱动螺杆泵采油系统示意图1电控箱2电机3皮带4方卡子5光杆6减速器7螺杆泵井口8抽油杆9抽油杆扶正器10油管扶正器11油管12螺杆泵13套管14定位销15防脱装置16筛管,图1-5 典型潜油电泵采油系统示意图1潜油电机2电机保护器3气液分离器4潜油电泵5小扁电缆6电缆接头7圆电缆8单流阀9泄油阀10井口11变压器12控制屏13油管14套管,2）水力活塞泵采油 水力活塞泵是一种液压传动的无杆抽油设备，如图1-6所示。水力活塞泵采油的工作过程是：利用三缸高压泵将动力液（水或油）从地面动力液罐经控制管汇、井口装置泵入井内，进入水力活塞泵中，水力活塞泵由两个往复式柱塞组成，其中一个柱塞被动力液驱动带动另一个柱塞抽汲原油将井内液体举升到地面。3）水力射流泵采油 水力射流泵简称射流泵，是一种特殊的水力泵，它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产液的无杆水力采油装置。射流泵采油系统与水力活塞泵采油系统的组成相似，由动力液罐、高压地面泵、控制管汇和井下射流泵组成，射流泵和水力活塞泵的井下总成可以互换使用。射流泵的主要特点之一是没有运动部件，它的工作部件是喷嘴、喉管和扩散管。工作过程：高压动力液从地面进入射流泵后，通过喷嘴将动力液的高压势能转变为高速动能；在喉管内，高速动力液与低速原油混合，进行动量交换；通过扩散管将动能转变为静压能，把混合物采到地面。,图1-6 水力活塞泵采油系统示意图1高压控制管汇2三缸泵3发动机4动力液罐；5井口装置6井下泵工作筒7水力活塞泵,3、气举采油 气举采油从油管与套管的环形空间，通过装在油管上的气举阀将天然气连续不断地注入油管内，使油管内的液体与注入的高压天然气混合，降低液柱的密度，减少液柱对井底的回压，从而使油层与井底之间形成足够的生产压差，使油层内的原油不断地流入井底，并被举升到地面上。气举采油的主要工艺流程如图1-7所示。其中气举阀在生产系统中占有至关重要的位置，关系到气举井生产的成败，一般要在油管管柱上安装56个气举阀，这些气举阀从井下一定的深度开始，每隔一段距离安装一个。4、提捞采油提捞采油有三种方式：1）用钢丝绳将打捞筒下入套管中，一筒一筒地向井口提油；2）用钢丝绳将捞油泵下入套管中，抽吸液体，再提到地面；3）将前述两者接合，从井下捞油。提捞泵的工作过程：钢丝绳下端连接提捞泵，在重力作用下，沿井筒下行。进入液面以后，单流阀在井液的推力下打开，提捞泵继续下行；途经井段的井液就流经提捞泵内腔，位于提捞泵的上方，当提捞泵到达预定深度后，停止下放并上提，则提捞泵的单流阀在自重和其上液柱的压力下关闭。由于提捞泵的外周有与井筒过盈接触的密封件，密封件在泵上液柱的压力下更紧密地与井筒相贴，液体不能通过，因此泵上液柱就与提捞泵一起上升，直至井口，进入集油管线，完成一次捞油过程。,图1-7 气举井流程示意图,1.1.3 油田注水1、注水井投注程序 注水井完钻后，一般要经过排液、洗井和试注之后才能转入正常注水。1）排液 排液的目的在于清除近井地带油层内的堵塞物，在井底附近造成适当的低压带，为注水创造有利条件。2）洗井 注水井在排液之后还需要进行洗井。洗井的目的是把井筒内的腐蚀物、杂质等污物冲洗出来，避免油层被污物堵塞，影响注水。3）试注 试注的目的在于确定能否将水注入油层并获得油层吸水启动压力和吸水指数等，以便根据配注水量选定注水压力。因此，在试注时要进行水井测试，求出注水压力和地层吸水能力。4）转注 注水井通过排液、洗井、试注，取全、取准试注资料并绘制出注水井指数曲线后，就可以转入正常注水了。2、注水流程 注水前必须找好水源，并对水质进行净化处理，使之达到注入水的要求。净化后的水通过注水管网进入注水站，由高压泵增压后输送到各配水间，再分配到各注水井。从地下采出的污水也要经过污水处理站进行再处理，然后回注地层。,1.1.4 油层压裂和酸化1、油层压裂 油层压裂是利用地面高压泵，通过井筒向油层挤注具有较高粘度的压裂液。当注入压裂液的速度超过油层的吸收能力时，则在井底形成很高的压力，当该压力超过井壁附近油层岩石的破裂压力时，油层就被压开并产生裂缝。这时，继续不停地向油层挤注压裂液，裂缝就会继续向油层内部延伸。为了保持压开的裂缝处于张开状态，接着向油层挤入带有支撑剂的携砂液，一般是石英砂。携砂液进入裂缝后，一方面可以使裂缝继续向前延伸，另一方面可以支撑已经压开的裂缝，使其不闭合。再接着注入顶替液，将井筒的携砂液全部顶替进入裂缝。最后，注入的高粘度压裂液会自动降解排出井筒之外，在油层中留下一条或多条长、宽、高不等的裂缝，使油层与井筒之间建立起一条新的流体通道。油层压裂示意图如图1-8所示。油层压裂之后，油井的产量一般会大幅度增长。2、酸化 酸化是利用地面高压泵将酸液通过井筒挤入油层，使酸液与油层的孔隙发生化学溶蚀作用，以扩大油流通道，提高油层的渗透率，或者依靠酸液溶解井壁附近的堵塞物，如泥浆、泥饼及其它沉淀物质，以提高油井的产量。,图1-8 油层压裂示意图,1.1.5 修井 油气井在长期生产过程中，由于各种原因会发生很多故障，导致油气井停产、减产。为了解除油气井的故障，恢复生产能力，并对油层进行改造，提高油气井的生产能力，保持长期的稳产高产，以取得更大的经济效益，必须对油气井进行经常的、反复的维护修理。我们把对油气井进行解除故障、恢复生产、提高生产能力的工作称为修井。修井工作是开发好地下资源，获得大量的油、气资源的重要手段。它能使停产井恢复正常生产，从而使工作井的数量得到保证，这是完成和超额完成采油生产计划的决定性条件之一。,1.2 三抽设备的发展及展望1.2.1 抽油机的发展及展望1、抽油机的发展现状 根据研发时间的先后，可将抽油机分为三个发展阶段。第一代是以游梁和曲柄为主要结构的游梁式抽油机，包括常规型、异型、退化游梁型和斜直井型抽油机等。这类抽油机可调范围大、能适应野外恶劣的工作环境，但由于游梁式抽油机用四连杆机构将电机的旋转运转换为直线往复运动，存在系统能量传递环节多，损失高的缺点。第二代为无游梁抽油机，包括链条抽油机、皮带抽油机、天轮式抽油机、渐开线异型抽油机、摩擦换向抽油机、直线往复式抽油机等。无游梁抽油机容易实现长冲程，相对冲程损失小，冲次低，降低了运动系统的加速度，惯性载荷较小；但结构复杂、运动件多、成本高，柔性连接件如链条、皮带、钢丝绳等使用寿命短。虽然取消了四连杆机构，但其传动效率与游梁式抽油机区别不大。第三代为多功能型抽油机，包括直驱多功能型、单曲柄型和高架抽油机三种。多功能型抽油机的特点是充分结合柔性绳能量传递系统，利用滑轮体系，实现抽油、作业、测试、调整等综合功能。,图1-9 常规游梁式抽油机,图1-10 无游梁式抽油机,2、抽油机的展望 新型抽油机的特点：增强了抽油机的适应性、可靠性、经济性和先进性；改善了抽油性能，增加了功能；提高了抽油效率，减少了动力消耗；提高了抽油机平衡效果，改善了抽油机的运动特性、动力特性与平衡特性；增大了抽油机的使用范围，减小了抽油机体积和重量，强化了抽油机自动化与智能化程度。今后抽油机将朝着以下四个方向发展：1）朝着低能耗方向发展；华北石油管理局第一石油机械厂首先开发成功了异型抽油机又称双驴头抽油机,大庆石油学院研制的矮型异相曲柄平衡抽油机,美国Lufkin公司生产的前置式气平衡抽油机和旋转驴头式低矮型抽油机。2）朝着多功能方向发展；3)朝着长冲程无游梁方向发展；我国胜利油田最早研制成功的链条式抽油机，美国WGCO公司生产的无游梁长冲程抽油机最大冲程达24.38m，NSCO公司生产的无游梁长冲程抽油机最大冲程为27.43m，美国HIGHLAND公司生产的立式ROTAFLEX皮带抽油机。4）朝着自动化和智能化方向发展。华北油田采油研究院研制的智能远程监控抽油机，宝鸡石油机械厂生产的数控抽油机，美国的Baker、Delta-X、APS和NSCO等公司。,图1-11 异型抽油机,Baker公司开发的自动化抽油机具有多种保护功能，一旦某些运行参数超过允许值时，会自动报警停车。此外，还配有泵抽空控制器，以便及时发现在抽油过程中井下抽油泵的工作状况，确保安全可靠地进行抽油。Delta-X 公司生产的自动化抽油机利用微机对抽油泵进行监测和摇控，具有防抽空功能，诊断故障和保护功能，抽油安全可靠、事故少。APS公司生产的自动化抽油机装有系统分析器，可以监测、记录与分析抽油机的电动机输入、输出电流和功率；连杆、游梁的受力；悬点位移和速度等十几种参数，并具有多种诊断功能。可使抽油机达到最优抽吸工况。NSCO公司研制了世界上第一台智能型抽油机，效率高、动力消耗少、自动化程度高，与常规抽油机相比，具有结构紧凑、占地面积小、冲程长、冲次低、平衡稳、节能效果好，具有故障诊断功能等优点。,1.2.2 抽油泵的发展与展望 抽油泵一般应满足以下要求：结构简单，强度高，质量好，连接部分密封可靠；制造材料耐磨和抗腐蚀性好，使用寿命长；规格类型能满足油井排液量的需要，适应性强；便于起下；在结构上应考虑防砂、防气，并带有必要的辅助设备。1、抽油泵的发展现状 抽油泵主要由工作筒、柱塞、游动阀和固定阀组成，如图1-12所示。根据研发时间的先后，可将抽油泵分为三个阶段，即第一代衬套柱塞泵，第二代整筒柱塞泵，第三代自补偿泵。为适应多种油井条件的需要，除了标准抽油泵以外，还有许多特殊类型的抽油泵。例如：陕西咸阳钢管钢绳有限责任公司研制生产了防气锁泵，胜利油田采油工艺研究院研制的长柱塞防砂卡抽油泵。目前，国外正在研究如何提高抽油泵的质量，研究新型或特殊性能抽油泵超长冲程抽油泵、双作用泵、空心泵、隔膜式抽油泵等，同时加强抽油泵零部件的研制和辅助设施的研究。,图1-12 抽油泵结构示意图1抽油杆2柱塞3游动阀4固定阀5工作筒,国外生产抽油泵的国家主要有美国、加拿大、俄罗斯等国。美国阿克塞尔森（Axelson）公司研制出直径为31.8mm，冲程为3048m的杆式抽油泵;加拿大Harbison-Fische公司开发了一种泵径为196.85mm的大流量有杆泵，被认为是目前最大的往复式有杆泵，产量可达1600m3/d。俄罗斯在抽油泵研制方面投入较大，先后研制成功活塞式杆式泵、“真空”腔式双柱塞抽油泵、特殊结构的长冲程抽油泵、配置旋转柱塞的杆式抽油泵等都处于世界领先水平。2、抽油泵的展望1）发展长冲程抽油泵，与长冲程抽油机配套。2）发展多功能特种泵，如低摩阻泵、防垢泵，适应高含砂、含气等复杂环境的特种泵。3）发展自补偿泵，提高泵效，降低摩阻，节能降耗，延长泵的寿命。,1.2.3 抽油杆的发展与展望1、抽油杆的发展现状 按照抽油杆的发展大致可将其分为三个类别，第一类金属抽油杆，第二类非金属抽油杆，第三类连续抽油杆。抽油杆的工作寿命逐渐延长，在施工时间和断脱率方面，第一类和第二类区别不大，第三类连续抽油杆有较大的改善。近年来，世界主要生产抽油杆国家的研究开发重点集中在两个方面：1）采用新型材料和新的热处理工艺以及强化处理工艺制造抽油杆；2）各种新型抽油杆的研究、开发与应用。2、抽油杆的技术展望1）发展新结构，如焊接抽油杆、空心抽油杆等。2）发展新工艺，如喷涂不锈钢抽油杆、综合强化抽油杆等。3）发展高强度，如S-80、KD级、97型等超高强度抽油杆。美国阿克塞尔森（Axelson）公司研究的S-80型超高强度抽油杆具有疲劳强度高、屈服强度高、屈服比值合理、应力腐蚀敏感性较小等特点。美国Oil公司研制的KD级超高强度抽油杆具有D级抽油杆的高强度，还具有K级抽油杆的耐腐蚀性能，屈服强度大于620MPa，硬度为HB227247。美国Norris公司研制的97型超高强度抽油杆，采用含镍铬钼钒的钢材，屈服强度大于793MPa，硬度为HBl85311。,图1-13 抽油杆和抽油杆接箍,4）发展连续杆，如钢带抽油杆、石墨带抽油杆、Corod抽油杆、钢丝绳抽油杆。长方形连续石墨抽油杆具有抗拉强度高、运输方便、耐腐蚀、故障率低、疲劳强度较高、质量较轻等特点，适用于深井或稠油井。椭圆形连续抽油杆具有寿命长、工作应力较小、光杆载荷小等特点，适用于深井、斜井、定向井、丛式井。钢丝绳抽油杆具有耐高温、耐磨损、结构紧凑、故障率低、缠绕方便等特点。5）发展新材料，朝着耐腐性、耐磨损等方向发展，如不锈钢抽油杆、铝合金抽油杆、玻璃钢抽油杆、钢带抽油杆、石墨带抽油杆。玻璃钢抽油杆具有耐腐蚀、质量轻、寿命长、超冲程等特点。,谢谢！,四、课程的主要内容,四、课程的主要内容,四、课程的主要内容,五、安全与纪律,7、实习时同学们要互相关心和帮助，互相监督，共同提高，注意自己安全的同时，也要关心其他同学的安全；8、每位实习学生应认真阅读有关实习规则，严格遵守。,六、成绩评定方法,1、实习理论考核的范围 包括课本内容、平时老师上课内容。2、实习成绩的测算 实践成绩（60%）、理论成绩（30%）、平时表现（10%）三项综合求得。其中前两项如有一项不合格即为总成绩不合格，同时平时成绩为0分。,