抽油井油管斷脫后(抽油機井通過電流能解決什么問題)

油氣井完成的步驟有哪些？

完井(即油氣井完成)是鉆井工程的最后一個重要環節,主要包括鉆開生產層、確定井底完成方法、安裝井底和井口裝置以及試油投產。完井質量直接影響油井投產后的生產能力和油井壽命，因此必須千方百計地把完井工作做好，為油氣井的順利投產、長期穩產創造條件。

一、打開生產層完井就是溝通油氣層和井筒，為確保油氣從地層流入井底提供油流通道。任何限制油氣從井眼周圍流向井筒的現象稱為對地層損害的“污染”。實踐證明：鉆開生產層的過程或多或少都會對油氣層產生損害。因此，保護油氣層是完井所面臨的首要問題。過去，世界范圍內油價較低、油源充裕，在很大程度上忽視了對油氣層的保護。自20世紀70年代中期，西方一些國家出現能源危機以來，防止傷害油氣層，最大限度地提高油氣井產能才上升到重要地位，成為目前鉆井技術中最主要的熱門課題之一。

1.油氣層傷害的原因油氣層傷害機理的研究工作開展以來，有各式各樣的說法。最近比較精辟的理論認為：地層損害通常與鉆井液固體微粒運移和堵塞有關，還與化學反應和熱動力因素有關。在復雜條件下，要充分掌握油層損害機理是比較困難的。因此，目前的研究結果大多只能定性地指導生產實踐，離定量評價還有一定的差距。

鉆生產井常用的鉆井液為水基泥漿。由于鉆進過程中鉆井液柱壓力一般大于地層壓力，在壓差作用下，鉆井液中的水、粘土等會侵入油氣層，對油氣層造成各種不同性質的傷害。

1)使產層中的粘土膨脹研究得知，油砂顆粒周圍一般都有極薄的粘土膜。砂粒之間的微孔道非常多，油氣層內部還有許多很薄的粘土夾層。在鉆井液自由水的侵入作用下，砂粒周圍的粘土質成分將發生體積膨脹，使油氣流動通道縮小，降低產出油氣的能力。

2)破壞油氣流的連續性油氣層含油氣飽和度較高時，油氣在孔隙內部呈連續流動狀態。少量的共生水貼在孔隙壁面，把極微小的松散微粒固定下來，在相當大的油氣流動速度下也不會被沖走。當鉆井液濾液侵入較多時，會破壞油氣流的連續性，原油或天然氣的單相流動變成油、水兩相或氣、水兩相流動，增加了油氣流動阻力。一旦水成為連續的流動相，只要流速稍大，就會把原來穩定在顆粒表面的松散微粒沖走，并在狹窄部位發生堆積，堵塞流動通道，嚴重降低滲透率。

3)產生水鎖效應，增加油氣流動阻力滲入油氣層中的鉆井液濾液是不連續的，而是呈一段小水栓一段油氣的分離狀態。在有些地方還會形成油、水乳化液。由于彎曲表面收縮壓的關系，會大大增加油氣流入井的阻力。

4)在地層孔隙內生成沉淀物

2鉆開生產層的鉆井液類型鉆井液類型對生產層的損壞成 本清水適用于裂縫性油氣層最低低固相(無固相)鉆井液較小中水包油乳化液較小中油包水乳化液小較高油基鉆井液小高原油小中空氣(天然氣)最小中二、井底完成方法井底完成方法是指一口井完鉆后生產層與井底所采用的連通方式和井底結構。從采油氣的觀點來看，對各種完成方法的共同要求有如下幾點：

(1)油氣層和井筒之間的連通條件最佳，油氣層受到的傷害最小；(2)油氣層和井筒之間的滲流面積盡可能大，油氣流入的阻力最小；(3)有效封隔油層、氣層和水層，防止各層之間互相竄擾；(4)有效控制油層出砂，防止井壁坍塌，保證油氣井長期穩定生產；(5)能滿足分層注水、注氣、壓裂、酸化、人工舉升以及井下作業等要求；(6)稠油開采能達到注蒸汽熱采的要求；(7)油田開發后期具備側鉆的條件；(8)工藝簡便，成本低廉。

油氣井完成之后，其井底結構不易改變。所以應根據油氣層的具體情況，參照各地的實踐經驗慎重選定合理而有效的井底完成方法。目前國內外常用的井底完成方法有裸眼完井、射孔完井、割縫襯管完井及礫石充填完井等。

1.裸眼完井法不用套管封固而直接裸露油氣層的井底完成方法稱為裸眼完井法。油氣層以上井筒固井完畢后，再換小鉆頭打開油氣層稱作先期裸眼完井。圖5-11為直井先期裸眼完井示意圖。后期裸眼完井則是不更換鉆頭直接鉆穿油氣層后，才對油氣層以上的井段進行固井作業。圖5-12為直井后期裸眼完井示意圖。裸眼完井法的最大優點是油氣層直接與井底相通，流通面積大、流動阻力小、施工簡單、成本低、產量高。

圖5-11先期裸眼完井

圖5-12后期裸眼完井

用裸眼完井方法完成的井，產層容易坍塌，不能控制油氣層出砂，一般只適用于巖層堅硬致密且無油、氣、水夾層的單一油氣層。油氣層性質相近的多油氣層的井也可采用，但無法進行分層開采。裸眼完井法是一種早期的完井方法，隨著高效能、大威力油氣井射孔技術的出現，裸眼完井法油氣層全裸露的優點也不如過去那么突出。裸眼完井可用于直井、定向井以及水平井中。裸眼完井法有多種變形以提高其適應性。

2.射孔完井法射孔完井方法是目前國內外使用最廣泛的完井方法。在直井、定向井以及水平井中都可采用。射孔完井包括套管射孔完井和尾管射孔完井。

套管射孔完井是用同一尺寸的鉆頭鉆穿油氣層直至設計井深，下油層套管至油氣層底部并注水泥固井，然后再用射孔器射穿套管和水泥環，并射入生產層內一定深度。油氣就可通過射孔所形成的孔道流入井內。圖5-13為直井套管射孔完井示意圖。

圖5-13套管射孔完井

尾管射孔完井是在鉆達油氣層頂部時，下技術套管注水泥固井，然后換小鉆頭鉆穿油氣層直至設計井深，用鉆具將尾管送下一并懸掛在技術套管上(尾管和技術套管的重合段一般不小于50m)。再對尾管注水泥固井，然后射孔。油氣層部位的結構與射孔完井方法完全相同。圖5-14為直井尾管射孔完井示意圖。

圖5-14尾管射孔完井

射孔完井法的優點是：

(1)能有效支撐疏松易塌的生產層；(2)能有效封隔油層、氣層和水層，防止氣竄、水竄；(3)可以進行分層測試、分層開采和分層酸化等各種分層工藝措施；(4)可進行無油管完井、多油管完井等。

(5)除裸眼完井方法外，比其他完井方法都經濟。

射孔完井法的主要缺點是：在鉆井和固井過程中，油氣層受鉆井液和水泥漿的侵害較為嚴重；由于射孔孔眼的數目和深度有限，油氣層與井底連通面積小，油氣流入井內的阻力較大。

3.割縫襯管完井法割縫襯管完井法是在裸眼完成的井中下入割縫襯管的完井方法。與裸眼完井相對應，割縫襯管完井也分先期和后期兩種工序。先期割縫襯管完井是在鉆達油氣層頂部時下套管固井，然后換小鉆頭打開油氣層，最后在油氣層的裸露部分下入一根預先在地面打好孔眼或割好縫的襯管，并用卡瓦封隔器將襯管懸掛固定在上部套管上。圖5-15為直井先期割縫襯管完井示意圖。后期割縫襯管完井是直接鉆穿油氣層后，才對油氣層以上的井段注水泥固井。圖5-16為直井后期割縫襯管完井示意圖。油氣只能經過襯管的孔眼或割縫才能流入井中。割縫襯管完井法可以防砂和保護井壁，但無法進行分層開采。它工藝簡單、操作方便、成本低，多用于出砂不嚴重的中粗砂巖油氣層，可在直井、定向井以及水平井中采用。

圖5-15先期割縫襯管完井

圖5-16后期割縫襯管完井

4.礫石充填完井法對于膠結疏松、出砂嚴重的地層一般采用礫石充填完井方法。該方法能夠有效保護井壁、解決防砂問題，但施工工序復雜。礫石充填完井法分為裸眼礫石充填完井和套管礫石充填完井兩種方法。

裸眼礫石充填完井是在套管下到油氣層頂部固井后，再鉆開生產層，并用井下擴孔器對油氣層部位進行擴孔，然后下入繞絲篩管，采用循環的方法用液體把預先選好的礫石帶至井內，充填于井底。裸眼礫石充填完井的優點是流動面積大、流動阻力小，缺點是無法進行分層開采。圖5-17為裸眼礫石充填完井示意圖。

套管礫石充填完井是在鉆開油氣層后，下套管固井、射孔。清洗射孔炮眼后，下入繞絲篩管，充填礫石。用該方法完井可以進行分層開采。套管礫石充填完井現在多采用高密度充填，其效率高、防砂效果好、有效期長。圖5-18為套管礫石充填完井示意圖。

圖5-17裸眼礫石充填完井

圖5-18套管礫石充填完井

礫石充填完井方法在直井、定向井中都可采用。但在水平井中應慎用，因為在水平井中易發生砂卡，礫石充填失敗則不能達到防砂目的。

三、完井井口裝置在油氣井測試和生產過程中，都必須有一套絕對可靠的井口裝置，以便能有控制、有計劃地進行井內作業和油氣生產。完井井口裝置是裝在地面用以懸吊和安放各種井內管柱，控制和引導井內油氣流出或地面流體注入的井口設備。完井井口裝置通常包括套管頭、油管頭和采油樹三大主要部件。

完井井口裝置的類型應根據油氣層的特點來確定。低壓油氣井的井口裝置比較簡單，只要密封環形空間，裝上油管頭和采油樹即可。對于高壓油氣井，則要求具有足夠的強度和可靠的密封性。同時還必須滿足安全測試、酸化壓裂和采油、采氣等工藝的要求。對于含硫化氫的油氣井應該采用防硫井口裝置，以保證安全生產。

1.套管頭如果油氣層壓力較低，且各層套管的固井水泥均返至井口，可以不裝套管頭，只需用環形鐵板將環形空間封焊住，采油樹直接裝在油管頭的法蘭盤上。

對于要求較高的油氣井，固井后一般要裝上套管頭，以密封兩層套管間的環形空間、懸掛第二層套管柱并承受部分重力。套管頭鉆井時可用于安裝井口防噴器。

套管頭下端的絲扣與技術套管連接，油層套管通過卡瓦坐在套管頭的斜坡內。卡瓦上有用鋼墊圈壓緊的抗油密封，密封其環形空間。套管頭上端法蘭用于連接油管頭。

如果水泥未返至井口，水泥固結點以上為自由套管柱。當井內溫度、壓力等變化時，套管長度會隨之伸長或縮短，從而引起套管柱自身及套管頭的受力情況發生變化。影響井內自由套管柱受力的因素有套管自身重力、溫度變化、井內鉆井液、油氣或注入流體的密度變化、套管柱內液面高度變化等。安裝套管頭時應對這些影響進行分析和計算，確定合理的套管柱初拉力值。保證自由套管柱的下部不至于受壓彎曲、失去穩定而破壞；上部套管柱要能承受最大拉力負荷，不發生絲扣滑脫或套管斷裂。目前已有比較成熟的計算方法，保證在油井開采過程中，自由套管柱處于有利的受力狀態而不至于發生破壞。

2.油管頭油管頭用于密封油管和生產套管的環形空間，懸掛油管柱和安裝采油樹。高壓油氣井目前多采用由特殊四通和錐形油管掛組成的油管頭。

在油層套管固井后，將油管頭的四通裝在套管頭的法蘭上。下完油管后將錐形油管掛連接在油管柱的上端，再用提升短節送至特殊四通的錐面座上，并用頂絲將錐形油管掛頂緊。油管和油層套管之間的環形空間通過油管掛及其上的密封環和O形密封圈密封。

應注意坐入錐形油管掛時不能猛提猛頓，不要碰傷其密封部位。

3.采油樹采油樹是由各類閘閥、四通或三通以及節流閥等配件組成的總成。采油樹安裝在油管頭上面，用以控制油氣流動，進行有計劃的安全生產以及完成測試、注液、酸化壓裂等作業。

四、完井工藝完井工藝因油氣井完成方法不同而異。經常進行的工作有射孔，下油管，安裝井口裝置，誘導油氣流，完井測試，酸化投產等。

1.射孔目前國內外大多數井都采用射孔完井方法完成。廣泛使用聚能射孔器(即射孔槍)完成射孔作業。射孔槍裝好射孔彈后，被輸送到井內的預定位置。引爆聚能射孔彈就可產生高溫、高壓、高速的噴射流直奔目標位。

射孔彈炸藥的爆炸是迅速的物理化學熱反應，溫度高達3000～5000℃。由于溫度極高，產生了極熱的氣態物質，體積迅速膨脹到原來的200～900倍，將處于強烈壓縮狀態的勢能瞬間變成動能。該動能沖擊波的速度可達200～800m/s，使爆炸點周圍壓力急劇升高，可達幾千至幾萬兆帕。利用爆炸時具有方向性的特點，將炸藥做成錐形凹槽狀。其聚焦作用導致在焦點上的聚能射流具有最大的密度和最大的穿透能力，很容易穿透套管壁、水泥環，并在地層中形成一定深度的孔眼。

射孔時井底壓力大于油氣層壓力叫做正壓射孔。正壓射孔后的殘渣和碎屑難以從地層中排出，會造成射孔通道的堵塞，極大地傷害油氣層。射孔時井底壓力小于地層壓力叫負壓射孔。負壓射孔后在壓差作用下地層流體馬上可以流向井底，從而能帶出殘渣，不污染產層。負壓射孔是近年發展起來的新型射孔技術，已廣泛地用于生產。

現代射孔工藝有電纜輸送套管槍射孔、電纜輸送過油管射孔、油管輸送射孔、油管輸送射孔聯作、高壓噴射和噴砂射孔、定方位射孔、超高壓正壓射孔、連續油管輸送射孔等工藝技術。

過油管射孔的工藝過程如下：將油管下到井內，在采油樹上安裝封井器、防落器、防噴管、防噴盒。將射孔槍、電纜接頭和井下儀器裝入防噴管內，并與電纜相連。安裝就緒后，打開防落器和封井器，借助于電纜把射孔槍下出油管鞋。放射性測井校對井深后對準層位引爆射孔。然后起出電纜，當射孔槍和井下儀器進入防噴管后，立即關閉采油樹總閘門。放掉防噴管內的壓力，再卸掉采油樹以上的裝置。

過油管射孔具有負壓射孔的優點，特別適合不停產補孔和打開新層，避免關井和起、下油管。但由于受油管直徑的限制，無法實現高孔密和深穿透，一次射開的產層厚度受限。目前多用于海上油氣井和不停產井。

油管輸送射孔工藝是把射孔槍接在油管柱上，借助于油管把射孔槍送到射孔位置。射孔前用射孔液造成負壓環境。坐好油管串，安上封井器，放射性測井校深后，對準層位引爆射孔彈，丟槍后試油。引爆方式有投棒引爆、油管加壓引爆、環空加壓引爆、電引爆等多種，從油管內投入鐵棒撞擊引爆最簡單、也最常用。

油管輸送射孔工藝的特點是能實現高孔密、深穿透，負壓清潔孔眼效果好、安全性高，特別適用于斜井、水平井以及稠油井，高壓地層和氣井必須采用。

2.下油管油管是地下油氣流向地面的通道，也是用來實現洗井、壓井、酸化、壓裂等措施的工具。油管是用優質鋼材制成的無縫鋼管，用接箍連接成油管柱。油管柱最下端的油管鞋是一個小內徑的油管短節，用于防止井下壓力計及其他入井工具掉落井底。

下在油層部位的篩管即為割縫或帶眼油管。長度一般在6～8m，孔眼直徑為12mm。所開孔眼的總面積要大于油管內截面積，目的是增大油氣流動通路，防止較大巖屑進入油管內，彌補由于油管鞋截面積過小而影響產量。

in。

由于油管柱與套管間的環空由油管掛密封，由地層流入井內的油氣只能進入篩管并沿著油管上升到地面。采油樹與地面采油管線相連,有控制地將油氣從井內輸出。

3.誘導油氣流下完油管、安裝好井口裝置后，下一步的工作一般是誘導油氣流。對于因井內液柱壓力過高而不能自噴的油氣井，應設法降低井內液柱高度或流體密度，從而降低液柱壓力，誘導油氣流進入井內。常用的方法有替噴法、提撈誘噴法、抽汲誘噴法和氣舉法等。

1)替噴法用原油或清水等低密度液體將井內的鉆井液循環替出，降低液柱壓力以誘使油氣流入井內的辦法稱為替噴法。替噴時清水從油管注入井內，逐步替出井內鉆井液。對于高壓井或深井，為了不致造成井內壓力變化過猛，可以先用輕鉆井液替出重鉆井液，再用清水替出輕質鉆井液的辦法進行替噴，確保井身安全。

2)提撈法提撈誘噴法是用特制的提撈筒，將井筒中的液體逐筒地撈出來，以降低液柱高度、誘導油氣流進入井內。這種方法一般是在替噴后仍然無效的情況下采用。

提撈誘噴法的一種變化稱為鉆具排液法。可以把裝有回壓閥的下部鉆具視為一個長的提撈筒，速度較快地將井內液面降低1000～1500m。

3)抽汲法抽汲法實際上是在油管柱內下入一個特制的抽子，利用抽子在油管內上下移動形成的部分真空，將井內部分清水逐步抽出去，從而降低井內液柱高度，達到誘噴的目的。

抽汲法可將井內液柱高度降到很低。抽子下行時閥打開，水從抽子中心管水眼流入油管內；上提抽子時閥關閉，油管內的水柱壓力使膠皮脹開緊貼油管內壁而起密封作用。抽子之上的水柱隨抽子上移而被排出井口。替噴后仍不能自噴的井，可采用抽汲法誘噴。

4)氣舉法氣舉法與替噴法的原理類似，只是替入井內的不是清水而是壓縮空氣。氣體是從環空注入而不是經油管注入。由于氣體密度小，只要油氣層傷害不是很嚴重，一般氣舉后可達到誘噴的目的。在某些有條件的地區，還可以用鄰井的高壓天然氣代替壓縮機進行氣舉。對替噴無效的井，也可采用氣舉法誘噴。

4.完井測試完井測試的主要任務是測定油氣的產量、地層壓力、井底流動壓力、井口壓力以及取全取準油、氣、水的資料，為油氣開采提供可靠的依據。

1)油氣產量的測定從油氣井中產出的油、氣、水進入分離器后，氣體經分離傘從上部排出，油和水沉降下來。玻璃連通管中的液面高度能反映分離器內油水液面的變化。記錄玻璃管中液面上升一定高度所需的時間，就能算出每口井的產液量，經采樣分析可得到油水含量。

通常用節流式流量計測定天然氣的產量。流量計的孔板直徑要適應天然氣的產量范圍。

2)地層壓力和井底流動壓力關井待井內壓力恢復到穩定后，用井下壓力計測得的井底壓力即為地層壓力。也可用關井井口壓力和液柱壓力計算得出地層壓力。對于滲透性差的地層，關井使井內壓力恢復需要很長時間。為了節省時間，可根據一段時間內的壓力恢復規律推斷地層壓力。

井底流動壓力是指穩定生產時測得的井底壓力。如果是油管生產，由套壓和環空液柱壓力可算得井底流動壓力。

3)井口壓力油氣井井口壓力包括油壓和套壓。油壓反映井口處油管內壓力，套壓反映井口處油管與套管環形空間的壓力。生產時油壓和套壓不同，關井壓力穩定后油壓和套壓應相等。可以在地面上通過壓力表讀得這兩個壓力值。

4)油、氣、水取樣取樣是為了對產層流體進行分析和評價。因此，要求取出的樣品具有代表性和不失真。一般情況在井口取樣。有時為了保持油氣在地下的原始狀態，需要下井下取樣器到井底取樣并封閉，然后取到地面用于測試和分析。

思考題

1.鉆井的作用是什么?2.現代旋轉鉆井的工藝過程特點是什么?3.井身結構包括什么內容?4.鉆井工藝發展經歷了幾個階段?有些什么特點?5.石油鉆機由哪些系統組成?各個系統的作用是什么?6.防噴器有哪些類型？各有什么用途？

7.鉆柱主要由哪幾種部件組成？

8.方鉆桿為什么要做成正方形?9.扶正器、減振器、震擊器等輔助鉆井工具各有什么用途?10.普通三牙輪鉆頭主要由哪幾部分組成?11.石油鉆井使用的金剛石鉆頭有哪些類型?各在什么條件下使用?12．鉆井液的功用是什么?13．水基鉆井液由哪些部分組成？屬于什么樣的體系？

14．鉆井液性能的基本要素有哪些？

15．鉆井液密度與鉆井工作的關系如何?16．怎樣優選鉆頭？

17．井斜控制標準是什么?18．壓井循環的特點是什么？

19．常規井身軌跡有哪幾種類型？

20．井內套管柱主要受哪些外力作用？設計套管柱的基本原則是什么?21．套管柱由哪些基本部件組成？

22．描述注水泥的基本過程。

23.鉆開油氣層時常采取哪些保護措施?24．目前常用哪幾種完井方法?25.誘導油氣流的主要方法有哪些?26.完井井口裝置有哪些部件?各起什么主要作用?

抽油機井通過電流能解決什么問題

通過對抽油機電流變化分析，一般可以發現以下問題：

1、抽油機負荷變化情況

抽油機負荷變化，大多是由井下原因引起的。

電流變大，抽油機負荷增大，這可能是油井含水升高，或是油井結蠟，或是輸油管道堵塞，或是油井出砂，或是原油變稠，或是井下出現卡、掛等現象造成。具體要根據油井實際情況進行定位判斷。

電流變小，抽油機的負荷變小，這可能是油井含水降低，或油井清蠟后生產狀態變好，或是油井具有自噴能力，連抽帶噴，或抽油桿斷脫，或是油管有漏失，或是泵有漏失。

2、抽油機、電機工作狀態發生變化

如果油井沒有問題，生產正常，而電流發增大，有可能是抽油機減速箱、電機出現問題，或剎車未全部松開等原因造成電流增大。如果抽油機平衡過重、過輕都會引起上、下電流變化。

井下作業的油水井維修

油水井在采油、注水的過程中，因地層出砂、出鹽，造成地層掩埋、泵砂卡、鹽卡，或因管柱結蠟、泵凡爾腐蝕、封隔器失效、油管、抽油桿斷脫等種種原因，使油水井不能正常生產。油水井維修的目的，是通過作業施工，使油水井恢復正常生產。

油水井維修包括：水井試注、換封、測吸水剖面；油井檢泵、清砂、防砂、套管刮蠟、堵水及簡單的井下事故處理等修井作業。 抽油泵在井下工作過程中，受到砂、蠟、氣、水及一些腐蝕介質的侵害，使泵的部件受到損害，造成泵失靈，油井停產。因此，檢泵是保持泵的性能良好，維護抽油井正常生產的一項重要手段。

油井檢泵的主要工作內容就是起下抽油桿和油管。油層壓力不大，可用不壓井作業裝置進行井下作業，對于有落物或地層壓力稍高的井，可用鹵水或清水壓井后進行井下作業，應避免用泥漿壓井。

檢泵工作中需特別重視的是：準確計算下泵深度，合理組配抽油桿和油管，以及下入合格的抽油桿、油管和深井泵等，這是提高泵效的重要措施。 油田注水是保持油層壓力的有效手段，是油田長期穩產高產，提高采油速度和最終采收率的有效措施。

當油田的注水開發方案確定以后，為了取得各注入層的注入壓力、注入量等有關資料，在正式注水前必須經過一個試注階段。

試注：油井在正式投入注水前，所進行的新井投注或油井轉注的試驗與施工過程叫試注。具體到一口注水井，就是清除新井或油井轉注前的井壁和井底的泥餅、雜物、臟物，并確定出注水井的吸水指數，為實施注水方案打下良好基礎。試注分三個階段，即排液、洗井、轉注及必要的增注措施。 在油田開發過程中，油層出水會給油田開發工作帶來嚴重影響，甚至降低油田最終開采率。油井出水后，首先確定出水層位，然后采用堵水方法進行封堵。堵水的目的就是在于控制產水層中水的流動和改變水驅油中水的流動方向，提高水驅油效率，力圖使得油田的產水量在一段時間內下降或穩定，以保持油田增產或穩產，提高油田最終采收率。

堵水工藝可分為機械堵水和化學堵水兩大類，化學堵水又包括選擇性堵水和非選擇性堵水及注水井調整吸水剖面。

1．機械堵水就是用封隔器及井下配套工具卡封油井中的出水層位。這種堵水沒有選擇性，在施工時，配好管柱，使封隔器座封準確、嚴密，才能達到堵水目的。這種堵水方法可以封上層采下層，封下層采上層，或封中間層采兩頭和封兩頭采中間層位。

2．化學堵水就是將化學堵劑注入出水層位，利用堵劑的化學性質或化學反應物在地層中變化生成的物質達到封堵地層出水孔道，降低油井綜合含水。

選擇性堵水是將一些高分子聚合物或一些遇水生成沉淀、凝固的無機物擠入地層中。高分子聚合物中的親水基因遇水后對水有親合力、吸附性，發生膨脹；遇油則收縮，沒有吸附作用。遇水生成沉淀、凝固的無機物則可以封堵地層出水孔道，遇油不會產生沉淀或凝固。

非選擇性堵水大多是靠沉淀顆粒堵塞地層孔道。這種堵水方法既堵出水孔道，也堵出油孔道。

油井采油技術是什么？

油井試油并確認具有工業開采價值后，如何最大限度地將地下原油開采到地面上來，實現合理、高產、穩產，選擇合適的采油工藝方法和方式十分重要。目前，常用的采油方法有自噴采油和機械采油（見圖5-1）。

圖5-1采油方法分類

一、自噴采油

依靠油層自身能量，將石油從油層驅入井底，并由井底舉升到地面，這樣的生產方式稱自噴采油。依靠自噴方法生產的油井稱為自噴井。自噴井地面設備簡單、操作方便，產量較高，采油速度快，經濟效益好。

（一）自噴井采油原理

1．原理油井之所以能夠自噴是由于地層能量充足。地層能量的高低就反映在油層壓力的高低。當地層打開之后，原油在較高的地層壓力作用下，從地層深部向井底流動，克服了地層的滲濾阻力，剩余后的壓力是井底壓力。原油在井底壓力作用下，沿著井筒從井底流到井口，同時溶解在原油中的天然氣開始分離出來，氣體也會成為舉升原油的能量。

2．自噴井的四種流動過程

自噴油流從油層流到地面轉油站可以分為四個基本流動過程——地層滲流、井筒多相管流、嘴流、水平管流，如圖5-2所示。

（1）地層滲流：從油層流入井底，流體是在多孔介質中滲流，故稱滲流。如果井底壓力大于飽和壓力，為單相滲流；如果井底壓力小于飽和壓力，為多相滲流。在滲流過程中，壓力損失約占總壓降的10%～15%。

（2）井筒多相管流：即垂直管流，從井底到井口，流體在油管中上升，一般在油管某斷面處壓力已低于飽和壓力，故屬于油、氣或油、氣、水多相流。垂直管流壓力損失最大，占總壓降的30%～80%。

（3）嘴流：通過油嘴的流體稱為嘴流。嘴流流速較高，其壓力損失占總壓降的5%～30%。

（4）水平管流：流體進入出油管線后，沿地面管線流動，屬多相水平管流。水平管流壓力損失一般占總壓降的5%～10%。

圖5-2自噴井的四種流動過程

1—地層滲流；2—井筒多相管流；3—嘴流；4—水平管流

四個流動過程之間既相互聯系又相互制約，同處于一個動力系統。從油層流到井底的剩余壓力稱井底壓力（井底流動壓力）。對某一油層來說，在一定的開采階段，油層壓力穩定于某一數值不變，這時井底壓力變大，油井的產出量就會減少；井底壓力變小，則油井產量就會增加。可見，在油層滲流階段，井底壓力是阻力，而對垂直管流階段，井底壓力是把油氣舉出地面的動力。把油氣推舉到井口后剩余的壓力稱為井口油管壓力。井口油管壓力對油氣在井內垂直管流來說是一個阻力，而對嘴流來說又是動力。

3．垂直管流中的能量來源與消耗

由于壓力損失主要消耗在垂直管流中，下面重點介紹垂直管流。

1）單相垂直管流

當油井的井口壓力大于原油的飽和壓力時，井中為單相原油。流出井口后壓力低于飽和壓力時，天然氣才從原油中分離出來，這樣的油井屬于單相垂直管流。

單相垂直管流的能量來源是井底流動壓力。能量主要消耗在克服相當于井深的液柱壓力，及液體從井底流到井口過程中垂直管壁間的摩擦阻力。所以，單相垂直管流中，能量的供給與消耗關系可用下列壓力平衡式表示：

pf=pH+pfr+pwh

式中pf——井底流動壓力；

pH——液柱壓力；

pfr——摩擦阻力；

pwh——井口壓力。

2）多相垂直管流

當井底流動壓力低于飽和壓力時，則油氣一起進入井底，整個油管為油氣兩相。當井底流動壓力高于飽和壓力，但井口壓力低于飽和壓力時，則油中溶解的天然氣在井筒中某一高度上，即飽和壓力點的地方開始分離出來，井中存在兩個相區，下面是單相區，上面是兩相區。在兩相區，氣體從油中分離出來并膨脹，不斷釋放出氣體彈性膨脹能量，參與舉升。因此，多相垂直管流中能量的來源，一是進入井底的液氣所具有的壓能（即流壓）；二是隨同油流進入井底的自由氣及舉升過程中從油中分離出來的天然氣所表現的氣體膨脹能。氣體的膨脹能是通過兩種方式來利用的：一種是氣體作用于液體上，垂直推舉液體上升；另一種是靠氣體與液體之間的摩擦作用，攜帶液體上升。

（二）自噴井采油設備

自噴采油設備包括井口設備和地面流程設備。

1．井口設備

自噴井井口裝置從下到上依次是套管頭、油管頭和采油樹三部分，如圖5-3所示。自噴井的井口設備是其他各類采油井的基礎設備，其他采油方式的井口裝置都是以此為基礎。

圖5-3自噴井井口結構圖

1—清蠟閘門；2—生產閘門；3—油管頭四通；4—總閘門；5—套管四通；6—套管閘門；7—回壓閘門；8—防噴管；9—油嘴套；10—油壓表；11—回壓表；12—套壓表；13—單流閥；14—套管頭；15—取樣閥門；16—油管頭

1）套管頭

套管頭在井口裝置的下端，是連接套管和各種井口裝置的一種部件，由本體、套管懸掛器和密封組件組成。其作用是支持技術套管和油層套管的重力，密封各層套管間的環形空間，為安裝防噴器、油管頭和采油樹等上部井口裝置提供過渡連接，并通過套管頭本體上的兩個側口可以進行補擠水泥、監控井液和平衡液等作業。

2）油管頭

油管頭安裝于采油樹和套管頭之間，其上法蘭平面為計算油補距和井深數據的基準面。其作用是支撐井內油管的重力；與油管懸掛器配合密封油管和套管的環形空間；為下接套管頭、上接采油樹提供過渡；并通過油管頭四通體上的兩個側口（接套管閥門），完成注平衡液及洗井等作業。

3）采油樹

采油樹是指油管頭以上的部分，連接方式有法蘭式和卡箍式。采油樹的作用是控制和調節油井生產，引導從井中噴出的油氣進入出油管線，實現下井工具儀器的起下等。

采油樹的主要組成部件及附件的作用如下：

（1）總閘門：安裝在油管頭的上面，用于控制油氣流入采油樹的通道，因此，在正常生產時它都是全開的，只有在需要長期關井或其他情況下才關閉。

（2）油管四通（或三通）：其上下分別與清蠟閘門和總閘門相連，兩側（或一側）與生產閘門相連。它既是連接部件，也是油氣流出和下井儀器的通道。

（3）生產閘門：安裝在油管四通或三通的兩側，其作用是控制油氣流向出油管線。正常生產時，生產閘門總是打開的，在更換檢查油嘴或油井停產時才關閉。

（4）清蠟閘門：安裝在采油樹最上端的一個閘門。正常生產時保持開啟狀態以便觀察油管壓力，它的上面可連接清蠟或試井用的防噴管，清蠟或試井時打開，清蠟或試井后關閉。

（5）套管四通：其上面與總閥門相通，下部連接套管頭，左右與套管閘門相連。它是油管套管匯集分流的主要部件。通過它密封油套環空、油套分流。外部是套管壓力，內部是油管壓力。

（6）回壓閘門：安裝在油嘴后的出油管線上，在檢查和更換油嘴以及維修生產閘門及修井作業時關閉，以防止出油管線內的流體倒流，有的油井在此位置上裝了一個單流閥代替了回壓閘門。

（7）防噴管：防噴管是用φ63mm（2.5in）油管制成，外部套φ89mm（3.5in）管，環空內循環蒸汽或熱水（油）保溫（不保溫循環的就不用外套），在自噴井中有兩個作用：一是在清蠟前后起下清蠟工具及溶化刮蠟片帶上來的蠟；二是各種測試、試井時的工具起下。

（8）單流閥：防止流出井口原油倒流回井筒。

2．地面流程主要設備

一般來說，自噴井井口地面流程都安裝一套能夠控制、調節油氣產量的采油樹；還有對油井產物和井口設備加熱保溫的一套裝置，以及計量油氣產量的裝置，主要包括加熱爐、油氣分離器、高壓離心泵及地面管線等。這一系列流程設備對其他采油方式也具有通用性。

二、機械采油

在油田開發過程中，由于油層本身壓力就很低，或由于開發一段時間后油層壓力下降，使油井不能自噴或不能保持自噴，有時雖能自噴但產量很低，必須借助人為能量進行采油，即利用一定的機械設備（地面和井下）將井中油氣采至地面的方法。機械采油可分為有桿泵采油和無桿泵采油兩大類。

（一）有桿泵采油

有桿泵采油裝置包括游梁式抽油機—深井泵裝置和地面驅動螺桿泵抽油裝置。

1．游梁式抽油機—深井泵裝置

1）游梁式抽油機

游梁式抽油機結構見圖5-4。它是有桿泵采油的主要地面機械傳動裝置。它和抽油桿、深井泵配合使用，能將原油抽到地面。使用抽油裝置的油井通常稱為“抽油井”。抽油機的工作特點是連續運轉、長年在野外、無人值守。因此，對抽油機的要求應當是強度高、使用壽命長、有一定的超載能力、安裝維修簡單、適應性強。

圖5-4游梁式抽油機結構圖

1—懸蠅器；2—毛辮子；3—驢頭；4—游梁；5—支架軸；6—橫梁軸；7—橫梁；8—連桿；9—平衡塊；10—曲柄；11—大皮帶輪；12—皮帶；13—電動機；14—輸入軸；15—輸出軸；16—曲柄銷；17—支架；18—底座；19—光桿

（1）主要部件的作用。

①驢頭：裝在游梁的前端，其作用是保證抽油時光桿始終對準井口中心位置。驢頭的弧線是以支架軸承為圓心、游梁前臂長為半徑畫弧而得到的。

②游梁：游梁固定在支架上，前端安裝驢頭承受井下負荷，后端連接連桿、曲柄、減速箱傳送電動機的動力。

③曲柄—連桿機構：它的作用是將電動機的旋轉運動變成驢頭的上下往復運動。在曲柄上有4～8個孔，是調節沖程時用的。

④減速箱：它的作用是將電動機的高速旋轉運動變成曲柄軸的低速轉動，同時支撐平衡塊。

⑤平衡塊：平衡塊裝在抽油機游梁尾部或曲柄軸上。它的作用是：當抽油機上沖程時，平衡塊向下運動，幫助克服驢頭上的負荷；在下沖程時，電動機使平衡塊向上運動，儲存能量。在平衡塊的作用下，可以減少抽油機上下沖程的負荷差別。

⑥懸繩器：它是連接光桿和驢頭的柔性連接件，還可以供動力儀測示功圖用。

（2）工作原理。

電動機將其高速旋轉運動通過皮帶和減速箱傳給曲柄軸，并帶動曲柄軸作低速旋轉運動；曲柄又通過連桿經橫梁帶動游梁上下擺動。游梁前端裝有驢頭，掛在驢頭上的懸繩器便帶動抽油桿作上下垂直往復運動，抽油桿帶動活塞運動，從而將原油抽出井筒。

2）深井泵

深井泵是油井的核心抽油設備，它是通過抽油桿和油管下到井中并沉沒在液面以下一定深度，靠抽吸作用將原油送到地面。

深井泵主要由工作筒（包括外筒和襯套）、活塞、游動閥（排出閥）及固定閥（吸入閥）組成，其工作原理見圖5-5。

圖5-5泵的工作原理圖

1—排出閥；2—活塞；3—襯套；4—吸入閥

上沖程：驢頭上行，抽油桿柱帶著活塞上行，活塞上的游動閥受內液柱的壓力而關閉。如管內已經充滿液體，則將在井口排出相當于活塞沖程長度的一段液體。與此同時，活塞下面泵筒內的壓力降低，當泵內壓力低于沉沒壓力（環行空間液柱壓力）時，在沉沒壓力的作用下固定閥被打開，原油進入泵內占據活塞所讓出的體積，如圖5-5（a）所示。

下沖程：驢頭下行，抽油桿柱帶著活塞向下運動，吸入泵內的液體受壓，泵內壓力升高。當此壓力與環形空間液柱壓力相等時，固定閥靠自重而關閉。在活塞繼續下行中，泵內壓力繼續升高，當泵內壓力超過活塞以上液柱壓力時，游動閥被頂開，活塞下部的液體通過游動閥進入上部油管中，即液體從泵中排出，如圖5-5（b）所示。

3）抽油桿及井口裝置

（1）抽油桿。

抽油桿是抽油裝置的重要組成部分，它上連抽油機，下接深井泵，起中間傳遞動力的作用。抽油桿的工作過程中受到多種載荷的作用，且上下運動過程中受力極不均勻，上行時受力大，下行時受力小。這樣一大一小反復作用的結果，很容易使金屬疲勞，使抽油桿產生斷裂。因此，要求抽油桿強度高、耐磨、耐疲勞。

抽油桿一般是由實心圓形鋼材制成的桿件。兩端均有加粗的鍛頭，下面有連接螺紋和搭扳手用的方形斷面。抽油桿柱最上面的一根抽油桿稱為光桿。光桿與井口密封填料盒配合使用，起密封井口的作用。

（2）井口裝置。

抽油井井口裝置和自噴井相似，承受壓力較低。它主要由套管四通（或套管三通）、油管四通（或油管三通）、膠皮閘門和光桿密封段（或密封填料盒）組成，其他附件的多少及連接方法，視各油田的具體情況而定。但無論采取什么形式，抽油井井口裝置必須具備能測示功圖、動液面，能取樣、觀察壓力等功能，并且要方便操作和管理。圖5-6是抽油井摻水井口裝置。

圖5-6抽油機摻水井口裝置

1—膠皮閘門；2—油管放空閥門；3—總閘門；4—套管測試閘門；5—套管閘門；6—回壓閘門；7—直通閥門（小循環）；8—熱洗閥門；9—摻水閥門（大循環）；10—單流閥；11—摻水調節閥；12—生產閘閥門；13—油壓表；14—光桿密封段；15—套壓表；16—套管出液閥

2．地面驅動螺桿泵抽油裝置

20世紀70年代后期，螺桿泵開始應用于原油開采。螺桿泵是一種容積式泵，按驅動形式可分為地面驅動螺桿泵和井下驅動螺桿泵。

地面驅動螺桿泵設備如圖5-7所示。它是由地面驅動系統、抽油桿柱、抽油桿柱扶正器、螺桿泵等部分組成。其工作原理是：螺桿泵是靠空腔排油（即轉子與定子間形成的一個個互不連通的封閉腔室），當轉子轉動時，封閉空腔沿軸線方向由吸入端向排出端方向運移。封閉腔在排出端消失，空腔內的原油也就隨之由吸入端均勻地擠到排出端，同時又在吸入端重新形成新的低壓空腔將原油吸入。這樣，封閉空腔不斷地形成、運移和消失，原油便不斷地充滿、擠壓和排出，從而把井中的原油不斷地吸入，通過油管舉升到井口。

圖5-7螺桿泵采油示意圖

1—電控箱；2—電動機；3—皮帶；4—減速箱；5—方卡子；6—專用井口；7—套壓表；8—抽油桿；9—油管；10—抽油桿扶正器；11、16—油管扶正器；12—定子；13—轉子；14—定位銷；15—油管防脫裝置；17—篩管；18—套管；19—絲堵

螺桿泵采油裝置結構簡單，占地面積小，有利于海上平臺和叢式井組采油；只有一個運動件（轉子），適合稠油井和出砂井應用；排量均勻，無脈動排油特征；閥內無閥件和復雜的流道，水力損失小；泵實際揚程受液體黏度影響大，黏度上升，泵揚程下降較大。

（二）無桿泵采油

無桿泵采油包括氣舉采油、電動潛油離心泵采油、井下驅動螺桿泵采油、水力活塞泵采油和射流泵采油。

1．氣舉采油

當油氣能量不足以維持油井自噴時，為使油井繼續出油，人為地將氣體（天然氣或空氣）壓入井底，利用氣體的膨脹能量將原油升舉到地面，這種采油方法稱為氣舉采油法。氣舉方式有環形空間進氣方式和中心進氣方式兩種。

氣舉采油法的井口、井下設備比較簡單，管理調節與自噴井一樣方便。

1）氣舉原理

以環形空間進氣方式為例。油井停產時，油管、套管內的液面在同一個位置上。開動壓風機向油套環形空間注入壓縮氣體（空氣或天然氣），環形空間液面被擠壓向下（如果不考慮液體被擠進油層，則環形空間內的液體全部進入油管），油管內液面上升，當環形空間的液面下降到管鞋時，壓風機達到最大壓力，稱為氣舉啟動壓力。當壓縮氣進入油管后，油管內原油混氣，液面不斷升高，直至噴出地面。

在開始噴出之前，井底壓力總是大于油層壓力。噴出之后，由于環形空間繼續壓入氣體，油管內混氣液體不斷噴出，使混氣液體的密度也越來越小，管鞋壓力急劇下降。當井底壓力低于油層壓力時，原油便從油層流入井底。由于油層出油，使油管內混氣液體的重度稍有增加，因而使壓縮機的壓力又有所上升，經過一段時間后趨于穩定，穩定后的壓風機壓力稱為氣舉工作壓力。這時，油層連續不斷地穩定出油，井口連續不斷地生產。

2）氣舉方式

氣舉方式有兩種：

（1）環形空間進氣方式。該氣舉方式也稱反舉。它是指壓縮氣體從油套環形空間注入，原油從油管中舉出。

（2）中心進氣方式。它與環形空間進氣方式正好相反，即從油管注氣，原油從油套環形空間返出。該氣舉方式也稱正舉。

當油中含蠟、含砂時，如采用中心進氣，因油流在環形空間流速低，砂子易沉降下來，同時在管子外壁的蠟也難清除，所以在實際工作中，多采用環形空間進氣方式。

3）氣舉采油的特點

氣舉采油的優點：井下設備一次性投資低，維修工作量小；井下無摩擦件，適宜于含砂、蠟、水的井；不受開采液體中腐蝕性物質和高溫的影響；易于在斜井、拐彎井、海上平臺使用；易于集中管理和控制。缺點：氣舉采油必須有充足的氣源；如在高壓下連續氣舉工作，安全性較差；套管損壞了的高產井、結蠟井和稠油井不宜采用氣舉；小油田和單井使用氣舉采油效果較差。

圖5-8潛油電泵井裝置示意圖

2．電動潛油離心泵采油

電動潛油離心泵（簡稱潛油電泵或電泵）屬于無桿泵抽油設備。它是用油管把離心泵和潛油電動機下入井中，用潛油電動機帶動離心泵把油舉升到地面。電泵的排量及揚程調節范圍大，適應性強，地面工藝流程簡單，管理方便，容易實現自動化，經濟效益高。

電泵設備由地面、中間和井下三大部分組成，如圖5-8所示。

地面部分由變壓器、接線盒、控制柜（配電盤）、電纜及井口裝置等組成，主要起控制、保護、記錄的作用。

中間部分主要是電纜，有動力電纜和引線電纜。動力電纜將地面電流傳送到井下引線電纜；而引線電纜的作用是連接動力電纜和電動機。

井下部分一般自上而下依次是泄油閥、單流閥和井下機組。井下機組包括多級離心泵、油氣分離器、保護器和潛油電動機。有的電泵井潛油電動機下部還裝有監測裝置，可測定井底壓力、溫度、電動機絕緣程度、液面升降情況，并將信號傳送給地面控制臺。

潛油電動機安裝在井下機組的最下部，是電泵的動力。地面的高壓電流經電纜傳輸給潛油電動機。潛油電動機把電能變為機械能輸出，通過軸帶動電泵工作。保護器安裝在潛油電動機的上部，起平衡電動機中的壓力，潤滑、密封電動機的作用。油氣分離器通常安裝在保護器的上端、多級離心泵的下端，用來分離原油中的游離氣體，提高泵效。多級離心泵由固定部分和轉動部分組成。轉動部分有泵軸，軸上安裝有大量葉輪。當電動機帶動泵軸上的葉輪高速旋轉時，充滿在葉輪內的液體在離心力的作用下，被甩向葉輪的四周，給井液加速，使井液具有動能，并由導殼引入次一級葉輪，這樣逐級疊加后就獲得一定揚程，并將井液舉升到地面。

電泵機組的工作過程可簡單地敘述為：地面電源通過潛油電泵專用電纜輸入給井下的潛油電動機，潛油電動機就帶動多級離心泵旋轉，通過離心泵多級葉輪的旋轉離心作用，將井底原油舉升抽汲到地面。

實踐表明，對于強水淹井、高產井、不同深度井以及定向井、多砂和多蠟井，電泵的使用效果都很好。其排量范圍為16～14310m3/d；最大下泵深度可達4600m，井下最高工作溫度可達230℃。

3．井下驅動螺桿泵采油

與地面驅動螺桿泵不同的是，井下驅動螺桿泵動力置于井底，不用抽油桿。其工作原理是：用油管將泵與電動機、保護器下入井內液面以下，電動機通過偏心聯軸節帶動螺桿轉動，而螺桿又是裝在襯套中，螺桿與襯套所形成的腔室之間是隔離的，當螺桿轉動時，這些腔室逐漸由下而上運動，使液體壓力不斷提高，從而將井液送到地面。

就目前的情況來看，地面驅動螺桿泵從技術上比較成熟；井下驅動螺桿泵有很多優點，但還處于實驗階段。

4．水力活塞泵采油

水力活塞泵是一種液壓傳動的無桿泵抽油裝置，是液壓傳動在抽油設備上的應用。與有桿泵相比，其根本特點是改變了能量的傳遞方式。水力活塞泵由地面、中間和井下三大部分組成，如圖5-9所示。

圖5-9開式水力活塞泵采油系統

1—高壓控制管匯；2—地面動力泵；3—發動機；4—動力液處理罐；5—井口裝置；6—井下泵工作筒；7—沉沒泵

地面部分包括動力液處理罐、發動機、地面動力泵、高壓控制管匯、閥組及井口裝置，擔負提供動力的任務。

中間部分是動力液由地面到井下機組的中心油管，乏動力液和產出液排至地面的專門通道。

井下部分由工作筒和沉沒泵等組成，起抽油的主要作用。

水力活塞泵的工作原理是：電動機帶動地面動力泵，從儲液罐來的液體經動力泵升壓后進入中心油管，高壓動力液體進入井下的水力活塞泵后，帶動泵工作，抽汲的液體和做功后的動力液共同經外層油管返回地面。

水力活塞泵排量范圍較大（16～1600m3/d），對油層深度、含蠟、稠油、斜井及水平井具有較強的適應性，可用于各種條件的油井開采，并可在溫度相對較高的井內工作。但機組結構復雜，加工精度要求高，動力液計量困難。

圖5-10射流泵工作原理圖

5．射流泵采油裝置

射流泵分為地面部分、中間部分和井下部分。其中地面部分和中間部分與水力活塞泵相同，所不同的是水力噴射泵只能安裝成開式動力液循環系統。井下部分是射流泵，由噴嘴、喉管和擴散管三部分組成，如圖5-10所示。

射流泵的工作原理：動力液從油管注入，經射流泵的上部流至噴嘴噴出，進入與地層液相連通的混合室。在噴嘴處，動力液的總壓頭幾乎全部變為速度水頭。進入混合室的原油則被動力液抽汲，與動力液混合后流入喉管，在喉管內進行動量和動能轉換，然后通過斷面逐漸擴大的擴散管，使速度水頭轉換為壓力水頭，從而將混合液舉升到地面。

射流泵的特點：井下設備沒有動力件；射流泵可坐入與水力活塞泵相同的工作筒內；不受舉升高度的限制；適于高產液井；初期投資高；腐蝕和磨損會使噴嘴損壞；地面設備維修費用相當高。

什么是無桿泵采油？

無桿泵(Rodless Pump)采油也是油田生產中常見的機械采油方式。無桿泵采油無需抽油桿柱，減少了抽油桿柱斷脫和磨損帶來的作業和修井費用，適用于開采特殊井身結構的油井。隨著我國各大油田相繼進入中后開采期，地質條件越來越復雜，無桿泵將會得到更廣泛的應用。本節介紹潛油電泵、水力活塞泵、射流泵及螺桿泵采油的基礎知識。

一、潛油電泵電動潛油離心泵(Electric Submersible Pump)簡稱潛油電泵、電潛泵或電泵，是國內外應用最廣泛的無桿泵之一。地面電源通過變壓器、控制屏和電纜將電能輸送給井下電機，電機帶動多級離心泵的葉輪旋轉，將電能轉換為機械能，把井中的液體舉升到地面上來。

1.系統部件潛油電泵系統主要由電機、保護器、氣液分離器、多級離心泵、電纜、控制屏、變壓器和接線盒等部件組成，如圖6-37所示。

圖6-37典型潛油電泵系統

1)電機潛油電機用于驅動離心泵，工作原理與地面電機相同。潛油電機頻率60Hz時轉速為3500r/min，功率范圍在5.6～745.7kW內，串聯使用可獲得所需功率。其內充填的潤滑油用于潤滑，并將電機運行產生的熱量傳給井液，冷卻電機。潛油電機必須安裝在井液流過的地方。

2)保護器保護器起到連接電機與泵、隔離電機油與井液、平衡井筒和電機內的壓力的作用。運行時，電機內的潤滑油因溫度升高而膨脹，保護器內有足夠的空間儲存溢出的潤滑油，防止電機壓力過高；油溫下降、體積收縮時，保護器內的油又補充給電機。保護器外殼可作為潤滑油的附加冷卻面，可以罩住承受泵軸重力和各種不平衡力的止推軸承。

3)氣液分離器泵吸入口氣液比超過10%時，泵的特性變差，甚至發生氣鎖。氣液分離器作為泵的吸入口，可以把進泵氣量控制在泵的承受范圍之內，減少氣體對泵的影響。沉降式分離器只能處理氣液比低于10%的井液，且分離效率低于37%。旋轉式分離器能處理氣液比小于30%的井液，且分離效率高達90%以上。可根據泵吸入口游離氣量選擇分離器，也可由分離器的能力確定泵的最小吸入壓力和產量。

對于氣體含量很高的井，高級氣體處理裝置可使氣液在泵中均勻混合，像單相流一樣，以防止氣鎖，大大提高泵的氣體處理能力。

4)電纜為井下電機送電的有圓電纜和扁電纜。扁電纜用于電機和套管環形空間較小的井。電纜中可以有多股銅導線或鋁導線，導線之間和導線外的絕緣層必須耐溫、耐壓、耐腐蝕。絕緣層外有鉛護套，并以金屬鎧甲保護。不同型號的電纜壓降不同。

5)控制屏控制屏能自動控制系統的啟動和停機，具有短路、過載、欠載保護功能以及欠載延時自動啟動功能，能隨時測量電流和電壓，跟蹤系統的運行狀況。變頻控制屏可以在30～90Hz內任意改變井下電機的頻率、轉速，靈活調節泵的排量，但不會把電源瞬變傳到井下。軟啟動功能可以減少機組的損壞。控制屏的電壓在600～4900V之間。

6)變壓器變壓器利用電磁感應原理，將電網電壓轉變為井下電機和地面系統所需要的電壓。

7)接線盒井口和控制屏之間必須安裝一個接線盒。其作用是將沿電纜芯線上升到井口的天然氣放空，防止天然氣直接進入控制屏，使控制屏產生電火花時引起爆炸。

單流閥、泄油閥、扶正器、傳感器和變速驅動裝置等為可選附屬部件。單流閥的作用是在停泵時用于保持油管柱充滿流體，易于啟泵，降低功率消耗；防止液體倒流使機組反轉而燒毀電機，損壞軸和軸承。起泵、卸油管時，泄油閥可防止管中的液體流到地面上。泄油閥裝在單流閥上方，與單流閥同時使用。扶正器使泵和電機在井內居中，以便有效冷卻電機，防止電纜的摩擦和損壞。傳感器用于測量井下壓力和溫度，便于自動控制。

2.安裝方式不同安裝方式的潛油電泵系統組成和用途不盡相同。

標準安裝方式(圖6-37)主要用于油井采油，從下至上依次是電機、保護器、氣液分離器、多級離心泵及其他附屬部件。標準安裝方式可以讓產出液從電機旁流過以冷卻電機。

底部吸入口安裝方式從下到上依次是吸入口、泵、排出口、保護器、電機。流體由插到井底的尾管進泵，環空排出。底部吸入口安裝方式可以提高排量和效率，適用于油管摩阻大或泵徑大的井。

底部排出口安裝方式從下到上依次是排出口、泵、吸入口、保護器、電機。流體從油、套管環形空間進泵，由尾管排到下部層位。底部排出口安裝方式適用于油田注水開發或氣井排水采氣。

3.離心泵工作特性井下多級離心泵由單級離心泵串聯組成，是舉升液體的關鍵部件。單級離心泵由裝在泵軸上的葉輪和固定在泵殼上的導輪組成。井下多級離心泵的工作原理與地面多級離心泵相同：葉輪旋轉的離心力使流道中的液體增壓、加速后從出口排出，將機械能轉變為流體的壓能和動能。導輪的流通面積逐漸擴大，使部分動能轉變成靜壓。流體再進入下一級葉輪、導輪。重復這一過程，直到泵的出口達到所需要的壓力。

離心泵的特性是指排量、壓頭、功率、效率與轉速的關系。排量是指泵在單位時間內輸送的流體體積。壓頭是指單位質量流體得到的能量，也稱為有效壓頭或揚程。功率是指電機傳給葉輪的功率，稱為泵的軸功率。有效功率是指泵內流體獲得的功率。有效功率與泵軸功率之比為效率。泵軸單位時間內的轉數叫做轉速。

泵的特性曲線一般是固定轉速，在相對密度為1、粘度為1mPa·s的清水中測得的，稱為泵的標準特性曲線，代表單級泵的工作特性，如圖6-38所示。泵吸入口氣液比小于10%時，可以采用泵的標準特性曲線,否則需減少游離氣進泵或采用兩相泵的特性進行設計。離心泵的實際工作特性非常復雜。

圖6-38泵的標準特性曲線

由于各種因素影響，實際壓頭一般都低于理論壓頭。葉輪流道內的沿程阻力會產生水力損失；高壓液體通過葉輪和導輪間隙的漏失引起容積損失；摩擦會造成機械損失。

氣體占據部分泵腔空間，減少了進泵的液體。氣體使流體密度下降，影響泵的功率及各種能量損失，使泵的特性變差，偏離單相液體的特性。氣量太大會導致泵內流體排不出去，造成排液中斷，這種現象稱為氣鎖。停泵可使泵內氣體上升以消除氣鎖。

當泵內流體的壓力低于飽和蒸汽壓時，會產生小氣泡。氣泡流入高壓區后會冷凝和破碎，產生很大的沖擊力。這種現象和水擊相似，稱作氣蝕。氣蝕會損壞泵，并使泵的工作特性變差、排量和效率下降。足夠的泵吸入壓力可以防止氣鎖和氣蝕。

4.潛油電泵井管理為提高運行效率、延長系統壽命，潛油電泵必須在最高效率點附近工作；泵的額定排量和壓頭要與井的生產能力相協調；電機功率必須滿足舉升流體的需要。如果油井產能預測不準、油藏動態發生變化、選泵不當，都會使油井生產不協調，造成過載或欠載運行。應取全、取準產量、含水率、生產氣油比、油壓、套壓、電流卡片、動液面和靜液面位置等生產資料。控制合理的生產壓差，保證泵高效工作。當油井產量在泵的最佳排量范圍內時，應連續運轉，這是潛油電泵最佳的工作制度。如果泵的排量大于油井的供液能力，可以換成小排量泵、從地面注入部分液體或利用控制屏的欠載延時再啟動功能實現自動間歇生產，但頻繁啟動和停機會降低潛油電泵的壽命。

潛油電泵排量小、含蠟量高的油井可能會結蠟。玻璃油管防蠟、刮蠟片清蠟、熱油循環清蠟、熱電纜清蠟及化學清蠟等，都能保證潛油電泵井的正常生產。其中玻璃油管和加化學藥劑最為有效。刮蠟片清蠟應注意下入深度。加熱法會引起電纜起泡，加速電纜絕緣層老化。

為保證潛油電泵長期正常運轉，少出故障，要經常對泵機組進行維護和保養。發現問題必須準確判斷原因，盡快排除故障，提高潛油電泵井的運轉時率，取得更好的經濟效益。

二、水力活塞泵水力活塞泵(Hydraulic Pump)是靠液壓傳遞動力的無桿抽油設備，它是從地面把高壓動力液注入井內，驅動井下馬達運轉。馬達活塞又帶動泵柱塞往復運動，把機械能傳給產出流體，使其獲得足夠的能量到達地面。系統主要由動力液罐、地面泵、控制管匯、井口控制閥和井下泵組成，如圖6-39所示。

圖6-39水力活塞泵系統

A—動力液罐；B—三缸高壓泵；C—控制管匯；D—井口控制閥；E—井下泵1.動力液系統地面動力液系統按管理的井數分為單井系統和中心站多井系統；按動力液排出方式分為開式和閉式系統。不同系統的設備、地面流程及處理能力不同，選擇時要考慮現有設備、場地和投資成本等因素。

閉式系統中，動力液和地層流體不混合。向動力液中加化學劑的成本低，地面分離設備簡單，但需要動力液返出管線。動力液不能對稠油起稀釋和降粘作用。閉式系統主要用于海洋和城市。

開式系統中，動力液和地層流體混合，由同一通道返出地面，井身結構簡單。熱動力液可稀釋粘稠的地層流體，但所加潤滑、防腐、除氧等化學劑會被地層流體稀釋，損耗較大。

動力液質量對系統的維修成本和使用壽命影響很大。用原油作動力液潤滑性較好，地面柱塞泵的維護少，需要的化學劑少，成本低。用水作動力液對環境污染小，安全性好，但無潤滑作用，易產生腐蝕和漏失，還需脫氧處理。動力液可根據現場情況和投資成本選擇。

2.井下泵裝置按動力液的流動方向，井下泵裝置可分為正循環和反循環系統。正循環系統中動力液從裝泵的油管注入，從未裝泵的流動通道返出。反循環系統中動力液從未裝泵的流動通道注入，從裝泵的油管返出，目的是保護套管、降低摩阻。

根據安裝方式，井下泵裝置分為自由式和固定式。自由式裝置操作簡單、方便，改變動力液的流向可完成起、下泵作業。正循環動力液將泵下到井底工作，反循環起出泵維修，減少了停產時間和作業成本。將壓力計裝在泵下部可進行產能測試和中途測試，便于自動化管理。起泵后，能對地層進行各種措施和作業。自由式裝置的井下泵的直徑受油管尺寸限制。固定式裝置的井下泵安裝在油管底部，泵的直徑不受油管尺寸限制，但檢泵、換泵時必須起、下油管。固定式裝置主要用于高產井。

按完井方式，井下泵裝置分為套管式和平行式。套管式裝置用于開式動力液系統中，油、套環形空間作為流動通道。如果氣量太大，可在環空中加裝排氣管。大套管中可用同心管插入式套管裝置，兩油管間的環空做流動通道，外油管和套管的環空排放氣體。平行式裝置在開式系統中是采用兩根平行油管完井；閉式系統還要添加動力液排出管。氣體從油管外、套管內的通道排出。平行式裝置主要用于需排放氣體、保護套管或套管已經損壞的井。

與地面動力液系統相對應，井下裝置也分為開式和閉式。目前，常用套管自由式正循環開式動力液系統裝置和平行自由式正循環開式動力液系統裝置。

3.工作原理井下水力活塞泵包括馬達和泵以及連接它們的空心活塞桿。馬達和泵可以有多個。單作用泵僅在上沖程或下沖程向地面排液，雙作用泵在上沖程和下沖程都向地面排液。圖6-40所示為單作用井下泵裝置。

圖6-40單作用井下泵裝置

注入井中的高壓動力液驅動水力活塞泵上的馬達往復運動，將高壓勢能轉變為機械能。馬達驅動泵，又將機械能轉變為液體的靜壓，使產出液具有足夠的能量流到地面上來。

馬達由馬達缸套、馬達活塞、馬達閥、閥桿和馬達排出口組成。下沖程中馬達閥向下，高壓動力液進入馬達活塞的上腔，活塞下腔的低壓動力液從馬達排出口排出。下沖程末，馬達閥向上換位，動力液反向流動。上沖程中，高壓動力液進入馬達活塞下腔，馬達活塞上腔的低壓動力液排出。上沖程末，馬達閥向下換位，動力液倒流，開始下一個循環。

馬達閥也稱為倒向閥，在各個交替的半沖程中，改變動力液的流向。馬達閥通過換位交替地將動力液注入馬達活塞的上、下腔，推動馬達活塞往復運動，帶動泵柱塞運動。

泵的主要部件是缸套、柱塞、吸入閥、排出閥和平衡管。下沖程中，馬達活塞帶動泵柱塞作向下運動，泵柱塞下腔的壓力上升，吸入閥關閉，排出閥打開，泵排出高壓流體。同時泵柱塞上腔的壓力下降，排出閥關閉。泵腔內壓力降到吸入閥開啟壓力時，吸入地層流體。上沖程中，馬達活塞帶動泵柱塞向上運動。同樣靠泵內上、下腔容積的改變，控制泵腔內壓力的升降、吸入閥和排出閥的開關，把井下液體舉升到地面上來。

馬達活塞面積越大，泵的排出壓頭越高；泵柱塞的面積越大，泵的排量越高。

水力活塞泵也存在余隙和氣鎖。吸入流體含游離氣時，在泵排出沖程末端，氣體被壓縮在余隙的流體中。泵柱塞反向運動時，余隙中的氣體膨脹，壓力下降緩慢，泵吸入閥打開滯后，泵的有效沖程減少。嚴重時始終不能打開吸入閥，泵抽不出油來，這就是氣鎖。

4.排量若視驅動馬達的動力液為不可壓縮液體，馬達實際排量就等于動力液流量。馬達有效排量是馬達排出口的流量。有效排量與實際排量之比即為馬達效率，其大小與漏失有關。漏失又取決于配合間隙、動力液的粘度、磨損等。馬達實際排量比額定排量小很多時，馬達閥的動作不協調；實際排量接近額定排量時，馬達的使用壽命較短。

泵的有效排量是吸入條件下泵排出地層流體的體積流量。游離氣占據空間，溶解氣會使液體膨脹，致使地面排量與泵的井下排量不同。泵的實際排量是指吸入條件下通過泵的地層流體的體積流量。有效排量與實際排量之比即為漏失效率。漏失效率用以描述漏失、氣體降低有效沖程或造成間歇氣鎖等綜合影響。泵的額定排量是吸入條件、額定轉速下的實際排量。實際排量應小于額定排量。以額定排量選擇水力活塞泵，必須滿足排量要求，并與油井的產能相協調；要有足夠的舉升壓力以保證所需的井口剩余壓力。

三、水力射流泵水力射流泵(Hydraulic Jet Pump)簡稱射流泵。其生產系統由地面儲液罐、地面高壓泵和井下射流泵組成。射流泵與水力活塞泵的井下總成可以互換。射流泵的井下裝置也分為自由式和固定式，均采用開式動力液系統。

射流泵井下無運動部件，對于高溫深井、高產井、含砂、含腐蝕性介質、稠油以及高氣油比油井具有較強的適應性。其結構緊湊，還可適用于斜井、水平井。射流泵能自由投撈，靈活方便，可進行產能測試，維護費用低。

1.射流泵的結構及工作原理射流泵是通過兩種流體之間的動量交換傳遞能量的。典型的套管自由式井下射流泵如圖6-41所示，主要由噴嘴、喉管和擴散管等元件組成。噴嘴相當于射流泵的馬達，將動力液高壓勢能轉變為高速動能。喉管是直徑比噴嘴出口大的長圓筒，高速動力液與低速產出液在其中完全混合，交換動量。擴散管的橫截面沿流動方向逐漸增大，將動能轉變為靜壓，使混合流體獲得足夠的能量上升到地面上來。

圖6-41套管自由式井下射流泵

2.壓力損失射流泵的能量損失包括摩阻損失和混合損失，其大小與流體性質、流量、壓力及泵的結構參數等有關。噴嘴、吸入腔室、喉管和擴散管中都存在摩阻損失。設計得當可以消除吸入腔室的摩阻損失。混合損失主要發生在喉管內，其他部位很少，喉管長度是影響混合損失的主要參數。選泵時必須考慮這些影響因素，摩阻損失、混合損失之和最小為最佳選擇。同時，所選泵必須滿足井對排量和舉升高度的要求，在不出現氣蝕時效率最高。

3.氣體影響氣體要占據體積，使泵的液體排量下降。氣體也對泵內壓力損失產生影響。吸入腔室的壓力下降會導致脫氣，產生滑脫。氣體造成混合速度、濃度分布極不均勻，使泵效下降。泵的結構不同，氣體的影響程度差別較大。同時，氣體的舉升作用有利于降低排出管的壓力損失。

氣蝕對射流泵的正常工作影響很大。噴嘴和喉管之間的環形面積是產液進泵的吸入面積。環形面積越小，吸入流體的速度越高，喉管入口處的壓力越低。吸入壓力低于流體的蒸氣壓時產生小氣泡。氣泡進入喉管的高壓區就會冷凝和破碎，對泵產生沖蝕，這種現象稱為氣蝕。當氣蝕發生時，增加動力液流量不會提高產量。對一定的產量和吸入壓力，剛好能避免氣蝕的環形面積稱為最小氣蝕面積。

四、螺桿泵螺桿泵(Progressing Cavity Pump)是一種新型機械采油裝置。其工作可靠、容積效率高、抗磨蝕性能好，適用于高粘、高含砂、高含氣原油的開采。隨著合成橡膠及粘結技術的發展，螺桿泵采油成為稠油冷采、聚合物驅油田的主要舉升方式。

螺桿泵裝置可分為地面驅動和井下驅動兩類。地面驅動螺桿泵主要由驅動系統、連接器、抽油桿柱及井下泵組成，抽油桿柱旋轉驅動井下螺桿泵。井下驅動螺桿泵的電機、保護器和螺桿泵裝在井下，典型系統如圖6-42所示。

圖6-42井下驅動螺桿泵

螺桿泵由能轉動的單螺桿(轉子)和固定襯套(定子)組成。如圖6-43所示，E為螺桿偏心距，襯套內表面由橡膠制成，螺桿沿襯套內表面滾動使螺桿軸線繞襯套軸線旋轉，因此螺桿與傳動軸必須采用萬向軸或偏心聯軸節連接。

圖6-43螺桿泵結構示意圖

電纜把電源動力傳給井下電機，電機帶動螺桿泵旋轉，使產出液體獲得足夠的能量排到地面。螺桿在襯套內偏心旋轉時形成一系列密封腔。當泵吸入端的密封腔容積增大時，腔內壓力下降，流體進入。隨著螺桿轉動，這個腔室開始封閉，并向排出口移動，壓力不斷上升。當一個密封腔消失時，另一個同樣的密封腔形成，因此排量非常均勻。對于相同級數的螺桿泵，排量隨著壓頭的增加而下降。不同型號的螺桿泵特性不一樣，一般用清水測試獲得，用于選擇和設計。

思考題

1.為什么我們最希望采用自噴采油方法？

2.什么是流入動態關系？單相流和溶解氣驅的IPR曲線形狀怎樣？

3.無因次IPR曲線有何特點？Vogel方程描述什么關系？

4.什么是采油指數？單相滲流和油氣兩相滲流的采油指數有何異同？

r=pb=20MPa，井底流壓為12MPa時的產油量為60m3/d。(1)計算該井的最大產量；(2)計算井底流壓為10MPa時的產量，并繪制IPR曲線。(3)若FE=0.8，結果會怎樣變化？

6.試述兩相垂直管流的流動型態及其特點？

7.62mm內徑油管中的液體流量為0.8m3/s，氣體流量為0.6m3/s,持液率為0.7，計算其滑脫速度。

8.油嘴有何作用？油嘴流動的特點是什么？

9.怎樣才能達到臨界流動狀態？

10.什么是協調工作點？油井如何才能達到協調生產？

11.有哪幾類節點？節點分析方法的基本思路如何？

12.基本的氣舉系統包括哪幾個部分？

13.試述氣舉閥的類型、作用及其工作原理。

14.簡述氣舉裝置的類型及其適用條件。

15.試述連續氣舉的卸載過程。

16.常規間歇氣舉的每個循環周期可分為哪些階段？

17.簡述連續氣舉與間歇氣舉的異同。

18.何為氣舉的啟動壓力和工作壓力？

19.抽油機有哪些類型？

20.游梁式抽油機主要由哪些部件組成？其型號如何表示？

21.試述抽油泵的類型、基本結構及工作原理。

22.有桿泵抽油過程中下沖程油井出油嗎？出多少？泵的理論排量如何計算？

=Wr+WL。

24.某井下泵深度Lp=1200m，泵徑D=56mm，沖程S=3m，沖次n=12min-1，抽油桿直徑22mm，油管內徑、外徑分別為62mm、73mm，產出液體平均密度ρL=850kg/m3。計算懸點最大和最小載荷。

25.抽油機為什么要調平衡？有哪幾種平衡方式？平衡的基本原理如何？

26.分析影響泵效的主要因素以及提高泵效的措施。

27.氣體影響與供液不足的典型示功圖有何異同？

28.說明連抽帶噴、固定閥嚴重漏失和抽油桿斷脫時的典型示功圖特征，如何判別？

29.何謂光桿功率、水功率和有桿抽油系統效率？

30.無桿泵采油包括哪些方法？各有何特點？

31.潛油電泵系統包括哪些部件？

32.潛油電泵井中,為什么產出液體必須從電機外流過？

33.潛油電泵井中,為什么需采用高效率的井下氣液分離器？

34.水力活塞泵的開式系統和閉式系統各有何特點？

35.采油方法有哪些？各自的采油原理是什么？

很赞哦!（9）