第十四章-聚合物驱油注入和举升工艺(共30页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上第十四章 聚合物驱油注入和举升工艺基础第一节 聚合物注入井完井工艺一、概述完井是继钻井、固井之后的一项重要工序，是衔接于钻井与采油之间的关键环节。在油水井长期生产过程中，要确保各种浓度的聚合物溶液段塞能顺利的注入地层中，在油层中被聚合物溶液驱替到油井井底周围的含有聚合物的油气能顺利的流入井中。简言之，就是尽量做到使油层对井底有最大的渗滤面积和最好的出油条件，给聚合物溶液注入油层和油流入井造成良好的通道。完井的方式有多种，其中应用最为广泛的是射孔完井。聚合物注入井均采用这种完井方式。所谓射孔，是指利用专业的仪器设备将射孔器输送到射孔目的层，射穿封闭产层的套管及水泥环直至

2、地层，构成产层与井筒间的流体流通通道。进入注入井井筒的聚合物溶液就是通过射孔炮眼进入地层从而达到驱油的目的。二、固井质量和注入管柱要求1固井质量要求在射孔完井之前，要检查固井质量，聚合物注入井固井质量应达到如下要求：（1）用声幅曲线检查固井质量，相对幅度小于40%。（2）用声波变密度检查固井质量，水泥胶结指数（BZ）大于0.8。（3）射孔前清水试压15MPa，30min不降。（4）套管外径140mm，壁厚7.72mm。2注入管柱要求（1）为保证聚合物溶液注入到油层中有足够的粘度，要求注入管柱对聚合物溶液的剪切速度较低；（2）井下注入管柱要采取防腐措施，避免对聚合物溶液和油层表面造成伤害；（3）

3、因为聚合物溶液的注入压力在相当长的一段时间内要高于注水时注入压力，所以要求井下注入管柱的耐压性能要优于常规的注水管柱；（4）井下注入管柱特别是分层注入管柱，在可能产生节流的地方，一是要注意增加流道，尽量降低其流速，二是注意要光滑平整。三、射孔方式的选择射孔工艺技术目前主要有三种，即电缆输送式射孔、油管输送式射孔和负压射孔，其中电缆输送式射孔又分为有枪身和无枪身两种。聚合物注入井应最大限度地减小聚合物溶液的粘度损失以保证其驱油效果，因此在射孔方式的选择上应充分考虑射孔炮眼对聚合物溶液的自切作用。1射孔炮眼目前油田应用的射孔弹绝大部分为聚能射孔弹，而聚能射孔弹爆炸以后，产生出高温（20005000

4、）、高压（几个几万兆帕）的冲击波，使药型罩形成速度达1000m/s的微金属射流，这股高速射流在遇到障碍物时，产生约MPa的压力，从而来穿透套管、水泥环及地层岩石，形成一个孔眼。但射流所遇到的障碍物并未消失。套管、水泥环、岩石受到高温、高压射流冲击后变形、破碎和压实，在射孔孔道的周围就会形成一个压实罩，实验室研究认为这一压实破碎层厚约0.641.27cm，渗透率为原始渗透率的7%20%。2聚合物溶液在炮眼中的剪切降解（1）理论计算公式目前，多采用聚合物驱油一石油科学进展24中所推荐的公式来衡量聚合物溶液在多孔介质中受剪切的程度，其表达式为：（14-1）式中等效剪切速率，用来衡量聚合物溶液受剪切程

5、度，；一一聚合物溶液的幕律指数；一一流速，m/s；一一岩石渗透率，m2；岩石孔隙度。从公式（141）中可以看出，和、分别属于聚合物溶液和岩层的固有值，要减小溶液的受剪切程度就必须最大限度地降低U值，即面积流速，它等于单位时间内注入量（）与过流面积（）之比。显而易见，注入过程中配注量是一定的，这就要求我们增大聚合物溶液的过流面积射孔孔眼的内表面积和孔眼数，即射孔完井工艺要求是大孔径、大孔深和大孔密。（2）矿场试验结果聚合物试验区内的有关试验结果表明，射孔炮眼是聚合物溶液发生剪切降粘最严重的部位，其粘度损失约占整个注入过程粘度损失的60%。因此，采用大孔径、大孔深、大孔密的射孔方式完井是注聚合物井

6、必须采取的技术措施。根据这一需要，目前油田上广泛采用电缆输送式有枪身射孔方式进行注聚合物井的完井作业。四、有枪身射孔工艺按照射孔施工工艺的不同，可把有枪身射孔分为有枪身油管射孔和有枪身套管射孔。根射孔器外径尺寸分类，可把有枪身射孔划分为：YD-73枪射孔，YD-89枪射孔，YD-I02枪射孔、YD-127枪射孔和FG51枪过油管射孔等。由于有枪身过油管射孔受到油管内径及枪身卡径的限制，与射孔枪配套的射孔弹无法向高孔密、深穿透、大孔径方向发展，且射孔施工需要在地面配备一套较复杂的防喷装置，不适用于油田长井段、多层位射孔开发的特点，所以未被采用，而有枪身套管射孔以其枪身种类多、适应性强，可实现高孔

7、密、深穿透、大孔径被广泛采用。1工艺技术原理射孔前先用油管探人工井底，再用等于井筒容积二倍的清水替出钻井液，并清洗井筒，使进出口水相对密度达到1.0（如有特殊要求时，再替入其它压井液或射孔完井液）。然后起出井内油管等待射孔。射孔时采用硬连接方式将射孔器、定位器和电缆联成一串，分次用地面仪器设备输送到射孔目的层，采用定位射孔的方法确定每次射孔深度后，用专用的安全雷管起爆器引爆射孔器，在套管内完成射孔。当最后一次射孔完成时，将油管下人完成深度，装采油树，等待交井。在进行有枪身套管射孔时应根据套管尺寸合理选择射孔枪，尽可能减小枪身与套管的间隙，一般选择范围见表8-1。表14-1射孔枪外径选择表套管尺

8、寸，mm89（31/2”）102（4”）127（5”）140（51/2”）178（7”）245（95/8”）枪身外径，mm51606073738989102102127127178有枪身射孔一次下井枪身长度最长为9m，最短为1m，一般情况下为24m。完成一口射孔井需要多次下井，对于高压地层的射孔，将不易有效地控制井喷，射孔过程中如遇井涌、井喷时，需迅速拆除射孔装置，抢下油管进行循环压井。2.技术特点有枪身套管射孔具有如下几方面的技术特点：（1）可根据套管尺寸和地质要求，选择射孔器类型，满足工程和地质需要（参见表14-2、表14一3）。表14-2射孔枪穿透性数据表14-3射孔工程应用数据（2）可

9、实现高孔密、多相位、大孔径、深穿透的射孔方式，降低聚合物溶液的粘度损失，可穿透地层污染带，提高射孔流动效率。（3）可根据区域压力分布情况，选择与地层II配伍的射孔完井液，可有效地预防射孔井喷和地层污染。（4）枪身、仪器采用硬连接，使用安全雷管和变频起爆装置，连接方便，安全可靠。（5）射孔时的冲击能量大部分被枪身吸收，有利于对套管、水泥环的保护。（6）射孔弹爆炸后的碎片存留在射孔枪内，可减轻对井筒的污染。第二节 聚合物驱注入工艺一、笼统注入工艺聚合物驱大部分采用笼统注入管柱。笼统注入工艺主要考虑如何防止聚合物溶液降解。所有聚合物溶液都是在流速非常高的情况下发生降解的，但是水解聚丙烯酰胺在正常操条

10、件下也很敏感，尤其是在盐水的含量或硬度很高的情况下更是如此，其中对高价阳离子为敏感，因为这些阴离子化的分子其离子的偶合相对来说是很脆弱的，此外，伸展应力同剪切应力一样对聚合物溶液具有破坏性，而这二者通常又是伴生的。因此，在注入井管柱中采用光油管可防止铁离子（可发生络合反应而导致降解）和节流现象的发生。故笼统注入管柱使用了光油管，其基本结构为：油管十喇叭口（如图81）。一般使用封隔器，型号多为752-6。完井深度为射孔顶界以上510m。 14-4主要技术指标 表8-5主要技术指标为防止二价铁离子对聚合物产生的化学降解作用，油管须用内外壁涂料管或化学镀镍管，其主要技术要求：涂料选用环氧酸醛涂料。

11、14-5主要技术指标 表8-5主要技术指标图14-1笼统注入管柱1一封隔器；2一油管；3一喇叭口；4一套管 表8-5主要技术指标二、分层注入工艺随着三次采油技术的发展，聚合物驱油已由单层注采向双层注采和多层注采方向发展，但在双层驱和多层驱的情况下，笼统注入由于油层非均质和高粘度聚合物的双重作用，聚合物溶液主要进入高渗透层，中低渗透层波及程度低，致使层间矛盾更加突出，驱油效果差，聚合物驱的开发效果受到一定影响。 采用分注工艺，首先要认清聚合物属非牛顿液体，它具有很强的能变性，很容易在节流部位发生降解。因此，目前油田广泛应用的分层配水工艺都不适应配注聚合物的要求，而采用间歇式的分注方式，将会使聚合

12、物在地层中产生“滞留”，影响地层的吸入能力。从聚合物试验区矿场资料来看，采用笼统方式注入导致注入井各层吸入量及采出井产出剖面很不均衡，达不到理想的驱替效果。图142双层分注完井管柱（一）工艺管柱及其工作原理工艺管柱的基本结构见图142。整套管柱主要由两部分组成：一是可钻式丢手部分；二是插入部分。可钻式丢手部分由上、下可钻式封隔器、延伸工作筒组成，主要作用是与内外插入密封套使用实现双层分隔及封墙射孔井段以上环形空间，防止铁离子对聚合物产生降解作用。插入管柱部分内管由向50mm内外表面涂料油管、洗井滑套开关、伸缩器、定位器、内插封段等组成；外管由89mm内表面涂料油管及外插入密封段组成。这样既解决

13、了笼统注的层间干扰问题，又可防止聚合物流经水嘴时的剪切降解和铁离子的伤害，不仅提高了注入质量，同时该工艺可实现单井分压、分量、分层注入及洗井，分层注入量可在地面控制，计量简便、直观、准确，又减小了测试工作的劳动强度。（二）工艺管柱的配套工具及规范聚合物驱双层分注管柱由上、下封隔器、配套座封工具、洗井滑套开关、内外插入密封段等十四种配套工具组成（见表8-6）。表146聚合物驱双层分注管柱配套工具及规范（三）工艺管柱主要配套工具的结构及工作原理井下工具包括：上、下可钻式封隔器，内、外插入密封段，洗井滑套开关、伸缩器、定位器、延伸工作筒等。地面配套工具包括：封隔器座封工具、移位器、振荡器、钻井工具等

14、。1上、下可钻式封隔器和座封工具的结构及工作原理（1）上、下可钻式封隔器Y443114（）a、b的结构Y443-114（）a、b封隔器与可钻式封隔器Y443-114（）的结构基本相同，都是由限位机构、密封元件、保护件和卡瓦等四部分组成。两者的区别在于：a为保证上封隔器Y443-114（）a与外管密封插入后具有必要的内通径，将封器与密封段的内密封改为外密封。b为使74mm定位器通过上封隔器后定位于下封隔器中，将Y443-114（）封隔器中心管上端丢手扣由“特方896-左”改为“特方744-左”。（2）Y443-114（）a、b座封工具的结构aY443-114（）a座封工具的液压传动部分与Y443

15、-114（）座封工具相同，不同的是：由原来的旋转丢手改为液压拉断丢手销钉的方式丢手。bY443-114（）b座封工具为电缆投送爆炸座封工具。封隔器与座封工具的工作原理：当座封工具打压（或电点火）时，封隔器的中心管，下卡瓦及下接头是相对不动的，坐封器的外套推动封隔器的坐封套子向下移动，剪断上卡瓦支撑体上的销钉，使上卡瓦卡住井壁，继续加压剪断上锥体上的销钉，压缩胶筒，再剪断下锥体上的销钉，坐碎下卡瓦，使封隔器完全座封，继续加压，座封器上的拉力接头与封隔器中心管连接的丢手销钉被剪断，使座封工具与封隔器脱开。锁紧环在封隔器坐封后锁紧在中心管上，封隔器完全坐封。2内、外插入密封段的结构及工作原理（1）内

16、插入密封段由74mm定位器及68mm密封段组成。其作用是与下封隔器配合，锚定井使内管保护自由伸长状态封隔油层。（2）外插入密封段由上接头、密封件、保护件及下接头组成。其作用是实现与上封隔器外密封而配合密封。二者密封的可靠与否，直接关系到射孔井段以上套管能否得到保护以及能否避免注入液与铁离子接触。3滑套的结构及工作原理（1）滑套主要由卡套、密封节（循环套）、定位爪及密封件等组成。它是分注管柱的一个E要组成部分，主要用于完成上层洗井。（2）移位器（见图8-8）主要由本体、压簧、捞爪及安全装置等组成。它利用2.2mm以上钢丝携带，可实现滑套的“打开”与“关闭”。工作原理：当滑套需要打开洗井时，将上接

17、振荡器、加重杆正装的移位器下人井内。当其进入并通过滑套后，再上移，移位器的捞爪卡在循环套上台阶，继续上提，循环套上的定位爪由“关冒”位置移至“打开”位置，这时捞爪接触到上接头的台阶，继续上提，使捞爪收回，将移位器起出。当滑套需要关闭时，将该移位器倒装下入，当进入滑套后，捞爪卡在定位爪的下|台阶上，向下振击，定位爪由打开位置进入“关闭”锁槽内，此时，捞爪接触到下接头回收阶上，继续向下振击，捞爪收回并通过滑套35m，证明确实关闭，然后上提钢丝即可取移位器。如果移位器卡人井内起不出时，可继续上提一定负荷将其中的安全销拉断（拉断力小于量的抗拉强度），即可安全起出。4伸缩器的结构及工作原理伸缩器主要由外

18、套、伸缩管、密封件等组成。它与定位器配套使用，可使内管处于自由伸长状态，并有利于调配管柱。（四）工具组装总要求（1）各零件必须清除毛刺、铁屑、脏物，并逐一检验各零件尺寸，符合图纸要求方可进行装.（2）各油管扣必须用12层聚乙烯薄膜缠紧，并用900mm80mm（36”）管钳拧紧，保证20MPa压力下密封。（3）各密封圈槽底必须清除干净，每批胶筒进行抽样检查以保证密封的可靠性。（4）密封圈拧紧后不得有拧扭及损伤，并涂钙基润滑油脂。（5）各剪切销钉上紧后，必须退扣1/4周，否则剪断的销钉头将卡阻活动件的移动。五、双层分注管柱使用效果双层分注管柱有如下工艺效果：（1） 解决了分层注入聚合物的问题，可以

19、实现分压力、分流量、分浓度分注双层，可对欠注层加强注，超注层限制注；（2） 分层注入量在井口控制，控制方便，计量直观准确，尤其是避免了常规水嘴节流控制注入量而产生的聚合物剪切降解；（3） 解决了下层测静压及下层测吸水剖面的问题，测试劳动强度较传统配注测试工作减轻了；（4） 还能够满足双层洗井的要求。在大庆几个采油厂进行的矿场试验结果表明，双管一次施工成功率可达100%。该技术既避免了聚合物流经水嘴时造成的剪切降解问题，又可使射孔井段以上套管不承受高压，同时实现了不同聚合物分子量不同浓度的分层定量注入，较好地解决了由于笼统注入方式导致的层间干扰问题。通过聚合物的双层分注，使周围采出井见到了更明显

20、的降液增油效果。示踪剂跟踪结果表明：双管密封可靠，可满足双层分注及洗井的要求，而且配注方便，降低了传统配注测试工作的劳动强度，又可减少掉、卡事故的发生。图14-3潜油电泵管柱组第三节 电泵井采油一、电泵采油系统的组成潜油电泵主要由七个部分组成：潜油电机、潜油泵、保护器、分离器、潜油电缆控制、控制柜和变压器。与其配套使用的还有小扁电缆护罩、电缆卡子、单流阀、泄油阀、扶正器等。其组成与结构可见图8一3。1.地面部分（1）变压器变压器的作用是利用电磁感应作用，把一种电压的交流电能转变成频率相同的另一种电压的交流电能。潜油电泵专用变压器一般为油浸式三相三线圈电力变压器，其基本结构可分四个部分：a铁芯：

21、铁芯是变压器的磁路部分。铁芯分为铁芯柱和铁辄两侧分，铁芯柱上套线圈，铁辄将铁剧柱连接起来，使之形成闭合磁路.b线圈线圈是变压器的电路部分，般用绝缘漆绝缘的铝线或铜钱成。国产潜油电泵专用变压器的线圈用绝缘铜线绕成。c绝缘结构变压器的绝缘可分为外部绝缘与内部绝缘。外部绝缘是指油箱盖外的绝缘，内部绝缘是指油箱盖内的绝缘。d油箱和其它附件铁芯和线圈组成变压器的器身，器身放置在装有变压器油的油箱内，在油浸变压器中，变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质。（2）控制柜潜油电泵的启动和停机，以及运行中的一系列控制，需要专门的控制设备来完成。潜油电泵专用控制柜分为手动、自动两种控制方式，供电电源为交流50Hz，工

22、作电压为4002500V。额定电流最大为150A。控制柜具有短路保护、单相保护、三相过流保护和欠载停机、延时自动启动功能。通过仪表可随时测量电机运行电压、电流参数，并自动记录电机运行电施，从而使管理人员及时掌握和判断电机运行状况。（3）接线盒接线盒的作用是连接控制柜到井口之间的潜油电泵动力电缆，以排除电缆中的气体，防止油井中的易燃气体进入控制柜，发生火灾或爆炸。因此，每口电泵井都必须安装接线盒。接线盒距井口的距离不小于3m，高度不低于0.5m。接线盒到控制柜的电缆应埋地0.2m以下。2井下部分（1）潜油泵潜油泵由多级叶轮、导壳组成，叶轮、导壳的结构形式决定潜油泵的排量，叶轮、导壳组数是决定潜油

23、泵的扬程和匹配潜油电机功率的重要因素。（2）保护器保护器主要是保护潜油电机的，它能阻止井液进入潜油电机，避免烧毁潜油电机。保护在潜油电泵机组中主要有以下四个作用：a密封潜油电机艳的动力输出端，防止井液进入潜油电机。b保护器的充油腔体与油井连通，从而平衡潜油电机和保护器中各密封部位两端的压差。带油电机因温度升高而使润滑油膨胀时，润滑油可通过保护器溢出；当潜油电机因停机温降时，保护器可向潜油电机补充润滑油。c内设一个推力轴承，承担作用在泵轴、分离器轴和保护器轴向下的轴向力。d联接潜油电机轴与泵轴，连接潜油电机壳体与潜油泵壳体。（3）潜油电机潜油电泵机组中使用的电机为二极三相鼠笼式异步电动机。该电机

24、在50Hz频率工作时，为2850r/min，在60Hz频率工作时，转速为3420r/min。潜油电机工作原理：当三相交流电通过电缆输送到电机定子绕组时，流入电机的电流在内产生一同步旋转磁场，该磁场与转子切割时，转子绕组中有感应电流产生，由于通电在磁场内受磁力的作用，转子就会跟着磁场旋转，如果电机轴端带有机械负载，电机输出机械功率，从而将电能转变为机械能。潜油电机为立式悬挂结构，主要由定子、转子、止推轴承、扶正轴承、电机头、下接头威。电机为密闭式，腔内充满高纯度、高介电强度的矿物油，它在电机内起润滑、绝缘和传递热量的作用。（4）分离器对于含气电泵井，井液在进入潜油泵之前，要先通过油气分离器进行气

25、、液分离，以减少气体对潜油泵工作性能的影响。分离器的基本结构形成式有两种，一种是旋转式分离器，另一种是沉降式分离器。旋转式分离器工作原理：气、液混合物进入分离器后，由抗气蚀性能良好的诱导轮引入到叶轮，由叶轮来提高其扬程和旋转速度，然后由导流轮再进一步提高其旋转速度，使气、液混合物在高速旋转的条件下进入分离腔。在相同运动条件下，质量愈大，受到的离心力也愈大。这样，质量大的液体被甩到分离腔的外缘，而气体则被外缘的液体挤向分离腔中部，两者均呈螺旋上升。上升至分流环时，气体经分流轮中的气体流道被引出分离器，进入套管与油管的环形空间。液体经分流轮中的液体流道被引人潜油泵。从而实现气、液分离。二、电泵工作

26、原理潜油泵在使用时应完全浸没在被抽的液体中，使潜油泵内首先充满液体。当地面接通电源启动后，潜油电机带动潜油泵轴上的叶轮高速旋转，叶轮叶片驱使叶轮流道内的液体转动，这部分转动的液体在离心力的作用下向叶轮外缘流去，由于液体流动的连续性，这部分向叶轮外缘流动的液体对叶轮吸入口处的液体产生一种吸力，使叶轮吸入口处的液体来填充流向叶轮外缘的那部分液体所占有的位置绕流叶片，在这一过程中，叶轮中的液体绕流叶片，在液体绕流运动中叶轮的叶片对液体作用一升力，使液体获得能量而流出叶轮，这时液体的功能与压能均增大。流出叶轮的液体直接进入导壳的压出室，压出室把这部分液体收集起来，适当降低液体的流动速度，将部分动能转化

27、为压能后，再将这部分液体引入下一级导壳的吸入室，供下一级叶轮抽吸。这样液体流过潜油泵内的逐级叶轮、导壳，每流过一级叶轮、导壳，其压能就提高一次。经逐级压能叠加后，在潜油泵的出口处就获得一定的压能，即潜油泵产生一定的扬程，从而达到抽送液体的目的。第四节抽油机采油一、聚合物抽油井机、杆、泵的选择聚合物驱采出井利用抽油机深井泵举升井液，虽然在采出液中聚合物浓度超出40mg/L时系统效率有所下降，但还是能满足生产要求的。聚合物驱采出井抽油机深井泵系统选型设计时除充分考虑采出液的特性外可比照常规抽油机深井泵的系统的设计方法。执行SY/T5873.1-93标准。设计原则如下。1抽油机选择a所选择的抽油机应

28、在其经济寿命期内满足油井开发界限上最大供液能力的需要；b所选择的抽油机，应在使用期内的大部分时间内具有较高的载荷利用率、扭矩利用率和电机功率利用率；c对一般条件的井应选用基本型抽油机，对稠油井或产能较高而套管直径相对较小的井，应选用具有较大冲程型号的抽油机。 图8-9PH井采出液聚合物浓度与吨液耗电关系曲线d所选择的抽油机应进行区域统筹，对同一油区或同一采油厂矿来说，所选机型不应太杂，流体条件和载荷要求都相近的井应尽量选用同一规格和型号的抽油机。2.抽油杆选择a抽油杆材质和级别的选择，应根据油井流体条件和载荷类型确定。对井液具有腐蚀性的油井，应先选择耐腐蚀材质的抽油杆（K级杆或D十K级），对下

29、泵深度较深的油井，应选择强度较高的材质CD或H级杆）；b选择的抽油杆级数和各级直径，在满足载荷需要的前提下，应以质量最小为原则计算确定。对泵上第一级杆柱，可在必要情况下考虑加重。3抽油泵选择a所选择的泵径，应以当前油井的预测产液能力为计算依据。对常规流体条件和下泵深度的井，应以最大冲程、中等冲次为原则计算得出；对稠油或深泵挂井，应以最大冲程、较低冲次计算得出，以求得到合理的生产效果，并能在投产后，当油井的实际供液能力与预测值有一定出入时有地面调参的余地；b选择的有效泵筒长度，应大于该井抽油机的最大冲程与柱塞长度之和，并考虑到防冲距的长度；c选择的泵间隙等级，应根据井液的粘度确定，一般条件下（少

30、于O.1Pas）可选用l级泵，井液粘度较高（0.1o.43Pas）可选用E级泵，对高粘油井（0.431.10Pas）可选用E级泵，井液粘度特高（大于1.lPas）可使用更大间隙的泵；各级泵的最大漏失量应不高于SY5059中规定的数值；d对小产量的深抽井，应选用杆式泵，以减少检泵作业工作量；e对含气高、多砂、高粘等特殊条件的油井，可考虑采用特殊泵型，如防气泵、防砂泵、抽稠泵等；对因某些原因需下长尾管的油井，应采用过桥泵；对超长冲程抽油的油井，可使用整筒泵；对高产能而套管直径相对较小的油井，可使用串连泵。选型设计时除上述原则外还要着重考虑以下四点：a采出井液中聚合物含量达到-定浓度后，粘度增加，沉

31、没度下降，举升负载增加.机型选择应增大15%20%；b聚合物驱不同生产阶段油井产液量变化较大，选择机型尽量应用调参范围大的机型；c由于举升液体中聚合物的存在，粘度增大，尽量采用长冲程抽油机，以便提高泵的充满系数；d由于举升井液的粘度变化，在不同的生产阶段，可考虑应用不同间隙等级的深井泵。二、聚合物驱抽油机井生产分析聚合物驱抽油井生产分析的目的是了解油层生产能力和设备能力及它们的工况，为在事合物驱特殊条件下制订合理的技术措施提供依据，使设备能力与油层能力相适应，充分发挥油层潜力，并使设备在高效率下正常工作，以保证油井高产量、高泵效生产。1.油层工作状况分析（1）动液面、静液面及采油指数 图14-

32、3静液面与动液面的位置如图8-10，静液面是关井后环形空间中液面恢复到静止时的液面。可以用从井口算起的深度Ls也可以用从油层中部算起的液面高度Hs表示。与它相对应的井底压力即地层压力。动液面是油井生产时，环形空间的液面，可以用从井口算起的深度Lf，也可用从油层中部算起的高度Hf表示。与它对应的井底压力即流压。与静液面和动液面之差相对应的压力差即为生产压差。图中hs是沉没度，它表示泵沉没在动液面以下的深度。抽油井一般是通过液面的变化来反应井底压力的变化。因此，抽油井的流动方程为：（8-2）式中Q一一油井产量，t/d；Hs、Ls一一静液面深度，m；Hf、Hf一一动液面深度，m；k一一采油指数，t/

33、（dm）；由上式可得：上式表明采油指数表示单位压差下油井的日产液量。（2）液面位置的测量抽油井的液面一般都是采用回声仪来测量，利用声波在环形空间中的传播速度和测得的反射时间来计算其位置。L=Vt/2式中L一一液面深度，mV一一声波传播速度，m/st一一声波从井口到液面，然后再返回井口所需要的时间，s。（3）井底压力测量为了准确地获得抽油井的井底压力，除了起泵后下人普通井下底力计来测量静压外，可直接向套管环形空间下入小直径压力计来测量井下压力。另一方法是通过预先安装在油管下部的振弦压力计来测量。（4）含水井油水界面及工作制度与含水的关系含水井正常抽油时，泵吸入口以上的套管环形空间不会发生流动。因

34、此，由于油水相对密度差而发生重力分异，使泵吸入口以上的环形空间的液柱中不含水，而在吸入口以下为油水混合物。所以正常抽油时油水界面稳定在泵的吸人口处。此时，流动压力可近似地表示为：式中pf流压，Pa；H油层中部深度，m；L一一泵挂深度，m；H.一一沉没度，m；Plg井内液气混合物平均密度，kg/m3；Pog吸入口以上环形空间油柱的平均密度，kg/m3；po套压，Pa。对于低气油比含水油井，可采用在泵下加深尾管的方法来降低流压，以提高产量。低含水、高气油比井，加深尾管会降低泵的充满系数，因为进入尾管后从油中分出的气体将全部进入泵内。2深井泵工作状况分析在实际工作中是实测示功图作为分析深井泵工作状况

35、的主要依据。由于抽油井的情况较为复杂，在生产过程中，深井泵将受到制造质量，安装质量，以及砂、蜡、水、气、稠油和腐蚀等多种因素的影响，所以，实测示功图形状各不相同。为了能正确分析和解释示功图，常常需要绘制理论示功图进行对比分析，而且实测示功图的解释都是以理论示功图为基础。（1）理论示功图及其分析a静载荷作用下的理论示功图：以悬点位移为横坐标，悬点载荷为纵坐标（图8-11）。在下死点A处的悬点静载荷为W1上冲程开始后液柱载荷W1逐渐加在活塞上，井引起抽油杆柱和油管柱的变形，载荷加完后，停止变形（）。从B点以后悬点以不变的静载荷（）上行至上死点C。从上死点开始下行后，由于抽油杆柱和油管柱的弹性，液柱

36、载荷W1是逐渐地由活塞转移到油管上，故悬点逐渐卸载。在D点卸载完毕，悬点以固定的静载荷M，继续下行至A点。图14-4静载理论示功图这样，在静载荷作用下的悬点理论示功图为平行四边形ABCD。ABC为上冲程的静载变化线。AB为加载线，加载过程中，游动凡尔和固定同时处于关闭状态；由于在B点加载完毕，变形结束，BB=A，活塞与泵筒开始发生相对位移，固定凡尔也就开始打开而吸入液体。故BC为吸入过程，BC=Sp，在此过程中游动凡尔仍然处于关闭状态。CDA为下冲程静载变化线。CD为卸载线，卸载过程中，游动凡尔和固定凡尔也同时处于关闭状态。由于在D点卸载完毕，变形结束，DD=A，活塞开始与泵筒发生向下的相对位

37、移，游动凡尔被顶开而开始排出液体。故DA为排出过程DA=S，排出过程中固定凡尔仍然处于关闭状态。b考虑惯性载荷后的理论示功图：考虑惯性载荷时，是把惯性载荷叠加在静载荷上。如不考虑抽油杆柱和液柱的弹性对它|们在光杆上引起的惯性载荷的影响，则作用在悬点t的惯性载荷的变化规律与悬点加速度的变化规范是一致的。在上冲程中，前半冲程有一个由大变小的向下作用的惯性载荷（增加悬点载荷）；在下冲程中，前半冲程作用在悬点的有一个由大变小的向上的惯性载荷（减小悬点载荷）；后半冲程则是一个由小变大的向下作用（增加悬点载荷）的惯性载荷。因此.由于惯性载荷的影响使静载荷的理论示功图的平行四边形AD被扭歪成ABCD。如图8

38、12所示。考虑振动时，则把抽油杆振动引起的悬点载荷叠加在四边形ABC线和DA线上就出现逐渐减弱的波浪线。（2）聚合物驱典型示功图分析典型示功图是指功图受某一因素的影响十分明显，其形状代表了该因素影响下的基本特征。在聚合物驱过程中，采出液中因含有聚合物，溶液粘度增大，示功图与正常水驱时的示功图有些区别。图8-13为采出液中含有聚合物，使其溶液粘度增大，摩擦载荷增大的正常示功图。图14-5 采出液含聚合物、摩擦载荷增大示功图图14-5为液面低、供液不足时的示功图。在聚合物驱含水下降阶段，产液量降低，沉没度下降，在下冲程中悬点载荷不能立即减小，只有当活塞遇到液面时.，才迅速卸载，使卸载线陡而直。图1

39、4-6为供液不足撞击液面的示功图.在聚合物驱含水下降阶段，因沉世度低，活塞撞击液面时，振动载荷线会出现波动，当高冲次抽汲时，往往因撞击液面而发生较大的冲击载荷，使功图有较大变形。图14-6 供液不足示功图专心-专注-专业第五节螺杆泵采油一、系统组成地面驱动井下单螺杆泵采油系统（简称螺杆泵采油系统）由地面部分、井下泵部分、电控部分和配套工具四部分组成。（1）地面驱动部分包括减速箱和驱动电机、动密封、支撑架、方卡等。（2）井下泵部分包括螺杆泵定子和转子。（3）电控部分包括电控箱和电缆。（4）配套工具部分包括防脱工具、气锚、防蜡器、防倒转装置、防抽空装置，油管扶正器、抽油杆扶正器、专用井口、特殊光杆

40、等。1螺杆泵采油的特点螺杆泵应用于原油开来是最近二十几年的事情。它是为开采高粘度原油而研究设计的，井且随着合成橡胶技术和粘接技术的发展而迅速发展起来。目前螺杆泵采油按驱动方式分为潜油电动螺杆泵和地面驱动井下螺杆泵。本节重点论述地面驱动井下单螺杆泵（简称螺杆泵）。根据螺杆泵的工作原理，它兼有离心泵和容积泵二者的优点。螺杆泵运动部件少，没有阀件和复杂的流道，吸入性能好，水力损失小，介质连续均匀吸人和排出，砂粒不易沉积且不怕砂磨，不易结蜡，因为没有凡尔，不会产生气锁现象。螺杆泵采油系统又具有结构简单、体积小、重量轻、耗能低、投资低、使用和安装维修保养方便等特点，所以螺杆泵已经成为一种新型的实用有效的

41、机械采油设备。随着应用配套技术的日益完善，螺杆泵采油技术的发展有着更广阔的前景。图14-7 螺杆泵采油系统示意图2地面驱动装置（1）地面驱动装置工作原理地面驱动装置是螺杆泵采油系统的主要地面设备，是把动力传递给井下泵转子，使转子实行行星运动，实现抽汲原油的机械装置。从传动形式上分，有液压传动和机械传动；从变速范围上分，有无级调速和分级调速。（2）地面驱动装置种类及优缺点螺杆泵驱动装置的种类一般分为两类：机械传动和液压驱动装置。机械驱动装置传动部分是由电动机和减速器组成，其优点是设备简单，价格低廉，容易管理并且节能，能实现有级调速且比较方便。其缺点是不能实现无级调速，输出扭矩受限制。液压驱动装置

42、是由原动机，液压传动部分等组成的。其优点是地面输出扭矩大，可用于高粘度和高含砂原油开采；转速能根据载荷的变化自动调节；停机时没有抽油杆倒转现象。其缺点是，在寒冷季节，地面液压件和管线保温工作较难，且价格相对较高，不容易管理。二、螺杆泵的工作原理采油用深井螺杆泵是单螺杆式水力机械的一种，是摆线内啮合螺旋齿轮副的一种应用。螺杆泵的转子、定子副（也叫螺杆衬套副）是利用摆线的多等效动点效应，在空间形成封闭腔室，并当转子和定子作相对转动时，封闭腔室能作轴向移动，使其中的液体从一端移向另一端，实现机械能和液体能的互相转化，从而实现举升作用。单螺杆泵又有单头螺杆泵和多头螺杆泵之分（本节重点介绍单螺杆泵）。地

43、面驱动井下单螺杆泵的转子转动是通过地面驱动装置驱动光杆转动，通过中间抽油杆柱将旋转运动和动力传递到井下转子，使其转动。转子的任一截面都是半径为R的圆。每一截面中心相对整个转子的中心偏移一个偏心距E，转子的螺距为通t，定子是以腈橡胶为衬套浇铸在钢体外套内形成的，衬套内表面是双线螺旋面，其导程为转子的2倍。而每一断面内轮廓是由两个半径为R（等于转子截面圆的半径）的半圆和两个直线段组成的。直线段的长度等于两个半圆的中心距4E。当转子在定子衬套中位置不同时，它们的接触点是不同的转子截面位于衬套长圆形断面两端时，转子与定子的接触为半圆弧线，而在其他位置时，仅有两点接触。由于转子和定子是连续啮合的，这些接

44、触点就构成了空间密封线，在定子衬套的一个导程T内形成一个封闭腔室，这样，沿着螺杆泵的全长，在定子衬套内螺旋面和转子表面形成一系列的封闭腔室。当转子转动时，转子一定子副中靠近吸入端的第一个腔室的容积增加，在它与吸入端的压力差作用下，举升介质便进入第一个室。随着转子的转动，这个腔室开始封闭，并沿轴面向排出端移动，封闭腔室在排出端消失同时在吸人端形成新的封闭腔室。由于封闭腔室的不断形成、运动和消失，使举升介质通过一个一个封闭腔室，从吸入端挤到排出端压力不断升高，排量保持不变。可见，螺杆泵是一种容积式泵，它运动部件少，没有阅件和复杂的流道，油流扰动小，排量均匀。由于钢体转子在定子橡胶衬套内表面运动带有

45、滚动和滑动的性质，使油液中砂粒不易沉积，同时转子一定子间容积均匀变化而产生的抽吸推挤作用使油气混输效果良好，所以，螺杆泵在开采高粘度、高含砂和含气量较大的原油时，同其他采油方式相比具有独特的优点。三、螺杆泵的主要技术参数及性能参数1.螺杆泵的主要技术参数国外地面驱动井下单螺杆泵最大理论排量300m3/d，相应扬程800m，国内正在研制的螺杆泵最大理论排量300400m3/d，相应扬程800m。2.螺杆泵的性能参数（1）理论排量由螺杆泵原理知道，当螺杆转动一周（2）时，封闭腔中的液体将沿Z轴移动2t的距离。在任意横截面中液体占有的面积为衬套面积与螺杆泵截面积之差，即为：4e*2R=8eR=4eD

46、，因此，螺杆转一周的理论排量q=4eDT，见图8-36，故螺杆泵的理论排量为：式中e偏心距，m；D螺杆（转子）外径，m；T定子导程，m；图14-8 螺杆泵横截面示意图q螺杆每转一周的单位理论排量，m3/r；Q泵的理论排量，m3/d。（2）泵功率1）泵的有效输出功率为：（14-2）式中r流体密度，kg/m3；H压头，m；Q泵的排量，m3/d。2）泵的轴功率（14-3）式中p泵出口压力，MPa；泵的效率。3）流速轴向速度为：（14-4）式中泵的理论排量，；单螺杆泵的输送面积，。（4）转子有功扭矩由于螺杆泵的吸人端和排出端的液体有压差，所以螺杆一衬套副中的液体将对螺杆泵定、转子施加力的作用。螺杆一衬套副将机械能转换为液体能，若不考虑损失，则由能量转换关系得： （14-5）式中M转子有功扭矩；q螺杆泵单转排量；p螺杆泵吸入端与排出端的液压差。（5） 单螺杆泵的特性曲线从理论上说，单螺杆泵的理论排量是常数，与压力无关，但实际上随压力的增加，通过螺杆-衬套副的失量是增加的，所以单螺杆泵的实际流量泵的扬程增高而减小。图837为典型的螺杆泵工作特性曲线。（6）单螺杆泵的性能换算当工作转数与试验转数不同时或工作介质粘度与试验粘度不同时.有关参数按下列公式计算：1) 流