什么是人工举升采油？

什么是人工举升？~

人工举升采油包括气举采油、有杆泵采油等。
1　气举采油
气举采油就是当油井停喷以后，为了使油井能够继续出油，利用高压压缩机人为地把天然气压入井下，使原油喷出地面的方法。
气举采油必备的条件是：
（1）须有单独的气层作为气源或可靠的天然气供气管网供气；
（2）油田开发初期要建设高压压缩机站和高压供气管线，一次性投资大。
2　有杆泵采油
有杆泵采油是世界石油工业传统的采油方式之一，也是迄今为止在采油过程中一直占主导地位的人工举升方式。有杆泵采油包括常规有杆泵采油和地面驱动螺杆泵采油，两者都是用抽油杆将地面动力传递给井下泵的，前者将抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵，后者将井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。
常规有杆泵采油由地面抽油机、井下抽油杆和抽油泵三部分组成。抽油泵的工作原理可简要概括为：当活塞上行时，吸液体入泵，排液体出井；活塞下行时，泵筒内液体转移入油管内，不排液体出井。抽油机是常规有杆泵采油的主要地面设备，按其基本结构可分为游粱式抽油机（图6-17）和无游梁式抽油机。

图6-17　常规游梁式抽油机结构示意图
1—刹车装置；2—动力机；3—减速箱皮带轮；4—减速器；5—输入轴；6—中间轴；7—输出轴；8—曲轴；9—连杆轴；10—支架；11—曲柄平衡块；12—连杆；13—横梁轴；14—横梁；15—游梁平衡块；16—游梁；17—支架轴；18—驴头；19—悬绳器；20—底座

气举采油技术已有一百多年的历史。国外主要产油国，气举采油占人工举升采油的15%，气举采油的产液量占机采总量的30%，为第二大人工举升方式。我国中原、塔里木、吐哈、大庆、辽河、四川、南海东部等油气田相继采用了气举采油方法，已初步形成一定的气举采油生产规模。气举采油设计正在向计算机自动化发展，工艺逐步配套，效率不断提高。
气举采油(Gas Lift)是从地面将高压气体注入油井中，降低油管内气、液混合物的密度，从而降低井底流压的一种机械采油方法。利用气体的膨胀能举升井筒中液体，使停喷、间喷或自喷能力差的油井恢复生产或增强生产能力。
气举井与自喷井有许多相似之处，其井筒流动规律基本相同。自喷井依靠油层本身的能量生产，而气举井的主要能量来自于高压气体。油管下到油层中部，沉没度最大，可获得最高的油管工作效率。即使将来油层压力下降，也能保持较好的气举油效果。
气举采油的优点很多，如排液量范围大、举升深度大、井下无机械磨损件、操作管理方便等。对含砂、结蜡、结垢以及含腐蚀性介质的油井优势明显。也可用于油井诱喷、排液、气井排水采气及小井眼的采油等。特别适用于有高压气源可供利用的油井。深井、高气油比一和复杂结构油井的生产费用明显低于其他人工举升方式。
气举方式分为连续气举和间歇气举。可根据产液量或产液指数、井底压力、举升高度、气液比等做出选择。
一、气举系统多数气举系统设计成气体可重复循环的流程。从油中分离出来的低压天然气经压缩机增压，重新注入油井以举升液体。少数井可以直接利用高压气井的气源。
图6-11所示的循环系统适于连续气举。为保证间歇气举的瞬时注气，可增加储气罐，仅利用管线的贮气能力难以操作和调节。气举系统一般由压气站、地面配气站、单井生产系统和地面生产系统构成。在此只讨论单井生产系统，地面生产系统与其他举升方式基本相同。

图6-11　气举系统示意图
1.压气站压气站主要包括进气处理装置和压缩机组，后者是核心。常用天然气作为气举的工作介质，有时也用氮气或燃烧过的空气。工作介质的质量会直接影响压缩机的效率和寿命。压气站多选用往复式压缩机。
2.配气站配气站的作用是按一定的压力和流量，给各气举井分配高压气体。连续气举可在配气站按需分配气量,也可用井口节流装置的孔径来控制单井的注气量;对于间歇气举，必须增加精心设计的配注开关系统。在配气站或井口一般采用双笔记录仪，连续记录各气举井的油压、套压变化，以便及时了解单井工况。
3.气举采油井气举采油井有两条通道,一条是油、套管环形空间，压缩气体的进入通道；另一条是油管，油气混合物的产出通道。两条通道的作用可以互换。油、套管环形空间和油管构成U型管。到达井口的高压气体的压力是气举井生产的地面注气压力。在井口可以安装气嘴，以便将来气压力降到井口所需的注气压力。
4.气举管柱结构常用的单管气举管柱结构有开式、半闭式和闭式三种。
1)开式管柱油管管柱不带封隔器，气体能从油管底部进入油管,如图6-12(a)所示。地面注气压力波动会引起环空液面升降。每次关井后，必须重新卸载。一般不宜采用此种管柱结构。

图 6-12　气举井管柱结构
2)半闭式管柱单封隔器完井，能阻止注入气体从油管底部进入油管。油井一旦卸载，流体就无法回到油、套环形空间(环空)。这种结构既适用于连续气举也适用于间歇气举，如图6-12(b)所示。
3)闭式管柱单封隔器及固定阀完井。以半闭式装置为基础，在油管柱末端加装单流阀。避免了开式结构的种种弊端，使高压气体和井筒液体不能进入地层，如图6-12(c)所示。
二、连续气举连续气举(Continuous Gas Lift)是最常用的气举采油方式。可以看作是自喷井生产的一种变型。在气举过程中，高压气体连续地从油、套环形空间注入，通过装在油管上的气举阀进入油管，并与油井产出的流体混合，降低混合液的密度，从而降低井底流压，将井筒流体连续举升到地面,同时地层连续、稳定地生产。连续气举也可以采用油管注气，环空产出混气液的方式。气举设备(Gas Lift Equipment)主要包括压缩机、配气管汇、注入管柱、气举阀及相关的计量控制设备等。
连续气举的显著特点是：能够充分利用注入气和地层产出气的膨胀能量；注气量和产液量相对稳定；排液量大。对于2000m深的油井，连续气举的经济产量一般大于30m3/d。
三、启动压力和工作压力油井停产后，井筒积液不断增加。油管和套管内的液面最终会上升到一定位置并稳定下来，这时的液面叫静液面(Static Liquid Level)。油井稳定生产时的环空液面叫动液面(Producing Fluid Level)。
当压缩机向油、套环形空间注入高压气体时，环空液面将被挤压下降。根据U形管原理，环空中的液体将被挤入油管，使油管内液面上升。不断提高压缩机压力，环空液面最终会降到油管鞋处，此时对应的井口注入压力称为启动压力。启动压力是使环空液面下降到油管鞋处，压缩机需提供的最大压力。高压气体进入油管后，混气液密度降低，液面不断升高直至喷出地面。不断注入高压气体，井底流压会持续降低。当其低于油层压力时，油层中的流体会流到井中，致使油管内的混气液密度有所增加，压缩机的注入压力也随之增加。经过一段时间后趋于稳定，最后达到一个协调、稳定的工作状态。油井达到稳定气举生产所对应的压缩机压力称为工作压力。
在上述过程中，压缩机的压力变化如图6-13所示。pe为启动压力，是气举过程中最大的井口注入压力。po为气举生产趋于稳定时的井口注入压力，即工作压力。启动压力与油管下入深度、直径以及静液面位置有关。在中、深油井中，如果油管下入较深，地面压缩机将需要很高的输出压力才能将气体经油管鞋注入油管，使油井投入正常生产。当静液面深度一定时，降低油管下入深度可降低启动压力。但是，当降到一定程度时，油井将无法正常生产。气举井的启动压力有两个极端值。

图6-13　压缩机压力变化曲线
(1)静液面很高，靠近井口。环形空间的液面还没有被挤到油管鞋，油管内的液面已溢出井口。此时，启动压力最大，就等于整个油管长度上的液柱压力：


最大启动压力，Pa；L——油管长度，m；ρL——液体密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2。
(2)当油层的渗透性较好，而且被挤压的液面下降很缓慢时，从环形空间挤出的液体部分被油层吸收。在极端情况下，液体全部被油层吸收。当高压气到达油管鞋时，油管中的液面几乎没有升高。这种情况下，启动压力最低，由油管的沉没深度确定,即：

式中　p″e——最小启动压力，Pa；h′——沉没度，m。
沉没度是油管沉没在动液面以下的深度，即油管鞋到动液面的距离。

e和p″e之间。
由图6-13可以看出,启动压力pe明显高于工作压力po。如果压缩机的额定输出压力小于启动压力，就无法把环空中的液体压入油管，气体不能进入油管就无法实现气举。要想实现气举，需大功率的压缩机来保证气举的启动。但正常生产时又不需要这么大的功率，势必造成压缩机功率的浪费，并增加了投入成本。为了在低成本下实现气举，必须降低启动压力,有效的方法是安装气举阀(Gas Lift Valve)。
四、气举卸载过程气举井的启动过程实际上是降低井内流体载荷的过程。因此，也称为卸载过程。
理论上讲，气举深度可以从井口到井底。然而，高压气井或压缩机组提供的注气压力有限，使气举深度受到限制。为此，必须用卸载阀逐级卸载，降低液面和气举的启动压力，降低井底流压，增加地层的产出量。卸载是大多数气举井生产的前提。无论是连续气举，还是间歇气举，卸载都是必经的工艺过程。在各类气举装置中，气举阀都是多只串联下入井中，自上而下工作，保证举升井在最短时间内完成逐段卸载。油管鞋以上20m处可预先设置一个底阀作备用，以适应地层压力下降引起的举升深度增加。
气举管柱下井时，所有气举阀处于打开状态。注入环空的高压气体将环空流体通过所有的气举阀压入油管；随后，高压气通过露出的第一个气举阀进入油管，进行卸载；第二个气举阀露出后，第一个气举阀关闭，注入气从第二个气举阀进入油管继续卸载；第三个气举阀露出后，第二个气举阀也关闭，注入气经第三个气举阀进入油管，卸载继续进行。高压气体持续下压环空液面，直至排液能力达到设计的生产能力，卸载成功。此时进气的气举阀就是正常气举生产的工作阀。底阀暂不露出液面。
五、气举阀原始的气举工艺只是按照计算深度在油管上开一些小孔。注入的高压气体通过小孔进入油管，降低油管内的混合液密度，排出其上油管中的液体。当油管内的压力下降到设定值时，需要关闭该孔，以便于高压气体集中进入第二个孔。气举阀应运而生，它就是可以根据需要能够关闭的智能阀孔。其作用就是使高压气体中途进入油管，排出该气举阀之上的液体，从而降低启动压力。气举阀关系到气举井能否正常生产。气举阀的发明、充气波纹管气举阀的问世，给气举工艺带来了革命性的飞跃。
1.气举阀的作用气举阀的作用主要有以下几点：
(1)在油管柱上形成可开关的注气通道。
(2)降低启动压力,用较小的压缩机把井内液面降至注气点处，启动气举,并以正常生产所需的注气压力按预期的产量进行开采。
(3)灵活改变注气深度，以适应地层供液能力的变化；(4)改变举升深度，增大油井生产压差，清洁油层，解除污染。
(5)间歇气举的气举阀可以防止过高的注气压力对下一个注气周期产生影响。控制每个周期的注气量。
(6)单流气举阀可以阻止井液从油管向环空倒流。
2.气举阀的结构最常用的是充气波纹管气举阀，它由充气波纹管、阀杆、阀球和阀孔等构成。在波纹管内预先充入氮气构成加载单元，起到类似于弹簧的加载作用。如图6-14所示，由于波纹管的承压面积Ab大于阀孔的截面积Av作用于Ab上的压力就是气举阀的控制压力。因此，(a)图所示为气压(即奎压)控制气举阀；(b)图为液压(即油压)控制气举阀。因充气压力随环境温度而变化，气举阀下井前要以井温为准调试波纹管腔室的充氮压力。

图6-14　充气波纹管气举阀六、间歇气举间歇气举(Intermittent Gas Lift)是指将高压气体间歇地注入井内，使井内的液体周期性地喷出井口的采油方式。间歇气举能建立更低的井底流压，但需要的瞬时注气量更大。对于低压地层、中低产量阶段，间歇气举在经济成本和灵活性方面，优于其他人工举升方式。
间歇气举有常规间歇气举、柱塞气举、腔室气举、球塞气举等多种形式,前两种最为常用。间歇气举仅适用于油管气举，普遍选用半闭式或闭式气举装置。间歇气举大多使用液压控制气举阀，要求工作阀具有大孔径注气通道，并且能迅速打开，以便有效地将液体段塞顶替到地面上来。同时，最大限度地降低注入气的窜流量和液体的回落量。
1.常规间歇气举常规间歇气举是连续气举的一种变型，将连续注气改为间歇注气。因此，连续气举的卸载、设计等都可用于常规间歇气举。当连续气举不能顺利实施卸载时，可以用常规间歇气举提高瞬时注气量，卸载后再用连续气举方式进行生产。在气举开采中后期，为了节省气源或增加排液深度，也常常把连续气举改为常规间歇气举。常规间歇气举可以作为强化排液的手段。
从地面上调节注气压力，只有当工作阀之上聚积了足够高度的液柱时，工作阀才能被打开，使气体进入油管而举升液体。一个注气周期可分为四个阶段。
1)液体在油管中上升在这个阶段，来自供气管线的气体经地面控制器进入环空，再通过工作阀进入油管内，推动液体段塞向上运动。同时，流体继续从地层流入井底。上升过程中，由于注入气的滑脱窜入及充气尾端回落，液体段塞的长度逐渐减小。当液体段塞顶部到达地面时，这个阶段结束。
2)液柱产出液体不断上升，部分液柱从井口产出。加上气体的窜入和液体回落，油管中液体段塞的长度急剧缩短，流速变得很大。当气体前沿到达井口时，这个阶段结束。只有在最短的时间内把整个液体段塞举升到地面，才可获得良好的经济效果,因此工作阀必须是快速打开型的，使气体能够高速通过工作阀的整个截面。前两个生产阶段，液体的速度不应降低。
3)夹带液的产出当气泡突破液体到达地面时，该阶段开始。液体段塞的产出减小了液柱压力和系统阻力，导致气体流速迅速增加。高速气流的冲刷使液膜破碎成液滴，大量液滴伴随气流被带出井口。这个阶段持续到油管内的气体停止流动。
4)液柱再生未产出的液滴、管壁上的液膜回落到油管底部与油层产出的液体汇合。再次把气体注入环形空间，压力达到预定值时，打开快速开启型工作阀，开始下一个新的循环周期。
在间歇气举的四个阶段中，只要井底流动压差存在，地层流体就不断流向井底。
2.柱塞气举通过对常规间歇气举的管流特征及工况分析发现,气体窜流和液体回落对气举效率的影响极大。柱塞气举就是在油管中增加一个活动柱塞，形成气、液间的固体界面，阻止或减少液体回落和气体窜流。柱塞气举能够降低气体注入量，增加每周期的产液量，提高举升效率。而且，柱塞周而复始的往复运动还能防止结蜡、结垢。柱塞气举是常规间歇气举的一种变型。
柱塞是柱塞气举的心脏部件，其结构和材料对举升效果影响极大。柱塞有许多类型，不同柱塞的液体回落量不尽相同。理想的柱塞应包括以下三方面的特性：
(1)柱塞要有良好的耐磨性、抗震性和在油管内的防卡性；(2)在上行过程中，柱塞与油管间要有良好的密封性能；(3)在下落过程中，柱塞能迅速通过气体或液体下降，下降阻力小。
不同的井能量不同，同一口井在不同时期能量也不一样。根据地层能量大小可将柱塞气举分为普通柱塞气举和注气柱塞气举。当地层气液比达到最佳时，井刚好能在最佳条件下运行。当地层气液比大于最低气液比时，利用地层能量就能进行柱塞气举，即普通柱塞气举。普通柱塞气举是自喷的延伸,每个循环周期分为三个阶段：柱塞上行，柱塞下落和压力恢复。
当地层气液比小于最低气液比时，仅仅依靠地层的能量是不能实现柱塞气举的。需要补充注气的柱塞气举称为注气柱塞气举。根据其运行条件和柱塞的动态特征，每个循环划分为四个不同的阶段：柱塞上行、液体段塞产出、气体放喷和段塞再生(气体压力恢复)，与常规间歇气举的各阶段一一对应。

随着油田的不断开发，地层能量逐渐消耗，油井最终会停止自喷。由于地层自身的地质特点，有的油井一开始就不能自喷。对于不能自喷的油井，必须用人工举升的方法给油流补充能量，将井底的原油采出来。目前，利用人工举升将原油从井底举升到地面的方法可分为气举法和抽油法两大类。

气举法 气举法是指地层尚有一定能量，能够把油气驱动到井底，但地层供给的能量不足以把原油从井底举升到地面上时，需要人为地把气体注入井底，将原油举升出地面的人工举升采油方式。它的举升原理和自喷井相似，是通过向油套环空注入高压气体，并通过油管上的多组气举阀让一部分气体迸入油管，降低井筒中液体的密度，在井底流动压力的作用下，将液体排出井口。同时，注入的高压气体在井筒上升的过程中，体积逐渐增大，气体的膨胀功对液体也产生携带作用。气举适用于油井供液能力较强、地层渗透率高的油井。海上采油、深井、斜井、含砂井、含气井和含有腐蚀性成分而不宜用其他人工举升采油方式开采的油井都可采用气举采油。气举采油的优点是井口、井下设备比较简单，管理调节比较方便；缺点是地面设备系统复杂、投资大，而且气体能量的利用率较低。

连续气举装置示意图抽油法 抽油法主要是用深井泵采油，可分为有杆泵采油和无杆泵采油两大类。

（1）有杆泵采油：有杆泵采油是指抽油机通过下入井中的抽油杆带动井下抽油泵的活塞做上下往复运动，把油抽汲到地面的人工举升采油方法。这种方法用量最多，大约占世界人工举升采油总井数的80%～90%。

（2）无杆泵采油：无杆泵采油是指不用抽油杆传递动力，而是用电动机、高压液体等驱动井下泵，即用特殊的抽油泵（如电动潜油离心泵、螺杆泵、射流泵、水力活塞泵）开采原油，可分为电动潜油泵采油、螺杆泵采油、射流泵采油、水力活塞泵采油。其中，电动潜油泵采油应用广泛，效率最高，简称电潜泵采油。基本原理如下：电潜泵采油系统，主要由井下电动机、离心泵、分离器、保护器和井下电缆等组成。电动机装在井下，直接带动离心泵。潜油电动机的工作原理和地面电动机一样，但它的外形却和地面电动机不同，因为它要下到井下，在具有一定压力和温度的原油里工作，所以要把它制造得细而长，并有良好的密封性。潜油离心泵和普通农用抽水机一样，是通过叶轮的高速旋转增加液体的能量，不过抽水机旋转叶轮级数少，而潜油离心泵的叶轮是多级的，且外形也制造成细长杆状，以利于下入井中。

电潜泵采油示意图电动机下到几百米甚至上千米的油井里，从井口下一根特殊电缆接在潜油电动机上。当电缆供电后，潜油电动机旋转带动潜油离心泵的多级叶轮转动。每一级叶轮都给井底原油增加一定的能量，就如同抽水机给水增加压力一样。当原油经过多级叶轮转动后，压力会升得很高，于是，油就从井底举到井口。潜油电动机直接带动潜油离心泵，省去了不必要的动力消耗。因此，它的效率比抽油机高得多，能节约用电。它可用于很深的高产井，也便于实现油田生产自动化。

抽油采油方法除了电潜泵采油之外还有螺杆泵采油、射流泵采油、水力活塞泵采油等人工举升采油方法。

6.抽油机是如何把原油抽吸到地面上来的进入油田放眼望去，无数台抽油机不紧不慢地上下运动，像是无数高大的毛驴在十分吃力地负重前行，“驴头”不停地上下摆动，类似“作揖磕头”，于是人们给它起了个俗名叫“磕头机”。在国内外油田中，有80%的非自喷井都是用抽油机来采油的。其实，仅仅有抽油机并不能采油，还必须配备井下抽油泵及连接抽油泵和抽油机的抽油杆。磕头机、抽油泵、抽油杆组合起来叫有杆泵抽油系统，这是最传统、最广泛的人工举升采油方法。抽油机主要由底盘、减速箱、曲柄、平衡块、连杆、横梁、支架、驴头、悬绳器及刹车装置、电动机、电路控制装置组成。其工作原理是：由电机供给动力，经传动皮带将电机的高速旋转运动传递给减速器，经两级减速后变为低速转动，并由四连杆机构将旋转运动变为驴头悬点的上下直线往复运动。抽油杆一头用钢丝绳悬挂在驴头悬点上，一头与井下的抽油泵连接，带动下入井中的抽油泵工作，将井液抽汲到地面。

抽油井示意图抽油杆是两端带螺纹的10米左右长的钢杆，每根都用螺纹连接起来，最上端的一根连接抽油机，下端的一根连接抽油泵活塞并将动力传递给抽油泵。

抽油泵工作原理示意图3417抽油泵的原理和水井的手压式抽水泵相似，由工作筒和活塞组成。工作筒接在油管下部，工作筒下部有固定阀门，固定阀门下到井筒液面以下。活塞是空心的，上面有游动阀，它是用抽油杆下到工作筒里去的。抽油杆带动活塞上下运动，当活塞向上运动时，游动阀在液体压力下关闭，这时活塞上面的原油就从工作筒内提升到上面的油管里去，再流到地面管道中。同时，工作筒内下腔室的压力降低，油管外的原油就依靠地层压力顶开固定阀流入工作筒内。同样，当活塞向下运动时，工作筒内下腔室压力升高，固定阀门关闭，工作筒内的原油就顶开游动阀排到活塞上面去，此时，油管外的原油不能进入工作筒内。这样，深井泵活塞上下往复运动，井里的原油就被源源不断地抽到油管里去，并不断地从油管排到地面。

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咸宁市18748565721： 什么是采油工程 - ？
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