噴射泵采油系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)探析
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噴射泵是一種流體動(dòng)力泵，它是借助一種流體的能量來驅(qū)動(dòng)另一種流體，靠前一種流體的能量來工作。在工業(yè)上，噴射泵又叫射流泵、噴射器，其工作流體可以是氣體、液體。常見的有水蒸氣噴射泵、空氣噴射泵、水力噴射泵等。還有一種噴射泵的介質(zhì)是介質(zhì)油，這種噴射泵主要用于獲得高真空和超高真空，是一種高壓設(shè)備。科技在發(fā)展，社會在進(jìn)步，石油工業(yè)的發(fā)展也是一日千里。改革開放以來，我國的石油工業(yè)發(fā)展迅速，相關(guān)的配套技術(shù)也得到了很大的完善。但隨著石油的開采以及我國石油消耗用量的不斷提高，我國的石油儲量在迅速地減少，隨之而來的頭等問題就是石油開采難度越來越大，油井的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，開采環(huán)境越來越惡劣，而且油品的質(zhì)量也越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)的石油開采方式已經(jīng)無法適應(yīng)如今石油開采的需要，發(fā)展新型的石油開采裝備及石油開采技術(shù)是我們目前面臨的首要任務(wù)。在此背景下，噴射泵被應(yīng)用在了石油開采上。噴射泵采油主要是依靠另一種流體的能量來舉升原油，達(dá)到采油目的的。噴射泵采油能適應(yīng)復(fù)雜的開采環(huán)境、復(fù)雜的油井結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜的油品情況的特點(diǎn)，決定了該技術(shù)在以后的石油開采中有很大的應(yīng)用前景。
2噴射泵采油工藝簡介及原理分析
2.1工藝簡介
目前在石油開采中，機(jī)械采油仍然占有很大的比例。機(jī)械采油又分為有桿采油和無桿采油，常見的驢頭式抽油機(jī)是屬于有桿采油，而像噴射泵采油、螺桿泵采油等就屬于無桿采油。雖然說有桿采油相對無桿采油在采油設(shè)備中占有很大的比例，但無桿采油的產(chǎn)油量卻和有桿采油不相上下。無桿采油相比有桿采油更適用于高產(chǎn)井、高含水井、稠油井、叢式井及水平井等復(fù)雜井況及油品復(fù)雜的特殊油井的開采，其經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。噴射泵采油屬于無桿采油的一種，該技術(shù)是利用介質(zhì)流體的能量驅(qū)動(dòng)井下石油流動(dòng)，并將井下石油舉升到地面的采油技術(shù)，具有適應(yīng)性強(qiáng)、流量調(diào)節(jié)靈活、可靠性高等特點(diǎn)。但是噴射泵的采油效率相對較低，所以并不適用于高含水油井的開采。
2.2原理分析
噴射泵是靠介質(zhì)流體高壓噴射作用來輸送流體的泵，它由噴嘴、混合室以及擴(kuò)大管等組成。為了保證操作平穩(wěn)安全，在喉管處設(shè)置一真空室（吸入室），在此之后設(shè)置混合室，用來混合兩種流體。工作時(shí)，介質(zhì)流體由噴嘴噴出，使得真空室處在低壓狀態(tài)，將石油吸入真空室，然后進(jìn)入混合室。在混合室，介質(zhì)流體和石油會充分地混合，使二者的能量達(dá)到一種平衡狀態(tài)，流速也趨于一致。之后由喉管進(jìn)入擴(kuò)散室，混合流體的流速放慢，靜壓力回升，達(dá)到輸送、舉升石油的目的。
3噴射泵采油系統(tǒng)的應(yīng)用
目前我國的石油開采大部分都是非常規(guī)開采、特殊油井開采，傳統(tǒng)的采油工藝在如今的非常規(guī)、特殊井開采中顯示出越來越多的弊端。針對目前復(fù)雜的采油情況，我們需要在采油工藝上不斷地應(yīng)用新的技術(shù)。噴射泵采油工藝在稠油開采、大斜井開采、高腐蝕油藏開采以及海上油田開采等復(fù)雜情況油藏開采中都有應(yīng)用，且能夠很好地適應(yīng)這些復(fù)雜情況，并取得了良好的效果。
3.1噴射泵在稠油油藏開采中的應(yīng)用
稠油粘度大、密度大、流動(dòng)性差的特點(diǎn)決定了稠油的開采需要采用非常規(guī)的采油工藝技術(shù)，應(yīng)針對其自身油井特點(diǎn)制定開采方案。稠油油井的地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、斷層多、含油面積小、天然能量差、產(chǎn)能低下；加之原油物性差、粘度高、密度大且含水量少，原油的流動(dòng)性差，使得稠油井的油藏開采異常困難。噴射泵采油在稠油井油藏的開采中能夠很好地適應(yīng)這種情況。通過實(shí)際的考察及應(yīng)用，我們可以根據(jù)得到的油井?dāng)?shù)據(jù)及油藏?cái)?shù)據(jù)，調(diào)整噴射泵的參數(shù)，如噴嘴直徑、泵筒通徑以及介質(zhì)流體初始壓力，以適應(yīng)油藏的開采需要。實(shí)驗(yàn)證明，增大介質(zhì)流體的初始壓力有利于增大油井的產(chǎn)量。
3.2噴射泵在大斜井油藏開采中的應(yīng)用
上世紀(jì)末開始，順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展要求，國內(nèi)外開始創(chuàng)新發(fā)展斜井、水平井、叢式井技術(shù)，并實(shí)施應(yīng)用。由于斜井、水平井可以橫穿油層，大大增加了泄油面積，相比直井，原油產(chǎn)量高出很多，提高了采油效率和采收率，經(jīng)濟(jì)效益可觀。隨著石油工業(yè)的發(fā)展，斜井和水平井的數(shù)量越來越多，給無桿采油發(fā)展提供了機(jī)會。對于斜井和水平井采油，噴射泵可以很好地適應(yīng)其復(fù)雜的井身結(jié)構(gòu)：采油時(shí)，將噴射泵下放到井底，通過管柱對噴射泵輸送介質(zhì)流體，實(shí)現(xiàn)采油工作；而對于斜井、水平井的彎曲的井身結(jié)構(gòu)，噴射泵也可以很好地適應(yīng)，工作過程不會受其影響。
3.3噴射泵在高腐蝕性油藏開采中的應(yīng)用
地下油藏的成分復(fù)雜多變，不同位置、不同深度油層的油藏成分也是千差萬別。有些油井的油藏具有腐蝕性，對有桿式抽油設(shè)備的抽油桿腐蝕嚴(yán)重，會造成抽油桿的腐蝕、偏磨斷裂，嚴(yán)重影響采油效率。應(yīng)用噴射泵采油技術(shù)可以很好地解決有桿抽油設(shè)備的問題。噴射泵采油系統(tǒng)靠流體來傳遞能量，可以很好地發(fā)揮介質(zhì)流體的載體作用，克服了有桿抽油設(shè)備抽油桿的腐蝕和偏磨現(xiàn)象。
4噴射泵采油優(yōu)化設(shè)計(jì)分析
4.1噴射泵采油存在的問題
噴射泵采油系統(tǒng)可以適應(yīng)復(fù)雜的井況及特殊的油品情況，但仍然存在一些問題。噴射泵的噴嘴部件屬于易損件，如何提高噴嘴的耐用度？當(dāng)噴射泵開采油、氣、水、砂及蠟的混合流體時(shí)，泵內(nèi)的多相流體流動(dòng)機(jī)理如何？噴射泵采油的泵效及系統(tǒng)效率相對較低，如何提高噴射泵采油系統(tǒng)的采油效率？諸多問題都需要我們來解決優(yōu)化。
4.2噴射泵采油系統(tǒng)的優(yōu)化
針對噴射泵采油系統(tǒng)存在的問題，我們應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，對噴射泵采油系統(tǒng)做出系統(tǒng)優(yōu)化，提高系統(tǒng)的效率。對噴射泵噴嘴等易損件，我們進(jìn)行材料及結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，分析噴嘴的受力情況，對應(yīng)力集中的部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，分散噴嘴的應(yīng)力，同時(shí)應(yīng)用強(qiáng)度高，韌性好的材料，保證噴嘴的耐用度，提高噴嘴的使用壽命；針對噴射泵效率較低的問題（泵效30％-33％，系統(tǒng)效率10％-15％），我們可以通過調(diào)節(jié)噴射泵的參數(shù)（如：介質(zhì)流體初壓、泵筒通徑）來調(diào)節(jié)，找到最適合本口油井的參數(shù)值，使得噴射泵達(dá)到最大的工作效率；對于多相流體的流動(dòng)機(jī)理我們需要通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證。多相流體中的蠟會附著在輸送管道內(nèi)壁，造成管道的擁堵。對此，我們可以對介質(zhì)流體作出改變，使蠟可以溶解，以解決擁堵問題。
5結(jié)束語
隨著石油行業(yè)的不斷發(fā)展，我國非常規(guī)的油井越來越多。在此背景下，無桿采油技術(shù)得到了很好的發(fā)展。噴射泵作為無桿采油的一種，在復(fù)雜的井況以及特殊油品的開采中應(yīng)用廣泛。噴射泵采油系統(tǒng)適用性強(qiáng)，可靠性高，調(diào)節(jié)靈活，揚(yáng)程的調(diào)節(jié)范圍也比較大，且噴嘴、喉管等部件換取方便。但噴射泵采油系統(tǒng)的效率較低，對高含水油井并不適用。隨著科技的發(fā)展創(chuàng)新，噴射泵的諸多問題會得到很好的解決。
作者：陳松鶴 葉海良 卞月斐 單位：利歐集團(tuán)股份有限公司