人工举升理论第17讲 水力活塞泵

人工举升理论第17讲水力活塞泵吴晓东第17讲水力活塞泵水力活塞泵是一种液压传动的往复容积式无杆抽油设备。高压动力液由地面泵通过油管输送到井下的液动机，驱动液动机往复运动。液动机活塞杆带动抽油泵活塞往复抽油。

水力活塞泵装置的组成和工作流程水力活塞泵装置的组成和工作流程示意图水力活塞泵装置由三部分组成：井下部分、地面部分、联系井下与地面的中间部分。

按动力液循环方式的类型可将水力活塞泵抽油系统分为开式系统和闭式系统。

水力活塞泵单井装置水力活塞泵单井装置工作原理：动力油由三相分离器供给地面泵，升压后驱动井下泵运转。乏动力液与油井产出液的混合液进入三相分离器进行油、气、水分离。三相分离器内的压力和油气界面始终保持稳定，油井产液和气体则由三相分离器输往计量站。如果油井出砂，则需增设除砂装置。动力液经循环泵增压后进入水力旋流除砂器，机械杂质从旋流器下出口排出输走，而较干净的动力液则从旋流器上出口流出供给地面泵升压。应用条件：适用于边远井、分散井，需迅速投产的油井及产液量大于10t/d、产液含水较高的油井。优缺点：优点：一次投资少，移运性好，投产迅速，油井产量计量准确；缺点：操作管理工作量较大，可靠性差。

水力活塞泵组合式泵站水力活塞泵组合式泵站工作原理：各地面泵机组和三相分离器分别并联使用，高压动力液由高压控制管汇分配给各井，各井返出的混合液进入三相分离器进行分离。应用条件：井数2～10口，其它条件同单井装置。优缺点：投产迅速，操作管理工作量和可靠性优于单井装置;缺点：动力液质量和油井产量计量的准确性不易保证。

水力活塞泵系统泵站水力活塞泵系统泵站工作原理：由动力液罐来的动力液经高压泵站升压，再经各高压控制管汇间分配给各井，各井返出的混合液，经计量站动力液处理站。

应用条件：井数不受限制，油井产液量大于5t/d，符合质量要求的动力液供给有保证。优缺点：优点：动力液质量易保证，系统可靠性强，操作管理方便；缺点：一次投资大，建设周期长。

水力活塞泵井下机组的结构和工作原理动力液系统动力液种类代号应用范围脱水原油SLY-1系统泵站低含水原油SLY-2系统泵站、单井系统、组合式泵站高含水原油SLY-3高含水抽油井水基动力液SLS-1淡水基体，用于开式系统SLS-2淡水基体，用于闭式系统SLS-3地层水基体，用于开式系统架防腐剂、防垢剂的水（包括地层水）——只用于水力喷射泵和水力透平泵动力液系统选择动力液时，要考虑如下因素

考虑安全和环境保护因素时，宜选用水；闭式动力液系统经常采用淡水，因为在该系统中，动力液循环使用，为了润滑和防腐，向动力液中添加化学药剂成本不高；开式动力液系统多采用油做动力液，因为用水作动力液时，动力液要与采出液混合采出，这就要求连续地加注化学添加剂，因而增加了生产费用；如果用油做动力液，地面泵的维修保养会相应减少，并且阀的寿命也会延长，另外，由于水的体积模量低，会引起比油大得多的压力脉冲，这些脉冲对管子接头有害，会造成组件的疲劳破坏；井下泵很容易受动力液粘度和润滑性能的影响，在井底温度下，水实际上不具润滑性，因此，如不进行适当处理，它可能会降低泵的使用寿命，动力液在井下泵内各滑动件的渗漏量随着液体粘度变化而不同，用水比用大多数原油渗漏量都要大；与动力油相比，采用动力水时所需地面压力较低；虽然水力活塞泵很适用于开采粘性原油，但有时也采用低比重油做动力液并采用开式动力液系统，使得来出液和动力液在泵出口相混合，从而稀释了粘度大的采出液，方便原油在地面的输送。

井口装置开式水力活塞泵井口装置

水力活塞泵装置基本参数的计算基本参数计算的内容包括以下几项：当一定工况时，在液动机处和地面动力泵处所需的动力液压力；当一定工况时，动力液的流量；当一定工况时，水力活塞泵的排量；水力活塞泵装置的功率和效率。

差动式水力活塞泵井下机组的活塞组上作用力简图a一下冲程；b－上冲程水力活塞泵装置基本参数的计算水力活塞泵装置基本参数的计算当下冲程时活塞组的受力平衡方程式如下

当下冲程时，液动机处动力液压力的计算公式为

当上冲程时，活塞组的受力平衡方程式为：

当上冲程时，液动机处动力液压力的计算公式为

水力活塞泵装置基本参数的计算地面动力泵处给出的动力液压力可由下式确定

下冲程

上冲程

液动机所需动力液流量由下式确定水力活塞泵装置基本参数的计算活塞泵排量可由下式求得

水力活塞泵装置基本参数的计算井下机组的有效功率N效由下式确定

水力活塞泵装置的总功率N总由下式表示水力活塞泵装置基本参数的计算水力活塞泵装置的总效率η总可由下式计算

水力活塞泵井下机组的平均效率η井机是估价井下机组的结构和工作完善性的主要依据，它可用下式表示

水力活塞泵的工况诊断直观分析判断法直观分析判断法能够作出比较准确的定性判断和大体上的定量分析，对水力活塞泵采油井的管理十分必要。但该方法一直停留在人工观察井口动力液压力变化，凭经验进行工况诊断的水平上，由于各人经验的相互差异，增大了分析诊断结果的误差，导致盲目起换泵的工作量的增加而影响油井产量，因此这种方法远远不能满足水力活塞泵生产现代化管理水平的需要。水力活塞泵的工况诊断对比分析法该方法是对水力活塞泵泵内压力分布进行分析，总结出液马达活塞理论运动规律，根据多口油井测试、检泵对比资料，整理得出几种在矿场上常见的典型工况模版，应用计算机作为采集单元，通过在井口测试动力液压力和流量随时间的变化曲线，对比典型工况模版，进行泵况诊断分