第4章无杆泵采油

1 第四章无杆泵采油 第一节电动潜油离心泵采油 第二节水力活塞泵采油 第三节水力射流泵采油 2 举升动力传输的方式不同 有杆泵采油 气举采油 人工举升采油 地面能量通过抽油杆提供给抽油泵 将井底原油举升至地面的采油方式 利用气举气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低 将流到井内的原油举升到地面 无杆泵采油 地面能量不通过抽油杆提供给抽油泵 将井底原油举升至地面的采油方式 第一节电动潜油离心泵采油 1 能量传递过程 2 地层流体举升过程 4 电潜泵举升方式的主要优点 1 排量大 2 操作简单 管理方便 3 能够较好地运用于斜井与水平井以及海上采油 4 在防蜡方面有一定的作用 电潜泵举升方式的主要缺点 1 下入深度受电机功率 油套管直径 井筒高温等的限制 2 比较昂贵 初期投资高 3 作业费用高和停产时间过长 4 电机 电缆易出现故障 5 日常维护要求高 第一节电动潜油离心泵采油 5 一 潜油电机 一 电潜泵采油装置 作用 产生旋转磁场 2 转子系统 转子铁芯 转子绕组 转轴 扶正轴承 短路环 3 止推轴承 作用 承受电机的轴向力 4 润滑油循环系统 轴孔 定转子间隙 通油孔 1 定子系统 定子铁芯 定子绕组 电机壳体 作用 产生感应电流而受力转动 并输出机械扭矩 作用 电机运行时 润滑油从空心轴内流入 从轴承处各通油孔流出 润滑各轴承 然后进入定转子间隙 由于转子的高速旋转 润滑油获得离心力以及润滑油重力作用 从而使润滑油下降到电机底部 补充到空心轴内反复循环 起到润滑和冷却作用 6 2 外廓尺寸细长 3 转子和定子分节 4 保证潜油电机的严格密封 5 润滑油循环系统比较特殊 1 两极 三相鼠笼式异步感应电机 潜油电机主要结构特点 一 电潜泵采油装置 7 二 多级离心泵 一 电潜泵采油装置 1 泵的结构 潜油多级离心泵结构示意图 8 结构特点 1 直径小 级数多 长度大 2 轴向卸载 径向扶正 3 泵吸入口装有特殊装置 如油气 油砂分离器等 4 泵出口上部装有单流阀和泄油阀 一 电潜泵采油装置 9 潜油多级离心泵的工作原理与地面离心泵相同 当充满在叶轮流道内的液体在离心力作用下 从叶轮中心沿叶片间的流道甩向叶轮四周时 液体受叶片的作用 使压力和速度同时增加 并经导轮的流道被引向次一级叶轮 这样 逐级流过所有的叶轮和导轮 进一步使液体的压能增加获得一定的扬程 2 泵的增压原理 一 电潜泵采油装置 10 3 泵的工作特性 离心泵的特性曲线 扬程 功率和泵效随排量的变化关系曲线 潜油离心泵特性曲线图 一 电潜泵采油装置 11 一 电机 两极三相鼠笼感应电机 用于驱动离心泵转动安装在井液流过的地方 一 电潜泵采油装置 12 二 保护器 保护器是利用井液与电机油的密度差异 以防止井液进入电机造成短路而烧毁电机的装置 主要是通过隔离腔连接井液与电机油来完成这一功能 保护器类型 连通式 沉淀式和胶囊式保护器 三 油气分离器 油气分离器安装在泵的液体吸入口处 当混气流体进入多级离心泵之前 先通过分离器 把自由气体分离出来 防止和减少气体进泵 保证电潜泵具有良好的工作特性 常用的分离器有两种 沉降式和旋转 离心 式 一 电潜泵采油装置 13 四 潜油电缆 潜油电缆结构特点 要求便于起下 且不易损坏 要求耐油 气 水 耐高温 高压 电缆终端有与电机插配的特殊密封接头 电缆头 为满足油井对机组尺寸的要求 潜油电缆一般采用圆型和扁型 扁型和扁型联接在一起的复合结构 要能适应施工和环境温度 进行起下作业时 电缆保护套层不破裂 作用 地面向井下机组传输电力 一 电潜泵采油装置 14 五 控制屏 一 电潜泵采油装置 组成 由电机启动器 过载和欠载保护 手动开关 时间继电器 电流表组成 作用 控制井下电机的运行 自动控制潜油电泵系统的启动和停机具有短路 过载 欠载保护功能 以及欠载延时自动启动功能通过电器仪表随时测量电流和电压 可以跟踪系统运行状况 应用变频控制屏可以改变传给井下电机的频率 灵活调节和控制产量的大小 15 六 变压器 一 电潜泵采油装置 作用 将交流电的电源电压转变为井下电机所需要的电压工作原理 电磁感应原理 类型 三个单相变压器 三相标准变压器和三相自耦变压器 七 接线盒作用 连接控制屏到井口之间的电缆 将井下电缆芯线内上升至井口的天然气放空 防止天然气直接进入控制屏 使控制屏产生电火花时引起爆炸安装位置 在井口和控制屏之间 16 八 单流阀 一 电潜泵采油装置 在泵内不工作时保持油管柱充满流体 易于起泵 消耗功率最小防止停泵后液体倒流 使机组反转 九 泄油阀安装在单流阀之上 以防止起泵时油管柱中的井液在卸油管时流到地面上 通过剪断销钉连通上下油管 将原油卸入井筒 17 十 扶正器 一 电潜泵采油装置 扶正泵和电机 使机组处于井筒中间 以便电机很好冷却 防止电缆与套管内壁摩擦损坏 18 标准安装方式 从下往上依次是电机 保护器 气液分离器 多级离心泵及其它附属部件 主要用于油井采油底部吸入口安装方式 从上到下依次是电机 保护器 排出口 泵 吸入口 用于油管摩阻损失大或泵径大的井底部排出口安装方式 从上到下依次是电机 保护器 吸入口 泵 排出口 用于将上部层位的地层水转注到下部层位 适用于油田注水开发或气井排水采气 4 1电潜泵系统 安装方式 19 1 含气液体对电泵工作特性的影响 三 影响电泵工作特性的因素分析 扬程 排量及效率下降 游离气体过多时 叶轮流道的大部分空间被气体占据 将会使离心泵停止排液 2 液体粘度对电泵工作特性的影响 液体粘度大使得泵的举升功率增加 同时泵的扬程 排量和效率也有所下降 二 电潜泵油井生产系统设计 20 3 温度对电泵工作特性的影响 4 砂 蜡等对电泵工作特性的影响 流体温度对电机和电缆的绝缘程度有较大的影响 流体温度高需要选择耐温等级高的电机和电缆 增加采油成本 电泵生产要求含砂小于0 05 蜡沉积堵塞叶导轮流道 井液阻力增加 电机负荷增加 严重时过载停机 5 其它如沉没度 井下压力等与气体影响有关 二 电潜泵油井生产系统设计 21 三 潜油电泵井的管理 1 潜油电泵井的工作制度 原则 潜油电泵应在最高排量范围内工作 泵的排液能力应与油井的供液能力协调一致 当油井产量在泵的最佳范围内时 应采用连续生产工作制度 让泵连续运转当泵排量大于油井供液能力时 可以采用间歇生产工作制度 或在地面从套管环空注入一部分液体 也可以采用更换小排量泵的方法 22 三 潜油电泵井的管理 2 潜油电泵井的清蜡 玻璃油管防蜡刮蜡片清蜡热油循环清蜡热电缆清蜡加药剂清蜡 23 三 潜油电泵井的管理 3 潜油电泵井故障原因及处理方法潜油电泵井部分故障原因及处理方法见表4 1 4 潜油电泵井的运行和电流卡片分析 24 开式水力活塞泵采油系统 第二节水力活塞泵采油 一 水力活塞泵采油系统举升原理 高压泵机组 高压控制管汇 动力液处理装置 计量装置 地面管线 地面流程 井口 井下器具管柱结构 水力活塞泵井下机组 油井装置 液马达 抽油泵 滑阀控制机构 25 工作原理 动力液地面加压 油管或专用动力液管输送 动力液被传至井下液马达处 滑阀控制机构换向 动力液驱动液马达 液马达做往复运动 液马达通过活塞杆带动抽油泵做往复运动 原油被增压举升 一 水力活塞泵采油系统举升原理 开式水力活塞泵采油系统 26 适应条件 主要缺点 油层深度与排量范围大 含蜡 稠油 井斜 1 机组结构复杂 加工精度要求高 2 地面流程大 投资高 规模效益 一 水力活塞泵采油系统举升原理 27 2 按动力液循环分类 3 按动力液性质分类 水力活塞泵采油系统类型分类 1 按系统井数分类 动力液不与产出液混合 动力液与产出液混合 单井流程系统 多井集中泵站系统 大型集中泵站系统 闭式循环方式 开式循环方式 原油动力液水力活塞泵采油系统 水基动力液水力活塞泵采油系统 一 水力活塞泵采油系统举升原理 28 4 按井下泵的安装方式分类 固定式安装 整个泵随油管下入井内 优点是泵径大 排量大 缺点是起泵必须起油管 插入式安装 泵工作筒随大直径油管下入井内 而沉没泵机组则用小直径油管下入 插到泵工作筒内 投入式安装 又分单管封隔式和平行管柱式 泵工作筒随油管下至井底 沉没泵机组则从油管中投入 使用液力下泵和起泵 优点是起下泵方便 缺点是泵径受到限制 排量较小 一 水力活塞泵采油系统举升原理 29 最常用的三种水力活塞泵抽油装置 1 开式循环单管封隔器投入式水力活塞泵采油系统 一 水力活塞泵采油系统举升原理 30 2 闭式循环平行管柱投入式水力活塞泵采油系统 平行旁通管为废动力液的流道 一 水力活塞泵采油系统举升原理 31 3 开式循环平行管柱投入式水力活塞泵采油系统 平行管通到封隔器下部 以排放封隔器下部聚集的气体 一 水力活塞泵采油系统举升原理 32 开式水力活塞泵采油系统 闭式水力活塞泵采油系统 一 水力活塞泵采油系统举升原理 33 二 水力活塞泵井下机组 1 液马达 将动力液的压能转换为机械能带动泵工作 2 泵 将液马达传递给它的机械能转换成液体的压能 用来提高油层产出液的压能 3 主控滑阀 利用液压差动原理控制液马达和泵柱塞做往复运动的换向控制机构 34 单作用泵工作原理示意图 35 第三节水力射流泵采油 一 水力射流泵采油系统 高压泵机组 井下器具管柱结构 井口 高压控制管汇 计量装置 动力液处理装置 地面管线 系统组成 油井装置 地面流程 射流泵 36 通过注入井内的高压动力液的能量传递给井下油层产出液 水力射流泵举升原理 一 水力射流泵采油系统 射流泵采油井下系统示意图 37 优点 1 没有运动部件 结构紧凑 泵排量范围大 2 由于可利用动力液的热力及化学特性 适用于高凝油 稠油 高含蜡油井 3 对定向井 水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性 一 水力射流泵采油系统 38 井下射流泵工作示意图 二 水力射流泵工作特性 一 射流泵工作原理 动力液地面加压 油管或专用动力液管输送 动力液被传至井下喷嘴 通过喷嘴将压能转换动能 嘴后形成低压区 动力液与油层产出液在喉管中混合 经扩散管动能转换成压能 混合液的压力提高后被举升到地面 39 井下射流泵工作示意图 水力射流泵排量 扬程取决于喷嘴面积与喉管面积的比值 二 水力射流泵工作特性 40 在油田开发过程中 越来越多的油井自身能量不足以将原油从井下举升到地面 需