5.机械采油技术

,机械采油技术,内部培训教材,内容,第一章机械采油的分类第二章电潜泵采油第三章有杆泵采油第四章气举采油第五章其它机械采油技术,机械采油技术,第一章机械采油的分类,机械采油的分类,有杆泵采油,无杆泵采油,气举采油,有杆抽油泵,水力活塞泵,螺杆泵,水力喷射泵,潜油电泵,连续气举（包括球塞气举）,间歇气举,第二章电潜泵采油,一、潜油电泵的组成及工作原理：,3、井下部分是机组的主要部分，自下而上包括潜油电机、电机保护器、油气分离器和潜油多级离心泵。,2、中间部分主要指连接地面部分和井下部分的电缆，包括动力电缆和引接电缆，为潜油电机供电。,1、地面部分主要包括变压器、控制柜、接线盒、井口和地面电缆。,潜油电泵机组供电流程：地面电源变压器控制柜接线盒潜油电缆潜油电机,潜油电泵机组工作流程为动力电缆将地面电力送到潜油电机保护器防止井液进入潜油电机潜油电机带动多级离心泵工作井液经气体分离器进入多级离心泵井液经多级离心泵加速获得动能动能转换为压头，井液被加压单流阀泄油阀油管井口输油干线,潜油电泵型号表示方法,-/适用井温代号额定扬程，m额定排量，m3/d机组最大轴向投影尺寸，mm潜油电泵机组代号井温代号50，用D表示；90，用A表示；120，用E表示；150，用F表示。机组最大轴向投影尺寸电机轴向投影尺寸半径（mm）+泵轴向投影尺寸半径（mm）+引接电缆厚度（mm）+电缆护罩厚度（mm）如：额定排量550m3/d，额定扬程1500m，使用井温120的149mm潜油电泵机组表示为：QYDB149-550/1500E。,工作原理:将电泵机组同油管一起下入油井中，地面电源通过变压器、控制柜、电缆将电输送给潜油电机，电机带动多级离心泵旋转，把井液举升至地面。,井口,控制柜,潜油电缆,变压器,电潜泵采油,二、潜油电泵机组的组成,潜油电泵离心泵的工作原理电机带动泵轴上的叶轮高速旋转时，叶轮内液体的每一质点受离心力作用从叶轮中心沿叶片间的流道甩向叶轮四周压力和速度同时增加，经过倒轮流到被引向上一级叶轮。这样逐级流经所有的叶轮和导轮，使液体压能逐次增加，最后获得一定的扬程，将井液输送到地面。,叶轮、叶导轮的组合剖面,潜油离心泵的局剖,叶轮与叶导轮串在泵轴上后压缩进入泵壳,1、离心泵：,分离器下接头,吸入口,里面装有诱导轮、分离转子、油气分流轮、整体也可以把它看成联接潜油泵与保护器的一个部件。,分离器上接头,潜油电泵分离器的工作原理电替泵用的油气分离器按气体从混合物中分离的方式不同，分为重力式和离心式两种类型。重力式油气分离器的工作原理：它是利用油与气密度不同进行分离的，油气混合物进入分离器由于流动方向发生转折和流速变化使混合液中的小气泡聚集成较大气泡，在浮力作用下沿着管间空间上升，然后进入油套管环型空间。而脱气原油由轴流泵输送到电泵的第一级叶轮入口，由于轴流泵提高了压力，使部分自由气重新溶解在液体中。轴流旋涡式油气分离器的工作原理：油气混合物从油井通过吸入滤网和孔眼，进入旋涡泵级，使混合物产生一定的压头以克服各种阻力，包括液体压力及将分离出的天然气导向油井环型空间的沿程阻力。从旋涡泵级出来的气液混合进入旋流器，在此获得一定角速度，并开始分离。混合物到分离时候，在离心力作用下较重的原油被甩向分离室壁，而较轻的气体则聚集在中心部分即轴的周围。分离出来的气体进入钟型罩经过孔眼导向电泵和套管间的环形空间；而脱气原油沿着钟形罩和壳体间的流道进入电泵的第一级叶轮。,2、电潜泵旋转式分离器,旋转式分离器工作原理图,电潜泵旋转式分离器,低气油比的井可直接下入电泵吸入口,连通式保护器工作原理：（1）给保护器内腔注润滑油，外腔注隔离液。隔离液为相对密度1.8-2.2的重油，将井液与润滑油隔离开来。保护器内的机械密封可密封轴，使井液体不能进入电机。（2）电机中的润滑油通过保护器连通孔下井液连通，在重油作用下使电机内压力稍高于井筒与电机环形空间压力，并能及时调整平衡。（3）电机下井运行时，温度不断升高，电机保护器内的润滑油和隔离液受热膨胀，一部分重油进入井筒,此即保护器的呼出过程。（4）电机停止运行后，温度降低润滑油和隔离液收缩，井液由连通孔进入保护器，积存于隔离液上方此即保护器吸入过程，保护器内的机械密封，在内外压力基本平衡的状态下工作。沉淀式保护器工作原理：沉淀式保护器全部注电机润滑油，油的相对密度小于1。机组下入油井运行时，电机温度不断升高，电机、保护器中的润滑油受热膨胀，经过补偿管上浮进入井筒。此即呼出过程。电机停止运行后，温度降低，润滑油收缩，井液通过补偿管进入沉淀室而沉入底部，此时保护器完成一个呼吸过程。电机继续运行主要由于与其相近的保护器机械密封相对漏失而导致润滑没不断减少，井液不断进入沉淀室，液面相对不断升高，直到没过连通管后进入下一级沉淀室当所有沉淀室都充满井液时，井液沿着连通管进入电机，此时保护器失效。,3、潜油电机保护器,4、潜油电机,潜油电机工作原理：潜油电机为三相交流鼠笼异步电机，当三相绕阻接通三相交流电源时，电机定子产生一个转速为60f/p旋转磁场，其转向取决于电流相序，根据电磁感应原理，该旋转磁场切割转子导条，在闭合的转子回路中产生感应电流。在旋转磁场中，转子导条受到力的作用，从而产生电磁转矩，使转子沿磁场旋转方向，带动负载异步转动。,潜油电缆作为潜油电泵机组输送电能的通道部分，长期工作在高温、高压和具有腐蚀性流体的环境中。为使潜油电泵机组长期正常运行，要求与之相配套的潜油电缆具有较高的电气性能，耐高温、高压和耐腐蚀。因此，潜油电缆要具有适应井下运行的特殊性，主要表现在结构和绝缘材料与通用的动力电缆不同。,潜油电缆结构,1）导体：导体芯线为三芯实心铜线或七股铜绞线。导体的作用是传递电能。2）绝缘层：绝缘层为芯线外挤包的塑料或橡胶绝缘层，具有很高的电介性能和可靠的密封性能。绝缘层的作用是在使用条件下，使电缆的电气性能长期保持稳定。3）护套层：三根芯线绝缘成缆后，圆电缆总包护套层，而扁电缆则是在每根芯线外挤塑护套层，以防止绝缘受潮、机械损伤以及化学介质的浸蚀。护套层具有一定的强度，耐油、气、水介质以及良好的气密性。4）钢带铠装：为了防止电缆护套层在下井过程中损伤以及对护套层起束缚作用，在护套层外用镀锌钢带、蒙乃尔钢带或不锈钢钢带进行瓦楞装铠，防止护套层爆裂。根据用户的需要可以提供三种不同铠皮的电缆。,潜油电缆结构示意图,54,54,1、导体2、绝缘体3、护套层4、填充料5、钢带铠装,1,2,3,1,2,3,4,5,5、潜油电缆,变压器是一种静止电气设备，利用电磁感应作用把一种电压的交流电能转变成同频率的另一种电压的交流电。在潜油电泵中的作用是为潜油电机提供工作电压（数百伏至数千伏的电源,6、变压器,变压器利用电磁感应原理工作，一般说来，两个（或两个以上）互相绝缘的线圈套在共同铁芯上，以磁场为媒介，没有电的联系。接交流电源的线圈称原线圈，简称原方；接负载的线圈称为副线圈，简称副方。当原方接到交流电源时，在外施电压作用下，原线圈中有交流电流流过，并在铁芯中产生交变磁通，其频率与外施电压的频率一样。这个交变磁通同时在原、副线圈内感应出电势，副方有了电势，便向负载供电，实现了能量传递,变压器的工作原理,7、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，潜油电泵控制柜分为手动、自动两种控制方式。控制柜具有短路保护、单相保护、三相过载保护和欠载停机、延时自启动等功能，并且通过仪表随时测量电机运行电压、电流参数并自动记录电机运行电流，从而使电泵管理人员及时掌握和判断潜油电机的运行状况。目前在油田上所使用的控制柜种类比较多，这些控制柜都利用中心控制器来完成各种保护功能及控制过程。在高压主回路中，有采用隔离开关的，也有采用自动空气开关的；有采用交流接触器的，还有采用真空接触器的。除此之外有些控制柜还带有井下压力和温度监控装置。,（1）海拔不超过1000m的室内。（2）环境温度在2040内（记录仪除外）。（3）相对湿度不超过80。（4）在无易燃气体，无爆炸危险的介质中。且介质无足以腐蚀和破坏绝缘气体及导电尘埃。（5）无剧烈振动和强力颠簸及垂直倾斜度不超过5的场所。,控制柜的使用环境,变频控制柜,变频控制柜是近年来发展和应用的一种新型潜油电泵控制设备。它可以通过控制柜内的变频装置及微机控制系统，根据油井的生产情况（井下压力或负荷大小）改变电机供电电源的频率，用改变电源频率的方法调节潜油电机的转速，达到改变电泵排量、扬程的目的。,三、潜油电泵的安装与投产,一、安装电泵井口：）当电泵机组和油管下到一定深度后，就开始安装电泵井口。在安装电泵井口以前，首先要测量机组的对地绝缘电阻和相间直流电阻应符合要求，然后按照井场面积和距离留取适当长度的电缆后将其余部分锯掉。）现使用的潜油电泵井口有两种：一、型、型电泵井口即穿膛式结构油管挂；二、250型电泵井口即侧开式结构油管挂；三、潜油电泵井口电缆穿越器，俗称BIW头。,1、型型电泵井口、型电泵井口即穿堂式电泵井口主要由油管挂、法兰盘、防喷盒、密封胶圈及防喷盒压盖等组成，其结构如图418所示。,2、250型电泵井口250型电泵井口即侧开式电泵井口，它主要由开口法兰、开闭门、压块、油管挂、大、小支撑块、接头、橡胶密封垫等部件组成，其结构如图419所示。安装电泵井口（即侧开式结构油管挂）：首先将油管挂处电缆铠皮剥去0.5m长一段,距离，然后打开油管挂侧门，将三根电缆分别压入橡胶密封垫的半圆孔中，关上侧门，上紧螺丝。套上开口法兰，提起管柱，将油管吊卡取出，油管挂座入套管头中，上紧法兰螺丝，装上采油树及接好地线后，测量机组直流电阻及对地绝缘电阻是否符合要求，即完成整个工作。,采油树安装,3、井口电缆穿越器井口电缆穿越器主要由井口、井下电缆连接器、动力连接装置、油管悬挂器、井口适配器、地面电缆连接器等部件组成，其结构如图420所示,采油树安装,1.定频地面设备的安装定频地面设备比较简单，一般只有一台降压变压器和一台定频控制柜。在安装时，要求将控制柜安装在井场值班房内，并符合到接线盒的距离要求。2.变频地面设备的安装变频地面设备共分两种情况，一种是低压变频，包括一台降压变压器、一台升压变压器和一台变频控制柜；另一种是中压变频，包括一台降压变压器和一台变频控制柜。,、地面设备的安装,3.接线盒的安装在一般情况下，接线盒安装位置到井口的距离应不小于5m，到控制柜的距离应不小于10m。在安装接线盒时，距离地面的高度应不小于0.5m。从接线盒到控制柜的电缆必须埋入地下或架高，同时将接线盒固定在水泥基础上，其标准安装如图416所示。,4、潜油电缆的连接：潜油电缆的连接有圆电缆与扁电缆、扁电缆与扁电缆的连接两种方式，其基本步骤和要求大同小异。其连接程序及要求如下：、首先测量动力电缆和小扁电缆的三相直流电阻和对地绝缘电阻应符合要求；、连接电缆；、测量检查：当电缆连接完毕以后，测量电缆的三相直流电阻和对地绝缘电阻。三相直流电阻要求不平衡度应小于2，对地绝缘电阻应大于1000M；、截取二段适当长度的电缆，一段连接变压器到控制屏的地面电缆，一段连接控制屏到接线盒的地面电缆。接好变压器次级电缆及控制屏进线电缆，并接好控制屏出线及接线盒进线。5、电源检查：电源电压应满足机组额定电压加电缆压降，电源电压不平衡度3%，测量电源电压是否符合要求，否则调节变压器分接开关。测量控制电压110V(-5+10)；6、真空接触器的检查,地面设备的安装,7、记录仪的检查：指针转动是否灵活，是否归零；外观是否良好；笔尖内是否有墨水，卡片是否与电流变比相符；8、中心控制器的检查：检查控制电压110V(+10-5）；检查控制保险；检查电流变比与互感器变比是否一致。调整欠载整定值按80、过载整定值按120。9、空载试车：看各部件是否完好，动作是否良好。10、机组的检查：检查机组直流电阻是否平衡,检查机组对地绝缘电阻是否达到机组的要求100M。11、井口的检查,地面设备的安装,、投产运行,1合上电源隔离开关，再合上控制屏主回路开关。检查控制电压是否符合要求，即110V（10V5V）。合上控制开关，将选择开关搬在手动位置。在井口装上一块量程025MPa的压力表。在启动前，首先应将控制器的电流变比与电流互感变比要一致。再调整欠、过载整定值。欠载调最小，过载调最大。给电流记录仪装上电流卡片，更换笔尖，并将时间调整在24档位上，上紧时钟发条，运行五天运转正常，方可转换成168（即一周）。按启动按钮，同时测量瞬时电流和工作电流。运行20min稳定以后，调整过、欠载整定电流和欠载延时再启动时间。过载电流整定值，按机组的额定电流的120调整。欠载按实际电流的80调整，欠载延时再启动时间可按油井实际情况调整，但最少应调整为30min以上。关上生产闸门进行蹩压，观察油压上升情况，是否符合生产要求。在打开生产闸门，进行生产。机组运行30min后，方可交井。,四、电泵故障处理,、检查程序：1、到井场后，闻整个控制屏房有无异味，糊、焦、臭、着火痕迹等；2、控制屏如果没有断电，仔细观察其显示，有两种可能，中心控制仪有显示，反映出故障类型（过载、欠载、单相、停机、有的中心控制仪显示欠电压或超电压）。另一种可能是中心控制仪无显示。3、断开总电源，检查控制屏里面主回路各连接点有无虚接、过热（火）、氧化、松动迹象。4、检查主、付回路的各种保险是否被融（断）化。5、检查控制变压器及电压扼流线圈是否损坏、烧毁、短路。6、根据不同的控制屏检查控制回路的一次仪表、记录部分、显示部分、开关电路、端子排及线路有无异常。7、测量对地绝缘、相间电阻包括地面电缆。8、根据测量参数，进行下一步处理。,1、来电后机组不能启动：检查输入电压是否正常，机组三相直流电阻及对地绝缘电阻正常，检查中心控制器发现过载，单相发光管亮，检查电路系统是否存在断路（或接触不良）故障；根据故障症状分析，认为是控制柜电路故障启动机组观察三相电流，一相无电流，其他两相电流是正常值的2倍；检查开关、接触器、线路及接头处，将断路处或接触不良处处理并连接好；2、机组运行电流高于额定电流，经常出现过载停机检查机组电气参数和网络电压均正常，经检查井口回压过高，进一步检查发现地面管线有堵塞现象，应停机清洗地面管线，使其畅通。3、机组瞬时过载停机电流卡片画出的是没有规则的一条瞬时过载停机曲线，检查机组三相直流及对地绝缘电阻正常，启动机组观察正常，根据测量数据分析，可能是机组机械故障或有较大砂粒造成卡泵。可视具体情况决定是否更换机组，还有一种情况是由于电网电压波动或其他负载波动造成过载停机。,分析与处理：,、分析与处理：,4、机组运行过程中三相电流不平衡机组在运行过程中，三相电流有较大的不平衡，不平衡度大于5，检查机组三相直流电阻平衡，检查电网三相电压平衡，如果机组三相直流电阻不平衡度超过2，则不平衡原因在井下机组。否则，不平衡原因在地面变压器或电源，三相直流电阻不平衡度低于2，则不平衡原因在变压器，需进一步检查并进行处理；井下电缆是扁电缆的话，地面运行电流不平衡也是经常出现的，这时应把井下电缆连接方式顺时针旋转一次连接，有可能会解除故障，但最多不能多于两次，园电缆则不会出现这种情况。5、机组发生故障后，测量三相直流电阻不稳定机组出现故障后，用指针式万用表测量三相直流电阻，出现大幅度左右摆动；改用数字万用表测量，数字跳动不稳定，无法读取准确测量结果，根据现象分析，并进一步观察停机后井口油压指示，可能是油井具有一定的自喷能力，井液作用于叶轮转动，或机组悬挂的环形空间在外力作用下摆动，两种因素都有可能引起一定的感应电势干扰测量。需关井或采取措施避免摆动后再测量。,分析与处理：,6、频繁地欠载停机机组在运行中，出现频繁欠载停机，检查电流卡片，电流曲线偏低；检查中心控制器，欠载整定值偏高，显然，欠载原因是欠载整定值过高，与运行电流接近，负载稍有波动就会欠载停机，应按实际运行电流的08倍重新调整欠载整定值。7、运行电流低于欠载值停机机组运行电流较小，接近空载电流。憋压不上升，且井口无出液声音，检查机组电气参数是否正常，根据运行电流接近空载电流判断电机在空转，可能是：a）保护器以上部位存在断轴或部件脱连现象；b）供液不足，井下被抽空；c）泵出口以上管柱有腐蚀穿孔的地方，井液在穿孔与吸入口之间打回流现象；遇到类似情况都需起泵更换机组。8、泵排量效率下降，运行电流减小引起欠载机组运行时间较长，其排液量逐渐下降，运行电流也随之减小，经常出现欠载停机现象，检查油井动液面正常；进行憋压试验，油压上升速度较慢；化验油样含砂井液中含砂量较高，或机组运行时间较长，叶导轮磨损严重，导致泵效下降，机组运行电流相应减小，这种情况需要起泵更换机组。,分析与处理：,9、机组不能正常启动合上闸刀开关以后，按启动按钮，机组无任何反应，检查保险及电压正常，检查中心控制器上的欠载指示灯与旁通发光管同时亮，原因是中心控制器20号接线端子与14号接线端子接触不良，导致电路不通，处理端子氧化层及腐蚀物，重新将端子接点连接好，真空接触器桥式整流（虚接）开路，LN2-2-H1真空接触器桥式整流电路虚接，空载时有吸合，连接上井下电缆后无反映，无电信号通过，中心控制仪运行灯点亮，排除故障点后正常。10、施工中引起的故障压井作业时压井液中混有纤维类杂物，启动机组后经泵吸入口进入泵流道造成卡泵，特别是在措施及新井转电泵容易出现，施工中电缆遭到刮碰，内部绝缘层受到破坏，机组再下到一定深度时，在压力的作用下，绝缘下降，预防措施是在压井时，将压井液过滤干净，机组下井前井筒要替喷或气举干净，启动机组前将压井液替喷干净后，按操作规程要求进行安装前套管内壁的检查，杜绝磕、碰、刮等现象，发现隐患及时处理。,分析与处理：,、正常的过载停机故障，检查及处理过程如下：首先，测量机组的对地绝缘电阻及相间直流电阻。检查过载电流调整是否正确，重新计算整定值。用万用表检查供电网络保险是否正常。逐步检查变压器、控制柜及其它是否正常。最后排除所检查出的故障，启动机组运行，并观察2030分钟。注意：对于过载停机井必须检查确定出故障原因，并排除或已经检查确定没有问题后，方可重复启动一次。,分析与处理：,、正常的欠载停机故障，检查及处理过程如下：欠载电流应调整为额定电流的80。检查排量是否正常，憋压检查，起泵进行修理。检查控制柜线路、各接头及元件。适当放套管气，起出更换分离器或加深泵挂。测量动液面深度，提高注水量，更换小排量泵。,正常运行的电流卡片如图1所示为潜油电泵正常运行情况下的电流卡片。在这种情况下，电流记录仪所画出的是一条光滑对称的曲线，其电流值等于或接近电机的额定电流。这说明潜油电泵的选择和设计是合理的，设计功率和实际功率基本相等。潜油电泵实际运行也可能产生一条类似的曲线，记录的电流值略高或低于电机的额定电流值，但只要此曲线是对称的，波动范围在规定之内，并且天天始终一致则运行也属于正常。电流卡片所出现的任何一种较大变化，都表明油井的生产条件发生了变化。,五、电流卡片,电源电压波动的电流卡片如图2示为电源电压波动的电流卡片。在潜油电泵运行过程中系统的电流值与电压值成反比关系，因此电源电压的波动，将会引起系统电流值的波动，以试图维持恒定的负荷。由于电源电压波动所引起的电流值的波动，在运行电流卡片就会出现“钉子状”的突变。电源电压波动最普遍的原因是：第一，由于有较大功率的注水泵或其它设备突然启动所造成的电压瞬间波动，也可能是其它几种较小的电压波动的组合。第二，由于其它的电干扰，例如雨天雷电就是一个原因。,电流卡片,泵发生气塞时的电流卡片如图3示为泵发生气塞(气体干扰)时的电流卡片。潜油电泵在运行过程中如果产生了气体，造成泵因气塞而抽空。为了叙述方便，将泵启动后因气塞而停泵这个周期所记录的电流曲线分为四段，即A、B、C、D。A段表示了潜油电泵刚开始启动，此时油井油套环形空间液面比较高，所需要举升的压头较低，所以产量和电流值比正常时稍高。B段表示了正常运行的电流曲线，其液面接近设计值。C段表示了电流值开始下降，液面已低于设计值，并随着液面的不断下降，电流值越来越低。D段表示了由于液面的不断下降，最后接近泵吸入口，气体开始进入泵内，由于气体的干扰，使电机负荷发生波动，导致电流波动，最后由于发生气塞而使潜油电泵机组欠载停机。,电流卡片,泵抽空时的电流卡片如图4示为泵抽空时的电流卡片。该电流卡片表明了潜油电泵由于抽空而自动停机，然后又自动启动，又因同一原因再次停机。为了叙述方便，仍将电流曲线分为A、B、C、D四段。对A、B、C三段的分析和气塞时分析相同，只是因为没有气体出现，所以潜油电泵的运行电流也比较平稳。在D段，液面接近泵吸入口，这时产量和电流值同时下降，最后达到欠载整定值而自动停机。当泵因欠载而自动停机时，自动再启动程序接通，当经过一个预设定的延时时间后，潜油电泵重新自动启动。由于停泵期间，液面没有恢复，当泵再启动时，液面尚未静止，所以停泵周期又在C段开始。这种情况的发生是由于所选择的泵的排量大于油井的实际产能所致。,电流卡片,泵抽空后不合理启动的电流卡片如图5示为泵抽空后不合理启动的电流卡片。此电流卡片表示了潜油电泵在运行过程中因欠载而自动停机，经过一段时间后又重新启动，但没有成功。这说明在泵抽空后，油井内液面尚未恢复到足够的高度，因此潜油电泵没有启动起来。所以，必须根据油井生产状况，延长延时再启动时间。这种情况属于选泵设计不合理，泵排量大于油井的实际产能。在检泵时应更换排量小一些的泵。,电流卡片,频繁的短周期运行的电流卡片如图6所示为频繁的短周期运行的电流卡片。在这张电流卡片上，电流和潜油电泵机组的启停呈周期性的波动。这种电流曲线表明了潜油电泵机组的选择不够合理，也就是说油井产能小于泵的额定排量。当泵起动以后，油井液面很快下降，电机负荷变轻，运行电流降到欠载电流以下，造成潜油电泵机组欠载停机。经过一个延时再启动时间后再启动，重复以上过程。遇到这种情况，应立即更换小排量的泵，因为这种情况对电机是极为有害的。,电流卡片,泵在含气井中运行的电流卡片如图7为泵在含气井中运行的电流卡片。此电流卡片说明，潜油电泵的选择基本符合要求，但是井中含气量较高，分离器不能足以将气体完全排出，使较多气体进入泵内。电流波动是由于原油脱气进泵所引起的，这种情况将会降低总的产液量。另外这种情况也可能是由于泵内的液体被气体乳化所引起的。曲线的低值表示乳化液进入泵叶轮的一瞬间，这种乳化液还不至于影响叶轮的正常工作，只是降低了泵效。只要使用破乳剂就可以解决这个问题，或应用旋转式分离器消除气体影响。,电流卡片,欠电流停泵的电流卡片如图8所示为欠电流停泵的电流卡片。此电流卡片表示当泵启动后，运行了一个很短的时间，然后因欠电流而停机。由于有自动启动装置，这一循环周而复始。这种情况一般有三个方面的原因：第一是由于井液密度过低或产量过少所造成，不足以使电流值高于欠载电流整定值以上而导致潜油电泵机组欠载停机；第二是由于延时再启动系统或欠载保护装置损坏所引起的；第三是由于泵轴断或花键套脱离所引起的。对于第一种原因需要重新进行选泵更换合适的潜油电泵机组，第二种原因可由潜油电泵井管理人员进行处理，第三种原因需要起井检查，并更换潜油电泵机组。,电流卡片,欠载保护失灵的电流卡片如图9所示为欠载保护失灵的电流卡片。此电流卡片表示了当潜油电泵机组正常启动以后，运行一段时间，电流逐渐下降，一直降到接近电机的空载电流为止，电机几乎在空载条件下运行一段比较长的时间，突然过载停机。这说明由于某种原因使泵排量逐渐下降，导致运行电流下降，而欠载保护装置失灵，使电流一直降到接近电机的空载电流仍不停机，并在此电流下运行一段时间。由于泵空转，没有液体流经电机表面而带走电机所散发出的热量，使温度不断升高，从而破坏了潜油电泵系统绝缘，最终导致电机或电缆烧毁。,电流卡片,延时时间太短的电流卡片如图10所示为延时时间太短的电流卡片。这种电流卡片是用液面控制开关潜油电泵运行的电流曲线，用液面启停潜油电泵的方法是经常使用的，但是延时时间一定要设置合适。如果延时时间太短，当泵刚刚停运时，井液将通过泵叶导轮流道向下流动，将使泵发生倒转。假如正好泵在这时启动，将可能造成泵轴扭断事故。因此，一般要求延时时间不得低于30mins。在这里给出的这张电流卡片就是一个延时时间太短的电流卡片，在这种情况下，应用这种控制是十分场危险的。,电流卡片,正常过载停机的电流卡片如图11所示为正常过载停机的电流卡片。为了叙述方便，把该电流曲线分为A、C三段。A段表示了电机在工作电流低于额定电流的情况下进行启动，启动后电流才逐渐恢复到额定值；段表示潜油电泵正常运行；C段表示随着时间的延长，电流逐渐增加，最后达到过载电流整定值，导致潜油电泵机组过载停机。这种情况必须查清过载原因，如果测量井下设备对地绝缘电阻和三相直流电阻正常，并排除故障后，再进行试启动，若没有问题则投入正常运行。否则，需进一步查找故障原因。,电流卡片,泵在含有杂质的井液中运行的电流卡片如图12所示为泵在含有杂质的井液中运行的电流卡片。这种电流卡片表明了潜油电泵启动以后，运行到某一时间，突然发生波动，过一段时间后，又自动恢复正常。引起上述现象的原因是井液中含有松散的泥砂或碎屑，或可能是机械原因，如叶导轮磨损造成轻微卡泵，最终导致电流升高而过载停机。在潜油电泵井的管理中，这种现象并不常见。,电流卡片,手动强制再启动的电流卡片如图13所示为手动强制再启动的电流卡片。电流曲线表明，当泵启动正常运行一段时间，后来出现电力波动冲击，最终导致潜油电泵机组过载停机，试图手动再启动若干次失败。引起过载停机的原因有可能是发生功率波动(如雷电等)，也可能是接头或保险烧坏，导致设备缺相运行所引起。如果发生上述现象，应仔细检查发生故障的原因，并立即进行处理，不允许强制再启动，否则很容易造成设备恶性损坏。,电流卡片,负载波动的电流卡片如图14所示为负载波动的电流卡片。此电流卡片上的曲线表明负载变化不规则，这种情况一般是井液密度发生变化或地面回压过高所引起的。发生这种情况，不宜手动再启动，更不允许自动启动，应由管理人员查找出问题并处理后，方可投入正常运行。,电流卡片,一、有杆抽油系统主要由四部分组成：1、抽油机：抽油机是带动光杆完成往复直线运动的机械装置2、抽油杆：抽油杆是连接地面抽油机和井底抽油泵的连接杆。它把抽油机的上下往复运动传给抽油泵。3、抽油泵：有杆泵主要是由一个泵筒和一个活塞或柱塞以及配套的吸入与排出凡尔简单组合而成，用来将井下流体吸入油管，并排到地面。4、其它附件,第二章有杆泵采油,、抽油机的分类、结构及工作原理：,、游梁式抽油机结构：驴头、游梁、连杆、曲柄、减速器、悬绳器、刹车装置、支架、底盘、皮带和拖动部分等组成。,工作原理：动力机经传动皮带将高速运动传给减速器，经三轴两级减速后、又曲柄连杆机构将旋转运动变为游梁的上下运动，悬挂在驴头上的悬绳器通过抽油杆带动抽油泵柱塞上下往复运动，将井内液体抽到地面。,有杆泵采油系统的构成,分类：常规游梁式抽油机、前置曲柄平衡抽油机、气动平衡抽油机、间开线型抽油机、摩擦换向抽油机、直线电机抽油机等。,1、抽油机：,、摩擦换向抽油机结构：电机、联轴器、减速器、制动器、摩擦轮支架、下部底盘、配重箱、电控柜等组成。,直线电机抽油机工作原理：直线电机动子在通入变频控制器输出的低频电流后，沿主板上安装的导轨上下往复运动，并通过扁钢丝绳直接与抽油杆连接（经过承载桁架的顶部转向轮换向）带动抽油杆达到往复抽油目的。,摩擦换向抽油机工作原理：以摩擦轮作为传动机构，通过电机正反转换向，将电机的电能转换为抽油系统上下往复运动的机械能，并通过钢丝绳直接与抽油杆连接，带动抽油杆达到往复抽油目的。,、直线电机抽油机结构：天轮、翻转轮、桁架、电机定子、电机动子、动子导向轮、导轨平衡箱、扁钢丝绳、悬绳器、防撞器、无触点限位器和电磁刹车等组成。,抽油机,、游梁式抽油机系列型号表示方法,CYJ123.370(H)F(Y，B，Q),CYJ-常规型,CYJQ-前置型,CYJY-异相型,抽油机,抽油机,抽油机：大部分抽油机都采用某一种平衡方式装配，用的最多的是曲柄平衡和游梁气压平衡。不管采取哪一种平衡方式，平衡系统都是用来平衡抽油杆柱的重量和一部分举升液柱的重量。,抽油机,抽油机,弯游梁抽油机,常规游梁式抽油机,下偏杠铃抽油机,双驴头抽油机,抽油机,调径变抽油机（）,调径变抽油机（）,抽油机,辘轳机-1型,轮式抽油机,摩擦换向抽油机,直线电机抽油机,复式永磁电机抽油机,轮式抽油机,立式抽油机,、抽油泵,抽油泵主要是由一个泵筒和一个活塞或柱塞以及配套的吸入与排出凡尔简单组合而成，用来将井下流体吸入油管，并排到地面。然而在抽油井中会遇到各种各样的问题（高排出压力、低吸入压力、岀砂、结垢、腐蚀性气体、腐蚀盐水条件、结蜡、气体、凝析气体、磁力）。为了使井下泵能在各种条件下更有效地运转，针对油田特点，对抽油泵大量的改进，而形成各种系列抽油泵，目前主要有两种管式和杆式抽油泵两大类。,抽油泵特点：塔里木目前使用的抽油泵泵筒内孔采用渗碳淬火和镀铬两种表面硬化工艺，柱塞表面采用热喷焊工艺。能适应长冲程、高光杆速度和深抽的需要，具有泵效高、排量大、耐磨损、耐腐蚀、检泵周期长、维修方便等优点。,1、抽油泵结构,(1)泵筒油井泵的泵筒是个缸套，其内有一个精密配合的柱塞或活塞来吸入和排出井内液体。(2)柱塞泵柱塞是一个精密配合的装有单流凡尔的管式柱塞，用来从泵筒内排出油井液体。它可以是全金属的，也可以是用皮碗、密封圈或其它软密封装配成的，与泵筒形成密封。(3)固定凡尔这是泵的吸入凡尔，一般由球座型单流凡尔组成。在抽油过程中，该凡尔总成保持固定。(4)游动凡尔这是个排出凡尔。它随固定泵筒泵的柱塞和游动泵筒泵的泵筒运动。整个总成，包括一个皮碗式柱塞，或装有其它类型软密封的柱塞，连同单流凡尔一起，常被称作“游动凡尔”,2、抽油泵基本情况抽油泵泵径：28、32、38、44、51、57、63、70、83、95、120、140,抽油泵,3、抽油泵类型：管式泵：外筒和衬套在地面组装好接在油管下部先下入井内，然后投入固定阀，最后再把柱塞接在抽油杆柱下端下入泵内。管式泵特点：结构简单、成本低，排量大。但检泵时必须起出油管，修井工作量大，故适用于下泵深度不很大，产量较高的油井。杆式泵：整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱的下端整体通过油管下入井内，由预先装在油管预定深度(下泵深度)上的卡簧固定在油管上，检泵时不需要起油管。杆式泵特点：结构复杂，制造成本高，排量小，修井工作量小。杆式泵适用于下泵深度大、产量较小的油井。其它特种泵：系列防砂泵、系列悬挂泵（正悬挂、倒置泵）、系列抽稠泵、系列防气泵、系列防腐泵、斜井泵、其他（双作用泵、分采泵）等。,抽油泵结构，硬化方式、间隙、阀副、密封段长度等参数的合理选择，是保障抽油泵使用可靠性的关键，是减少抽油泵事故、延长检泵周期的主要因素之一。,抽油泵规格类型多样，根据井况、工况进行选择使用。,抽油泵,4、抽油泵硬化方式及加工尺寸：抽油泵泵筒硬化方式有镀铬、渗碳两种；泵筒最大长度10.5米；泵筒壁厚有6.35mm（常规）、8mm（加厚）等。镀铬硬度HRC6672，厚度0.08mm；渗碳硬度HRC5866，厚度0.61.0mm。柱塞硬化方式为合金粉喷焊、镀铬；常规柱塞密封段长度1220mm；可以根据油井井况选择密封段长度为610mm、915mm、1525、1830mm的柱塞；长柱塞最大长度为8000mm。,抽油泵,5、泵筒与柱塞的配合参数：抽油泵泵筒柱塞间隙有5级（API规范中没有规定）1级间隙：0.0250.088mm；2级间隙：0.0500.113mm；3级间隙：0.0750.138mm；4级间隙：0.1000.163mm；5级间隙：0.1250.188mm。,根据美国OILWELL公司的理论：柱塞与泵筒为非接触式往复运动的间隙密封，虽会产生一定的漏失量，但能够起到润滑和冷却的作用；在大多数情况下，2-5%的漏失会达到较好的润滑作用。通过天津大学进行的柱塞与泵筒的摩擦试验知道：干摩擦的磨损量是湿摩擦磨损量的3倍以上。漏失可延长柱塞泵筒摩擦副的磨损的寿命。,API规范中对抽油泵间隙未做规定，根据油井工况自行确定,抽油泵,6、抽油泵代号表示方法：抽油泵代号用下述形式表示,特种抽油泵代号,标称柱塞长度（m）,标称泵筒长度（m）,泵型,标称泵径,标称油管尺寸,如：25175TH7.2-1.2-1.2、25150RHAM7.2-1.2-1.2前面2位数字为油管代号、后3位数字为抽油泵泵径代号，字母T：管式泵代号，R：杆式泵代号，H：厚壁泵筒（6.35mm），M：机械支承，C：皮碗支承，A：支承位置在顶部，B：支承位置在底部，字母后边的数字为：泵筒长度、柱塞密封段长度、加长接箍/短节总长。,抽油泵,、抽油杆,抽油杆：能量传递工具。,1-外螺纹接头；2-卸荷槽；3-推承面台肩；4-扳手方径；5-凸缘；6-圆弧过渡区,实心抽油杆的杆体直径分别为13、16、19、22、25、28mm，性能有D级、H级。,实心抽油杆的长度一般为8000mm或7620mm，另外，为了调节抽油杆柱的长度，还有长度不等的抽油杆短节。,接箍是抽油杆组合成抽油杆柱时的连接零件。按其结构特征可分为：普通接箍、异径接箍和特种接箍。,普通接箍：连接等直径的抽油杆,异径接箍：用于连接不同直径的抽油杆,特种接箍：主要有滚轮式接箍和滚珠式接箍，用于斜井或普通油井中低抽油杆柱与油管之间的摩擦力，减少对油管的磨损,超高强度抽油杆,玻璃钢抽油杆,空心抽油杆,电热抽油杆,连续抽油杆,柔性抽油杆：如钢丝绳抽油杆,抽油杆,空心抽油杆规格有32、34、36、38、4248六种，壁厚有5、5.5、6、6.5四种，性能D级。,空心抽油杆,空心抽油杆主要用于电加热开采稠油或结蜡井防蜡,气锚分离原理,、其它附件,气锚的作用：油气分离，减少气锁,1、气锚：,2、油管锚,油管锚的作用：将抽油管柱锚定在套管上，减少抽油系统的冲程损失。,抽油杆扶正器的作用：扶正抽油杆，防止偏摩降低寿命。有杆泵井中，抽油杆柱常因发生偏磨而导致大量抽油杆寿命降低，严重的导致断杆，进而导致修井作业。其主要原因是：井身质量不好；油井含砂或原油粘度高，导致抽油杆下行阻力大，下部大段杆柱受压弯曲。可实现万向扶正，不发生憋卡。经油田使用，取得了良好的扶正效果。,3、扶正器,二、抽油泵的工作原理,(一)泵的抽汲过程,抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受管内液柱压力而关闭。,泵吸入的条件：泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。,A-上冲程,1)上冲程,泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力(沉没压力)与泵内压力之差的作用下被打开。,泵内吸入液体、井口排出液体。,B-下冲程,2)下冲程,柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。,泵排出的条件：泵内压力(排出压力)高于柱塞以上的液柱压力。,柱塞上下抽汲一次为一个冲程，在一个冲程内完成进油与排油的过程。,光杆冲程：光杆从上死点到下死点的距离。,泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开。,柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。,抽油泵的工作原理,（二)泵的理论排量,泵的工作过程是由三个基本环节所组成，即柱塞在泵内让出容积，井内液体进泵和从泵内排出井内液体。,在理想情况下，活塞上、下一次进入和排出的液体体积都等于柱塞让出的体积：,每分钟的排量为：,每日排量:,泵的理论排量,抽油泵,（三)、提高泵效的措施,(1)选择合理的工作方式：,选用大冲程、小冲次，减小气体影响，降低悬点载荷，稠油井一般采用大泵、大冲程、小冲次。,连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。,深井抽汲时，S和N的选择一定要避开不利配合区。,(2)确定合理沉没度,(3)改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能,(4)使用油管锚减少冲程损失,(5)合理利用气体能量及减少气体影响,抽油泵,四、有杆抽油系统工况分析,(1)了解油层生产能力及工作状况，分析是否已发挥了油层潜力，分析、判断油层不正常工作的原因；,(2)了解设备能力及工作状况，分析设备是否适应油层生产能力，了解设备潜力，分析判断设备不正常的原因；,(3)分析检查措施效果。,目的：油层与抽油设备协调，油井高效生产。,、抽油井液面测试,1、动液面、静液面及采油指数,静液面（Ls或Hs）：对应于油藏压力。,动液面（Lf或Hf）：对应于井底压力流压。,生产压差：与静液面和动液面之差相对应的压力差。,沉没度hs：根据气油比和原油进泵压力损失而定。,图3-25静液面与动液面的位置,测试与分析,2、液面位置的测量,测量仪器：回声仪,测量原理：利用声波在环形空间流体介质中的传播速度和测得的反射时间来计算其位置:,.有音标的井,图3-26声波反射曲线,测试与分析,.无音标井,根据波动理论和声学原理，声波在气体中的传播速度为：,利用气体状态方程确定气体密度：,因为：,声波速度为：,简化为：,测试与分析,、地面示功图及分析：,示功图：载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。,1、理论示功图及其分析,.静载荷作用下的理论示功图,循环过程：下死点A加载完成B上死点C卸载完成D下死点A,图10-5静载理论示功图,正常示功图,图10-5静载理论示功图,ABC为上冲程静载荷变化线。AB为加载过程，加载过程中，游动凡尔和固定凡尔处于关闭状态；在B点加载完毕，变形结束，柱塞与泵筒开始发生相对位移，固定凡尔打开而吸入液体。BC为吸入过程（BC=sP为泵的冲程），游动凡尔处于关闭状态。,A点的载荷：wr,抽油杆在液柱中的重量;B点的载荷：wr+wl,抽油杆在液柱中的重量+液柱的重量;,示功图,图10-5静载理论示功图,CDA为下冲程静载荷变化线。CD为卸载过程，游动凡尔和固定凡尔处于关闭状态；在D点卸载完毕，变形结束，柱塞与泵筒发生向下相对位移，游动凡尔被顶开、排出液体。DA为排出过程，固定凡尔处于关闭状态。,示功图,.考虑动载荷后的理论示功图,考虑惯性后的理论示功图,S/2,考虑惯性载荷时，是把惯性载荷叠加在静载荷上。,上冲程：前半冲程由大变小、向下的惯性载荷，增加悬点载荷；后半冲程由小变大、向上的惯性载荷，减小悬点载荷。,下冲程：前半冲程由大变小、向上的惯性载荷，减小悬点载荷；后半冲程由小变大、向下的惯性载荷，增加悬点载荷。,示功图,考虑惯性和振动后的理论示功图,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ABCD上。由于抽油杆柱的振动发生在粘性液体中，所以为阻尼振动。叠加之后在BC线和DA线上就出现逐渐减弱的波浪线。,考虑振动载荷时，是把振动载荷叠加上。,示功图,2、典型示功图分析,典型示功图：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的示功图。,考虑惯性和振动后的理论示功图,正常示功图,标准示功图：红旗飘飘型,示功图,典型示功图：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的示功图。,.气体和充不满对示功图的影响,图3-30有气体影响的示功图,气体影响示功图,上冲程：由于在下冲程末余隙内还残存一定数量的溶解气和压缩气，上冲程开始后泵内压力因气体的膨胀而不能很快降低，使吸入阀打开滞后(点B)，加载变慢。余隙越大，残存的气量越多，泵口压力越低，则吸入阀打开滞后得越多，即BB线越长。,示功图,图3-30有气体影响的示功图,充满系数：,下冲程：气体受压缩，泵内压力不能迅速提高，使排出阀滞后打开(点D)，卸载变慢(CD)。泵的余隙越大，进入泵内的气量越多，则线DD越长，示功图的“刀把”越明显。,气体使泵效降低的数值近似计算公式：,示功图,充不满影响的示功图,充不满现象：地层产液在上冲程末未充满泵筒的现象。,液击现象：泵充不满生产时，柱塞与泵内液面撞击引起抽油设备受力急剧变化的现象。,图3-31充不满的示功图,下冲程：悬点载荷不能立即减小，只有当柱塞遇到液面时，则迅速卸载。所以，卸载线较气体影响的卸载线陡而直。,示功图,.漏失对示功图的影响,排出部分的漏失,图3-32泵排出部分漏失,前半冲程：泵内压力降低，柱塞两端产生压差，泵上液体经排出部分的不严密处漏到工作筒内，漏失速度随柱塞下面压力的减小而增大。由于漏失到柱塞下面的液体有向上的“顶托”作用，所以悬点载荷不能及时上升到最大值，使加载缓慢。随着悬点运动的加快，“顶托”作用相对减小，直到柱塞上行速度大于漏失速度的瞬间，悬点载荷达到最大静载荷。,示功图,图3-32泵排出部分漏失,柱塞的有效吸入行程：,泵效：,后半冲程：因活塞上行速度逐渐减慢，在柱塞速度小于漏失速度瞬间(C)点，又出现了漏失液体的“顶托”作用，使悬点负荷提前卸载。到上死点时悬点载荷已降至点C。,示功图,吸入部分漏失,图3-33吸入凡尔漏失,下冲程开始后，由于吸入阀漏失使泵内压力不能及时提高，而延缓了卸载过程。排出阀不能及时打开。,当柱塞速度大于漏失速度后，泵内压力大于液柱压力，将排出阀打开而卸去液柱载荷。下冲程后半冲程中因柱塞速度减小，当小于漏失速度时，泵内压力降低使排出阀提前关闭(点A)，悬点提前加载。到达下死点时，悬点载荷已增加到AA。,示功图,图3-33吸入凡尔漏失,柱塞的有效吸入行程：,泵效：,吸入部分的漏失造成排出阀打开滞后(DD)和提前关闭(AA),示功图,当吸入阀严重漏失时，排出阀一直不能打开，悬点不能卸载。,图3-34吸入凡尔严重漏失,吸入部分和排出部分同时漏失时的示功图是分别漏失时的图形的迭加，近似于椭圆形。,图3-35吸入凡尔和排出凡尔同时漏失,示功图,.柱塞遇卡的示功图,柱塞在泵筒内被卡死在某一位置时，在抽汲过程中柱塞无法移动而只有抽油杆的伸缩变形，图形形状与被卡位置有关。,图3-36活塞卡在泵筒中部,示功图,.带喷井的示功图,在抽汲过程中，游动阀和固定阀处于同时打开状态，液柱载荷基本加不到悬点。示功图的位置和载荷变化的大小取决于喷势的强弱及抽汲液体的粘度。,图3-37喷势强、油稀带喷,图3-38喷势弱、油稠带喷,示功图,.抽油杆断脱,抽油杆断脱后的悬点载荷实际上是断脱点以上的抽油杆柱重量，只是由于摩擦力，才使上下载荷线不重合。图形的位置取决于断脱点的位置。,抽油杆柱的断脱位置可根据下式来估算：,图3-39抽油杆断脱,示功图,图3-40出砂井,.其它情况,图3-41结蜡井,图3-42管式泵活塞脱出工作筒,图3-43防冲距过小活塞碰固定凡尔的示功图,示功图,第三章气举采油,气举采油的定义：利用从地面向井筒注入高压气体将原油举升至地面的一种人工举升方式。,气举采油的原理：从地面注入井内的高压气体与油层产出液在井筒中混合，利用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。,必须有足够的气源；需要压缩机组和地面高压气管线，地面设备系统复杂；一次性投资较大；系统效率较低。,优点：,井口和井下设备比较简单,缺点：,高