《水力活塞泵采油》ppt课件

1、2水力活塞泵采油 1水力活塞泵井设备与任务原理 2水力活塞泵井消费参数优化设计 3水力活塞泵采油消费管理与缺点诊断3本章课后大作业 (1)绘制单作用水力活塞泵任务原理表示图，并阐明上下冲程任务原理。4主要内容 8水力活塞泵采油水力活塞泵采油 1水力活塞泵井设备与任务原理 2水力活塞泵井消费参数优化设计 3水力活塞泵采油消费管理与缺点诊断5图4-8 开式水力活塞泵采油系统液马达一、水力活塞泵井设备与任务原理高压泵机组高压控制管汇动力液处置安装计量安装地面管线井口抽油泵滑阀控制机构系统组成油井安装地面流程水力活塞泵井下机组井下器具管柱构造6任务原理：动力液地面加压；油管或公用动力液管保送；动力液被

2、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；液马达经过活塞杆带动抽油泵做往复运动；原油被增压举升。适应条件主要缺陷：油层深度与排量范围大；含蜡；稠油；井斜。(1) 机组构造复杂，加工精度要求高；(2) 地面流程大，投资高(规模效益)；78(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：乏动力液不与产出液混合。开式循环方式：乏动力液与产出液混合。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9(4) 按井下泵的安装方式分类固定式安装：整个泵随油管

3、下入井内，优点是泵径大、排量大，缺陷是起泵必需起油管。插入式安装：泵任务筒随大直径油管下入井内，而沉没泵机组那么用小直径油管下入，插到泵任务筒内。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，沉没泵机组那么从油管中投入，运用液力下泵和起泵，优点是起下泵方便，缺点是泵径遭到限制，排量较小。最常用的三种水力活塞泵抽油安装(1) 开式循环单管封隔器投入式水力活塞泵采油系统；(2) 闭式循环平行管柱投入式水力活塞泵采油系统；(3) 开式循环平行管柱投入式水力活塞泵采油系统。平行旁通管为乏动力液的流道。平行管通到封隔器下部，以排放封隔器下部聚集的气体。1011图4-8 开式水力活塞泵采

4、油系统图4-9 闭式水力活塞泵采油系统12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任务。(2) 泵：将液马达传送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。单作用泵任务原理表示图13(一一)单作用泵任务原理单作用泵任务原理下冲程：主控制滑阀位于下死点，如图4-12a所示。这时，高压动力液从中心油管经过通道a 。进入液马达下缸，作用在活塞下面的环形面积上。同时，高压动力液还经过通道b 进入腔室c ，再由通道d进入液马达上缸，作用在液马达活塞上面的全面积上。单作用泵任务原理表示图14

5、(一一)单作用泵任务原理单作用泵任务原理因此，液马达活塞上、下两面都作用有动力液的高压，但由于它上面的面积大于下面的面积，所以上面的总压力大于下面的总压力，就是在这个压力差作用下，液马达进展下冲程。由于液马达活塞和泵活塞用一个活塞杆相连，前者的下冲程必然引起泵活塞的下冲程。此泵是和普通抽油泵结构一样的单作用泵，因此，下冲程时，固定阀( 吸入阀)封锁，而游动阀( 排出阀)打开，抽油泵排出下冲程中被吸入泵内的油层产出液。随着液马达活塞的下冲程继续进展，活塞杆继续往下。单作用泵任务原理表示图15活塞杆实践上是一个辅助控制滑阀，在杆身的上部和下部开有控制槽e和f。当活塞杆接近下死点时，它的上部控制槽e

6、沟通了主控制滑阀上、下端的腔室c和g，使高压动力液由控制槽e进入主控制滑阀下端腔室g。单作用泵任务原理表示图16由于主控制滑阀上端面的面积小于下端面的面积，在同样的高压动力液作用下，下面的总压力必然大于上面的总压力，所以使主控制滑阀推向上死点。这时，就开场进展上冲程。单作用泵任务原理表示图17上冲程：主控制滑阀位于上死点，如图4-12b所示。这时，高压动力液从中心油管经过通道a进入液马达下缸。由于主控制滑阀位于上死点，堵塞了通道b，使高压动力液不能象下冲程一样由通道d进入液马达上缸。单作用泵任务原理表示图18这时，液马达上缸经过通道d、主控制滑阀中部的环形空间h和抽取的油层产出液相沟通。因此，

7、液马达的上缸充溢低压油层产出液，而下缸依然作用有高压动力液。单作用泵任务原理表示图19这时，在压力差的作用下，液马达的活塞进展上冲程。上缸中任务过的乏废动力液和抽取的油层产出液相混合后，提升到地面。上冲程时，抽油泵的游动阀封锁，固定阀翻开，进行吸油过程。随着上冲程的进展，活塞杆继续往上。单作用泵任务原理表示图20当活塞杆接近上死点时，它下部的控制槽f使主控制滑阀的下腔室和抽取的原油相沟通。单作用泵任务原理表示图21这时，在主控制滑阀上端面作用有高压动力液，下端面作用的是低压的油层产出液。在这个压力差作用下，主控制滑阀就往下运动到下死点。这样，就使液马达重新开场转入下冲程。单作用泵任务原理表示图

8、2223(二二)井下机组任务参数计算井下机组任务参数计算在水力活塞泵井的设计中，应根据油井的消费和地质情况，确定根本参数计算的内容，它包括以下几项：在液马达处和地面井口处所需的动力液压力；动力液的流量；水力活塞泵的排量、功率和效率。P1-驱动液马达的压力驱动液马达的压力P2-泵排出压力泵排出压力P3-泵吸入压力泵吸入压力P4-乏动力液排出压力乏动力液排出压力q1-动力液流量动力液流量qsc-泵排量泵排量ps-井口动力液压力井口动力液压力ppr-闭式乏动力液井口压力闭式乏动力液井口压力pwh-产出液井口压力产出液井口压力Ae-液马达活塞的截面积液马达活塞的截面积Ap-泵柱塞的截面积，泵柱塞的截面

9、积，Ar-活塞杆截面积。活塞杆截面积。图4-13 闭式与开式动力液压力分析系统24图4-14 作用在Kobe式A泵上的压力 25图4-14表示了一种双作用水力活塞泵在上、下冲程中的压力作用简图。根据在各截面积上的力的平衡可得到水力活塞泵井下机组的压力平衡方程。图4-14 作用在Kobe式A泵上的压力26以上冲程为例进展分析。向下作用的力：P Ar + P4 ( Ae Ar ) + P2 ( Ap Ar ) + Fr1其中，Fr为机组的摩擦力。向上作用的力：1 1P ( Ae Ar ) + P3 ( Ap Ar ) + P Ar以向上作用力为正，根据力的平衡可得到机组上下的压力平衡式：1( P

10、P4 )( Ae Ar ) ( P2 P3 )( Ap Ar ) Fr = 0或1 Pr = 0Ap ArAe ArP P4 ( P2 P3 )4-13图4-14 作用在Kobe式A泵上的压力27令EPAp ArAe Ar=泵与马达柱塞的纯截面积比，对于双作用泵也等于泵与马达排量比。那么4-13式可写为：1 Pr = 0EP P4 ( P2 P3 ) P4-14图4-14 作用在Kobe式A泵上的压力28图4-14 作用在Kobe式A泵上的压力29方程4-14是水力活塞泵油井设计与分析的根本方程。利用动力液的单相管流和产出液的多相管流公式就可建立井下与井口压力和排量等的关系。1 Pr = 0E

11、P P4 ( P2 P3 ) P4-1430主要内容 8水力活塞泵采油水力活塞泵采油 1水力活塞泵井设备与任务原理 2水力活塞泵井消费参数优化设计 3水力活塞泵采油消费管理与缺点诊断31二、水力活塞泵井消费参数优化设计(2) 决议开式或闭式系统；决议开式或闭式系统；(3) 决议油井气体全部泵出，还是放气；决议油井气体全部泵出，还是放气；(4) 选择适宜的井下安装；选择适宜的井下安装；(5) 系统工况参数确定；系统工况参数确定；(6) 决议建立泵站还是单井系统；决议建立泵站还是单井系统；井筒流体物性分布下泵深度井筒压力分布井筒温度分布动力液排量泵效功率与举升效率(7) 选择地面泵组；选择地面泵组

12、；(8) 设计动力液系统。设计动力液系统。(1) 油井产能分析；油井产能分析；32根据需求的泵排量和以下图确定泵型图3-18 国产水力活塞泵举升才干曲线1-长冲程双作用泵；长冲程双作用泵；2-平衡式单作用泵；平衡式单作用泵；3-双液马达双作用泵；双液马达双作用泵；4-变压力比单作用泵变压力比单作用泵33井下机组径向尺寸确实定水力活塞泵井下机组的径向尺寸遭到油井直径的限制，特别是对于自在安装式水力活塞泵。油管2in2 1/2 in井下机组的外径 47.5mm 58.5mm由干井下机组径向尺寸很小，所以给水力活塞泵的构造设计带来许多特殊要求。34冲程长度和冲程次数的选择在井下机组径向尺寸很小的条件

13、下，为了保证一定的排量，必需尽能够添加活塞的冲程长度和冲程次数。冲程长度的添加主要遭到机组中高精度同心部件的构造工艺性、细长活塞杆的纵向稳定性、任务部件和泵阀的耐久性以及方便等要素的限制。对于自在安装式水力活塞泵，当冲程长度达1m时，它的总长应为55.5m左右。井下机组的长度过大会使起下操作和运输复杂化。实际证明，对于自在安装式井下机组，冲程长度等于1m或少些，根本就能满足工艺要求。对于固定安装式井下机组，根据运用要求的不同，可采用较大的活塞冲程长度。普通情况下，冲程长度可选择在0.41m之间。35冲程次数的添加遭到井下机组的运用寿命及泵缸充满系数的限制，泵缸的充溢系数取决于油井中原油粘度和机

14、组的沉没度普通的冲程次数在4085次/min范围内变化对于科贝公司消费的井下机组，冲程和冲次之间关系可由下式确定：236泵活塞、液动机活塞以及活塞杆直径比值确实定根据给定的机组任务参数，正确地选择泵活塞、液动机活塞以及活塞杆直径比值是设计计算的重要问题之一。泵活塞和液动机活塞的直径比值，一方面取决于下泵深度，即下泵深度愈大比值愈小；另一方面又受到地面动力泵排出压力的限制。泵活塞直径=d管/1.75， d管/2， d管/2.5液动机活塞直径=d管/2活塞杆直径=d管/43738液动机活塞的速度调理和冲程换向普通不需求经常改动井下机组的工况或活塞组的平均速度。为了调理液动机活塞的平均速度，只需改动

15、进入液动机的动力液流量即可，而动力液流量的改动可采用容积调理和节流两种方法。容积调理用作粗略调理，利用选择相应排量的地面动力泵或进展地面动力泵排量的有级调理换柱塞直径或变冲程次数，它的优点是无功率损失。39节流调理用作准确调理，在地面动力泵的排出管线上装节流阀，用以改动动力液的流动阻力，将多余的液量引回地面动力泵的吸入管线，同时利用稳压器维持节流阀中的压力降不变，使活塞平均速度稳定。节流调理法的优点是安装和运用方便，缺陷是引起功率损失和安装总效率的降低。因此应该设法使准确调理时多余的液量最小，在这方面成组驱动比单独驱动优越得多。40液动机活塞的冲程换向是由控制滑阀来实现的。控制滑阀是井下机组最

16、重要的部件，它的正确设计在很大程度上决议了井下机组的效率和寿命。控制滑阀应满足以下五点要求：1保证液动机活塞的无冲击换向；2保证换向的活塞组能到达极限位置冲程长度的计算值，最大限制地利用液动机和泵的任务容积和尽可能地减少余隙容积；3使活塞组的任务循环能保证自动作用的泵阀封锁滞后最小和冲击最小；4尽量缩短换向时间和减少功率损失；5当液动机活塞和滑阀在任一位置时，保证液动机及时启动。41当液动机活塞换向时，它的速度调理是利用主滑阀对进、出液动机的动力液进展节流来到达的。为了保证无冲击换向，必需使主滑阀运动提早，即比液动机活塞到达死点时有一定的提早值，把动力液引入或放出主滑阀腔室。因此，当液动机活塞

17、接近一个死点时，主滑阀就开始堵塞动力液引入或放出液动机的通孔，添加液流阻力，减少液流流量，使液动机活塞速度减慢，直到液动机通孔完全被堵塞，液动机活塞就完全停顿。42液动机的加速由于主滑阀逐渐翻开通孔而进展得很平稳。液动机活塞制动和加速的平稳性给泵阀的开关发明了有利条件。液动机活塞的加速制动段所需的时间和路程可分别进行计算。液动机活塞速度的变化规律取决于主滑阀腔室的通孔外形和主滑阀的速度，后者有时作成随位移能平滑地或有级地减小。假设活塞组的质量较大和速度较大，为了使其在换向前能平滑地制动，在液动机缸体的死点附近装有缓冲装置。43主滑阀的控制是由辅助滑阀或活塞杆来实现的，后者和液动机活塞刚性联接，

18、辅助滑阀控制主滑阀的冲程换向和动力液进入主滑阀腔室的提早值，它也是用节流调理主滑阀的速度，利用在辅助滑阀或活塞杆的不同区段上采用不同断面的节流槽，就可使主滑阀获得一定的速度变化规律。44由于地面泵和整个液压系统的强度条件，动力液的压力不能超越一定数值。在选择活塞杆直径比值时，必需特别留意它的强度，由于活塞杆的强度实践上限制了井下机组的活塞所能接受的载荷数值。45构造设计中的几个特殊问题1. 元件的密封问题；元件的密封问题；2. 衔接件的同心度问题；衔接件的同心度问题；3. 油管柱强度问题。油管柱强度问题。46主要内容 8水力活塞泵采油水力活塞泵采油 1水力活塞泵井设备与任务原理 2水力活塞泵井消费参数优化设计 3水力活塞泵采油消费管理与缺点诊断47目前，有以下对水力活塞泵进展工况诊断的方法：一、直观分析判别法直观分析判别法可以作出比较准确的定性判别和大体的定量分析，对水力活塞泵采油井的管理非常必要。但该方法不断停留在人工察看井口动力液压力变化，凭阅历进行工况诊断的程度，由于各人阅历的相互差别，增大了分析诊断结果的误差，导致盲目起换泵的任务量的添加而影响油井产量，因此这种方法远远不能满足水力活