第三章 无杆泵采油4

1、1开式水力活塞泵采油系统开式水力活塞泵采油系统3.4 3.4 水力活塞泵采油水力活塞泵采油（hydraulic pumphydraulic pump）一、水力活塞泵采油系统举升原理一、水力活塞泵采油系统举升原理高压泵机组高压泵机组高压控制管汇高压控制管汇动力液处理装置动力液处理装置计量装置计量装置地面管线地面管线地面流程地面流程井口井口井下器具管柱结构井下器具管柱结构水力活塞泵井下机组水力活塞泵井下机组油井装置油井装置液马达液马达抽油泵抽油泵滑阀控制机构滑阀控制机构2工作原理：工作原理：动力液地面加压；动力液地面加压；油管或专用动力液管输送；油管或专用动力液管输送；动力液被传至井下液马达处；动

2、力液被传至井下液马达处；滑阀控制机构换向；滑阀控制机构换向；动力液驱动液马达；动力液驱动液马达；液马达做往复运动；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；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。原油被增压举升。一、水力活塞泵采油系统举升原理一、水力活塞泵采油系统举升原理开式水力活塞泵采油系统开式水力活塞泵采油系统3冲程（冲程（strokestroke）：柱塞上下抽汲一次为一个冲程：柱塞上下抽汲一次为一个冲程冲次（冲次（speedspeed）：）：一分钟的时间内抽油泵吸入与排出一分钟的时间内抽油泵吸入与排出的周期数的周期数二、水力活塞泵井下机组二、水力活塞泵井下机组

3、上冲程上冲程游动阀游动阀/ /排出阀排出阀traveling valvetraveling valve固定阀固定阀/ /吸入阀吸入阀standing valvestanding valve游动阀关闭、固定阀打开游动阀关闭、固定阀打开泵内吸入液体、井口排出液体泵内吸入液体、井口排出液体泵吸入的条件：泵吸入的条件：泵内压力泵内压力( (吸入压力吸入压力) )低于沉没压力低于沉没压力柱塞泵工作原理柱塞泵工作原理4二、水力活塞泵井下机组二、水力活塞泵井下机组下冲程下冲程游动阀游动阀/ /排出阀排出阀traveling valvetraveling valve固定阀固定阀/ /吸入阀吸入阀standin

4、g valvestanding valve柱塞泵工作原理柱塞泵工作原理泵排出的条件：泵排出的条件：泵内压力泵内压力( (排出压力排出压力) )高于柱塞以上高于柱塞以上的液柱压力的液柱压力游动阀打开，固定阀关闭游动阀打开，固定阀关闭泵内排出液体、井口排出少量液体泵内排出液体、井口排出少量液体二、水力活塞二、水力活塞泵井下机组泵井下机组下冲程下冲程上冲程上冲程下冲程下冲程：主控滑阀处于下死点；固定阀关闭，游动阀打：主控滑阀处于下死点；固定阀关闭，游动阀打开，活塞泵排出泵内油层产出液开，活塞泵排出泵内油层产出液上冲程上冲程：主控滑阀处于上死点；游动阀关闭，固定阀打：主控滑阀处于上死点；游动阀关闭，固

5、定阀打开；乏动力液与抽取的油层产出液混合提升到地面开；乏动力液与抽取的油层产出液混合提升到地面6三、水力活塞泵油井工作参数计算三、水力活塞泵油井工作参数计算根据油层状况和油井生产情况，确定在液马达处和地面根据油层状况和油井生产情况，确定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、井筒温度的排量、功率和效率、井筒温度/ /压力分布等。压力分布等。（自学）（自学） 自学要求：自学要求：会分析井下机组工作过程中的压力平衡；掌握会分析井下机组工作过程中的压力平衡；掌握泵理论排泵理论排量、泵效、有效功率、举升效率等概

6、念和计算方法量、泵效、有效功率、举升效率等概念和计算方法7通过注入井内的高压动力液的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。能量传递给井下油层产出液。水力射流泵举升原理水力射流泵举升原理一、水力射流泵采油系统一、水力射流泵采油系统喷嘴喷嘴：将来自地面高压动力液的：将来自地面高压动力液的势能势能（压能）（压能）转换转换为高速喷射的为高速喷射的动能动能，产，产生喷射流，使井内流体在喷射流周围流动而被喷射流生喷射流，使井内流体在喷射流周围流动而被喷射流吸入喉管吸入喉管。喉管：喉管：动力液和产出流体混合的初步区域，把动力液能量动力液和产出流体混合的初步区域，把动力液能量传给传给产出流体，产

7、出流体，使其使其动能增加动能增加。扩散管：扩散管：与喉管相连，面积逐渐增大，动力液和地层液进入扩散管后，与喉管相连，面积逐渐增大，动力液和地层液进入扩散管后，流速逐渐降低流速逐渐降低，将剩余的，将剩余的动能转化为静压力动能转化为静压力，将混合流体举升到地面。，将混合流体举升到地面。8 井下射流泵工作示意图井下射流泵工作示意图二、水力射流泵工作特性二、水力射流泵工作特性( (一一) )射流泵工作原理射流泵工作原理动力液地面动力液地面加压加压；油管或专用动力液管油管或专用动力液管输送输送；动力液被动力液被传至传至井下喷嘴；井下喷嘴；通过喷嘴将通过喷嘴将压能转换动能压能转换动能；嘴后形成嘴后形成低压

8、区低压区；动力液与油层产出液在喉管中动力液与油层产出液在喉管中混合混合；经扩散管经扩散管动能转换成压能动能转换成压能；混合液的压力提高后被混合液的压力提高后被举升到地面举升到地面。9 井下射流泵工作示意图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。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二、水力射流泵工作特性喷嘴面积喷嘴面积/ /喉管面积喉管面积0.60.6，压头相对较高、排量相对较低的，压头相对较高、排量相对较低的射流泵，适用于射流泵，适用于大举升高度的深井大举升高度的深井喷嘴面积喷嘴面积/ /喉管面积喉管面积0.20.2，压头相

9、对较低、排量相对较高的，压头相对较低、排量相对较高的射流泵，适用于射流泵，适用于低举升高度的浅井低举升高度的浅井10二、水力射流泵工作特性二、水力射流泵工作特性用喷嘴用喷嘴喉管面积比为喉管面积比为2020的组合生产比动力液流量的组合生产比动力液流量小小的的油井产量，由于在高速喷射的动力液和低速流动的油井油井产量，由于在高速喷射的动力液和低速流动的油井流体之间产生流体之间产生高湍流混合损失高湍流混合损失，效率将，效率将极低极低。用喷嘴用喷嘴喉管面积比为喉管面积比为6060的组合生产比动力液流量的组合生产比动力液流量大大的的油井产量，由于油井流体快速流过相对较小的喉管而产油井产量，由于油井流体快速

10、流过相对较小的喉管而产生较大的生较大的摩阻损失摩阻损失，效率也将，效率也将极低极低。 11三、水力射流泵油井生产系统设计三、水力射流泵油井生产系统设计（1 1）对于每一个）对于每一个R R值的值的H H与与EFEF曲线相互曲线相互覆盖覆盖，因此对于一特定的，因此对于一特定的M M值，都有一个值，都有一个泵效最高或压头比最大的面积比泵效最高或压头比最大的面积比R R或泵型或泵型；或对；或对于一定的压头比于一定的压头比H H来说，有一个来说，有一个M M值最大或泵效最大的面积比值最大或泵效最大的面积比R R或或泵型泵型。（2 2）对于一个特定的油井，要选择合适的泵型，就需优化）对于一个特定的油井，

11、要选择合适的泵型，就需优化喷喉喷喉比比R R值。值。（三）射流泵特性曲线（三）射流泵特性曲线12三、水力射流泵油井生产系统设计三、水力射流泵油井生产系统设计（3 3）对）对深井深井应选应选R R值较大值较大的泵，其压头高，但排量小；对的泵，其压头高，但排量小；对浅井浅井或井底压力很低或井底压力很低，为防止气蚀需要大的环空过流面积时应选，为防止气蚀需要大的环空过流面积时应选R R值较小值较小的泵，其压头低，但排量大。的泵，其压头低，但排量大。（4 4）对于给定的油井产量和泵吸入压力来说，应选择一个合）对于给定的油井产量和泵吸入压力来说，应选择一个合适适R R值，使其环空过流面积值，使其环空过流面

12、积大于大于防止防止气蚀的最小吸入面积值气蚀的最小吸入面积值。（5 5）对）对R R值一定的泵型，值一定的泵型，增大增大喷嘴、喉管的面积而增加动力液喷嘴、喉管的面积而增加动力液量，地层产液量，地层产液增加增加。（三）射流泵特性曲线（三）射流泵特性曲线13射流泵无量纲特性曲线射流泵无量纲特性曲线二、水力射流泵工作特性二、水力射流泵工作特性（三）射流泵特性曲线（三）射流泵特性曲线13qqM )PP()PP(H213214四、水力射流泵油井故障诊断四、水力射流泵油井故障诊断（1 1）喷嘴堵塞）喷嘴堵塞故障现象故障现象： 地面动力液压力（地面动力液压力（ 未达到最高压力）未达到最高压力） 升高，升高，

13、动力液量减少或泵不接受动力液量同时产液量下降或无产动力液量减少或泵不接受动力液量同时产液量下降或无产液量。液量。措施措施：对反循环射流泵，正打动力液，加压后卸压，重复：对反循环射流泵，正打动力液，加压后卸压，重复3 34 4 次；若措施效果不佳，起泵清洗喷嘴或更换。次；若措施效果不佳，起泵清洗喷嘴或更换。 153.6 3.6 地面驱动螺杆泵采油地面驱动螺杆泵采油（ Progressing Cavity PumpProgressing Cavity Pump ）有杆采油方式有杆采油方式2020世纪世纪3030年代初期发明后主要年代初期发明后主要用于工业领域泵送粘稠液体用于工业领域泵送粘稠液体近近

14、2020年内作为人工举升手段用年内作为人工举升手段用于开采稠油和含砂原油于开采稠油和含砂原油163.6 3.6 地面驱动螺杆泵采油地面驱动螺杆泵采油地面驱动螺杆泵采油系统示意图地面驱动螺杆泵采油系统示意图 一、地面驱动螺杆泵采油系统一、地面驱动螺杆泵采油系统（1 1）地面驱动部分地面驱动部分：减速箱、皮带传：减速箱、皮带传动、电机、盘根盒、支撑架、方卡子等动、电机、盘根盒、支撑架、方卡子等（2 2）井下部分井下部分：抽油杆、转子、定子、：抽油杆、转子、定子、导向头、尾管以及油管锚定装置等导向头、尾管以及油管锚定装置等（3 3）电控部分电控部分：电控箱、电缆等：电控箱、电缆等（4 4）配套工具部

15、分配套工具部分：防脱工具、防蜡：防脱工具、防蜡器、泵与套管锚定装置、卸油阀、单向器、泵与套管锚定装置、卸油阀、单向阀、封隔器等。阀、封隔器等。17一、地面驱动螺杆泵采油系统一、地面驱动螺杆泵采油系统地面驱动螺杆泵采油系统示意图地面驱动螺杆泵采油系统示意图 工作原理工作原理动力设备带动驱动头、抽油杆柱动力设备带动驱动头、抽油杆柱旋转旋转螺杆泵转子随之螺杆泵转子随之一起转动一起转动井液经螺杆泵井液经螺杆泵下部吸入下部吸入，由，由上端排出上端排出流体经流体经增压增压后沿油管柱向上流动后沿油管柱向上流动 18一、地面驱动螺杆泵采油系统一、地面驱动螺杆泵采油系统优点优点（1 1）地面装置结构简单、尺寸小

16、、重量轻、安装方便）地面装置结构简单、尺寸小、重量轻、安装方便（2 2）容积泵，泵效高、节能、管理费用低）容积泵，泵效高、节能、管理费用低（3 3）适应粘度范围广，可以举升稠油；适应高含砂井、）适应粘度范围广，可以举升稠油；适应高含砂井、高含气井高含气井（4 4）适用于海上油田丛式井组和水平井，螺杆泵可下在）适用于海上油田丛式井组和水平井，螺杆泵可下在斜直井段斜直井段19一、地面驱动螺杆泵采油系统一、地面驱动螺杆泵采油系统缺点缺点（1 1）定子容易损坏，若定子寿命短，则检泵次数多，每）定子容易损坏，若定子寿命短，则检泵次数多，每次检泵，必须起下管柱，增加了检泵费用。次检泵，必须起下管柱，增加了

17、检泵费用。（2 2）泵需要流体润滑，如果泵只靠极低粘度的液体润滑）泵需要流体润滑，如果泵只靠极低粘度的液体润滑而工作，则泵过热将会引起定子弹性体老化，甚至烧毁。而工作，则泵过热将会引起定子弹性体老化，甚至烧毁。（3 3）定子的橡胶不适合在热力采油井中应用。）定子的橡胶不适合在热力采油井中应用。（4 4）它与常规有杆泵比较，总压头较小。）它与常规有杆泵比较，总压头较小。20一、地面驱动螺杆泵采油系统一、地面驱动螺杆泵采油系统分类分类21二、螺杆泵的结构与工作原理二、螺杆泵的结构与工作原理工作原理：工作原理：螺杆泵靠螺杆泵靠空腔排油空腔排油，即转子与定子之间形成的一个，即转子与定子之间形成的一个个互不连通的个互不连通的封闭腔室封闭腔室。当转子转动时，当转子转动时，