石油矿场机械PPT课件

1、有杆泵采油 (1)常规有杆泵采油Sucker Rod Pumping 抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵。第1页/共69页有杆泵采油 (2) 地面驱动螺杆泵采油： Progressive Cavity Pumping 井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。 第2页/共69页有杆泵采油 常规有杆泵采油是目前我国最主要的采油方式，我国机械采油井占总井数的90%以上，其中有杆泵占机采井的90%以上。 目前我国大约有抽油机8万多台。耗电量为油田开发总用电量的1/4。 全国产液量的60、产油量的75%靠有杆抽油采出。 系统效率为20%左右。第3页/共69页第一节 有杆泵抽油装置 有

2、杆泵抽油 用油管把深井泵泵筒下入到井内液面以下，在泵筒下部装有，吸入阀，用抽油杆柱把柱塞下入泵筒，柱塞上装有，排出阀（游动阀）。 通过抽油杆柱把抽油机驴头悬点产生的上下往复直线运动传递给抽油泵向上抽油。抽油泵有杆泵抽油装置抽油机抽油杆第4页/共69页一、抽油机(Beam Pumping Unit) 有杆深井泵采油的主要地面设备 将电能转化为机械能 将旋转运动转化成往复运动。 包括： 游梁式抽油机 无游梁式抽油机 组成 动力设备减速箱 换向机构（游梁-连杆-曲柄机构） 辅助装置第5页/共69页抽油机Beam Pumping Unit/Pumping Jack带动动力设备减速机构经皮带产生高速旋转

3、运动变为曲柄轴的低速旋转运动换向机构抽油杆柱变为驴头的上下摆动经悬绳器上下往复直线运动第6页/共69页一、游梁式抽油机 1.游梁式抽油机的分类：游梁式抽油机游梁式抽油机普通式普通式基本型基本型变型变型前置式前置式变型抽油机为适应长冲程做成前臂长，驴头端重基本型游梁的前臂和后臂接近等长第7页/共69页抽油机技术发展历程又回到四连杆机构（可变）异型、弯梁、调径变矩、杠铃游梁 20世纪80年代后木制磕头机常规游梁式抽油机前置式、异相、空气平衡式无游梁抽油机（链条、皮带）20世纪70年代第8页/共69页游梁游梁连杆连杆平衡块平衡块曲柄曲柄电机电机皮带轮皮带轮减速箱减速箱支架支架驴头驴头悬绳器悬绳器常规

4、型常规型第9页/共69页游梁式抽油机主要部件 驴头： 作用：将游梁前端的往复圆弧运动变为抽油杆柱的垂直直线往复运动，同时可保证抽油时光杆始终对准井口中心，承担井下各种载荷的作用。可拆卸式：螺栓连接可拆卸式：螺栓连接驴头根驴头根据移开据移开井口方井口方式分为式分为上翻式：驴头穿销为横穿式，上翻式：驴头穿销为横穿式，可上翻可上翻180180侧转式：驴头穿销为立穿式，侧转式：驴头穿销为立穿式，可侧转可侧转180180第10页/共69页游梁式抽油机主要部件 游梁： 1）作用 装在支架轴承上，前端安装驴头承受井下载荷，后端连接横梁、连杆、曲柄。绕支架轴承上下摆动来传递动力。 2）特点 抽油机工作时，游梁

5、绕支架轴承做摇摆运动传递动力，同时承受悬点载荷、连杆拉力和支架通过轴承对游梁的反作用力等，因此，游梁本身必须具有足够的强度和刚度； 为使驴头悬点与井口中心一致，游梁需配置微调装置。 3）分类 按材料分类：型材游梁和幅板箱式游梁 按结构形式和截面形式分类：等截面游梁、变截面等强度游梁、绷绳桁架式游梁第11页/共69页游梁式抽油机主要部件 曲柄连杆机构： 作用：是将电动机的旋转运动转变成驴头的上下往复运动。曲柄是传递扭矩的主要部件。第12页/共69页游梁式抽油机主要部件 平 衡 块： 帮助电机做功，减小电动机上下行程的载荷差。 悬 绳 器： 连接光杆和驴头的柔性连接件，可供动力仪测示功图用。 横

6、梁： 连杆和游梁连接的中间部件，带动游梁做摆动运动。 刹车装置： 有内胀式和外抱式两种，是靠刹车片和车轮毂接触时发生摩擦而起到制动作用。第13页/共69页前置型抽油机运动规律不同后置式上、下冲程的时间基本相等；前置式上冲程较下冲程慢。 后置式抽油机结构简图 前置式气动平衡抽油机结构简图游梁和连杆的连接位置不同。不同点：平衡方式不同后置式多采用机械平衡；前置式多采用气动平衡。第14页/共69页游梁式抽油机分类后置式前置式第15页/共69页游梁式抽油机的分类 常规型抽油机 异相型抽油机结构特点：曲柄轴中心基本位于游梁尾轴承的正下方。结构特点：曲柄轴中心与游梁尾轴承存在一定的水平距离；曲柄平衡重臂中

7、心线与曲柄中心线存在偏移角（曲柄平衡相位角）。运动特点：上下冲程运行时间相等运动特点：使得上冲程的曲柄转角明显大于下冲程，从而降低了上冲程的运行速度、加速度和动载荷，达到减小抽油机载荷、延长抽油杆寿命和节能的目的第16页/共69页常规型游梁式抽油机异型游梁式抽油机旋转驴头游梁式抽油机调径变矩游梁式抽油机第17页/共69页新型抽油机异形双驴头游梁式抽油机1. 可变四连杆机构可变四连杆机构2. 后臂长和夹角改变后臂长和夹角改变3. 载荷大时平衡力矩大，载载荷大时平衡力矩大，载荷小时力矩小，降低减速荷小时力矩小，降低减速箱峰值扭矩箱峰值扭矩4. 节能节能2060%.新型抽油机弯梁式抽油机第18页/共

8、69页抽油机平衡 上下冲程中悬点载荷不同，造成电动机在上、下冲程中所做的功不相等。第19页/共69页平衡方式 气动平衡： (1) 气包内的气体压缩与膨胀 (2) 多用于大型抽油机； (3) 节约钢材； (4) 改善抽油机受力状况； (5) 加工质量要求高 (如气包的密封性等)。第20页/共69页机械平衡游梁平衡：游梁尾部加平衡重；曲柄平衡(旋转平衡)：平衡块加在曲柄上；复合平衡(混合平衡)：游梁尾部和曲柄上都有平衡重。第21页/共69页平衡检验方法 1)测量驴头上、下冲程的时间 平衡条件下上、下冲程所用的时间基本相等。 如果上冲程快，下冲程慢，说明平衡过量。 2)测量上、下冲程中的电流 平衡条

9、件下上、下冲程的电流峰值相等。 如果上冲程的电流峰值大于下冲程的电流峰值，说明平衡不够。第22页/共69页游梁式抽油机型号表示的意义CYJ 12-3.3-70(H)B(Y;B;Q)平衡方式F:复合平衡Y:游梁平衡B:曲柄平衡Q:气动平衡减速箱曲柄轴最大允许扭矩(kN.m)悬点最大负荷10KN光杆最大冲程,m游梁式抽油机系列代号CYJ 常规型CYJQ前置型CYJY异相型减速箱齿轮形状代号：H点啮合双圆弧齿；渐开线人字型齿省略；第23页/共69页二、链条式抽油机 1.链条式抽油机结构: 主要由六大系统组成 动力传动系统 换向系统 平衡系统 悬重系统 润滑系统 电控系统 链条式抽油机结构示意图 第2

10、4页/共69页二、链条式抽油机 2.链条式抽油机的特点 冲程长、冲数低、适用于深井和稠油开采 90%冲程长度时匀速运动，惯性载荷和动载荷小，平衡程度好 峰值扭矩小 节电、系统效率高 节约钢材 运动部件寿命较短 现场较难维护第25页/共69页链条式抽油机皮带式抽油机第26页/共69页链传式抽油机天轮式抽油机直线往复式抽油机第27页/共69页第三节 抽油杆Sucker Rod 作用： 在抽油装置中抽油杆是中间部分，起连接抽油机与抽油泵，并把抽油机的动力传递给抽油泵的作用。 100多年前我国四川盐卤井中使用藤条做的抽油杆 1984年美国Samuel M.Jones 第一个获得金属抽油杆专利 20世纪

11、70年代以来，发明新材料、新技术、新工艺的新型抽油杆 抽油杆的类型： (1)根据化学成份，抽油杆可分为碳钢抽油杆、合金钢抽油杆及玻璃钢抽油杆等类型。 (2)根据抽油杆在杆柱中起的作用，抽油杆又可分为光杆、普通抽油杆和加重杆。第28页/共69页第三节 抽油杆Sucker Rod 抽油杆：能量传递工具。第29页/共69页1.光杆 光杆是抽油杆柱中最上端的一根抽油杆，其表面光滑，通过井口密封盘根，上端通过悬绳器和绳辫子与抽油机驴头相连。 驴头在下死点时，光杆伸入盘根盒以下的长度称为方入，盘根盒以上到悬绳器之间光杆的长度称为方余，光杆的方入要大于光杆冲程。第30页/共69页2.抽油杆 抽油杆主要有 钢

12、制实心抽油杆 玻璃纤维抽油杆 空心抽油杆 连续抽油杆几种类型。 钢制抽油杆是常规有杆泵抽油系统常用的类型。 常用的抽油杆直径有四种16,19,22,25mm第31页/共69页2.抽油杆超高强度抽油杆满足深抽和大排量生产玻璃钢抽油杆耐腐蚀、降低载荷和冲程损失空心抽油杆解决稠油和高凝油加药、热洗需要电热抽油杆解决稠油和高凝油电加热需要连续抽油杆改善断脱和偏磨柔性抽油杆：如钢丝绳抽油杆特种抽油杆第32页/共69页3.加重杆 抽油杆柱在向下运动时，由于原油通过游动阀阻力作用向上顶托活塞，使与泵连接处的几根抽油杆受到压缩力作用发生弯曲，会加速这部分抽油杆的疲劳破坏，为延长抽油杆柱的工作寿命，采用在泵以上

13、几十米的杆柱直径加粗，称为加重杆。 杆身直径有35、38、51mm 。第33页/共69页第34页/共69页第35页/共69页悬绳器 悬绳器是连接光杆与绳辫子的工具，由上下两块扼板组成，光杆穿过下扼板由楔形卡瓦固定在上扼板上，两股钢丝绳穿过上扼板，由楔形卡瓦固定在下扼板上。 悬绳器在抽油机工作时，承担整个工作载荷，在测示功图时安装测试传感器。悬绳器结构示意图第36页/共69页盘根盒 盘根盒又叫光杆密封装置 作用：密封光杆与油管之间的环形空间，防止井口漏油。1弹簧座；2弹簧；3下压帽；4胶皮盘根；5盘根盒；6上压帽；7盘根帽；8撬杆；9装机油；10光杆第37页/共69页井口装置 1.组成： 套管头

14、 油管头 抽油三通 光杆密封器（盘根盒） 正常抽油时，胶皮闸门打开，上部盘根盒里的胶皮盘根抱住光杆，起密封井口和防喷的作用。当更换上部密封盘根时，关闭下部的胶皮闸门，起临时密封井口的作用。抽油井口装置示意图 第38页/共69页第四节 抽油泵 对抽油泵的要求： 结构简单、强度高；工作可靠，使用寿命长 材料耐腐蚀和耐磨性强 便于起下 规格类型能满足不同油田的采油工艺需要（排量、温度、砂、蜡、气）。第39页/共69页抽油泵 Pump 1.泵的工作原理 抽油泵主要由泵筒（外筒衬衣套）、柱塞、固定阀和游动阀四部分组成。 柱塞上下运动一次称一个冲程，也称一个抽汲周期。 一个周期完成进液和排液过程。第40页

15、/共69页（一）抽油泵的结构 1.抽油泵的基本组成： 抽油泵主要由泵筒、吸入阀、活塞、排出阀四大部分组成。 2.抽油泵的分类： 按照抽油泵在井下的固定方式，可分为管式泵和杆式泵。第41页/共69页管式泵(Tubing Pump) 结构特点： 管式泵是把外筒、衬套和吸入阀在地面组装好并接在油管下部先下入井中，然后把装有排出阀的活塞用抽油杆柱通过油管下入泵中。 优点： 结构简单，成本低 在相同油管直径下允许下入的泵径较杆式泵大，因而排量较大 缺点： 起下泵作业时，它需起下全部油管 修井时间长，费用高 适用范围： 下入深度较小，产量较高的井第42页/共69页杆式泵(insert Pump) 结构特点

16、 杆式泵有内外两个工作筒，外工作筒上端装有锥体座及卡簧，下泵时把外工作筒随油管先下入井中，然后把装有衬套、活塞的内工作筒接在抽油杆的下端下入到外工作筒中并由卡簧固定。 将整个泵在地面组装成套后，随抽油杆柱插入油管内的预定位置固定，故又称为“插入式泵”。 优点： 起下泵作业时，可不起下油管，检泵方便。 缺点： 结构复杂，制造成本高 适用范围： 深井，单井产量相对低的井第43页/共69页按照泵筒结构形式划分 组合泵 为了便于加工和保证质量，衬管分段加工，然后组装在泵筒内，这类泵称为衬管泵或组合泵。 整筒泵（软密封柱塞泵） 柱塞为材质较软的非金属材料，泵筒为整体泵筒。 密封性和耐磨性好，加工要求低，

17、易制造。 整筒泵与组合泵相比具有： 泵效高、冲程长、形式多、规格全、重量轻、装卸方便、不会发生“衬套错位卡泵”等优点。第44页/共69页（二）泵的工作原理 1. 上冲程： 抽油杆柱带着活塞向上运动，活塞上的游动阀受阀球自重和管内压力作用而关闭。泵内由于容积增大而压力降低，固定阀在环形空间液柱压力与泵内压力之差的作用下被打开。井中原油进泵，同时在井口排出液体。 泵内吸液，井口排液的过程 造成吸液进泵的条件: 泵内压力(吸入压力)柱塞以上的液柱压力泵的工作原理下冲程图 第46页/共69页（二）泵的工作原理 冲程 光杆从上死点到下死点的距离称为光杆冲程长度，简称光杆冲程或悬点冲程。 冲次 曲柄转一周

18、中，悬点完成一个上冲程和一个下冲程，活塞上下抽汲一次，称为一个冲次。 冲速 每分钟的冲次数称为冲数或冲速。第47页/共69页（三）泵的理论排量 假设： 活塞的冲程等于光杆的冲程； 活塞让出的体积完全被原油充满 抽油系统无漏失。 即：柱塞上下一次吸入和排出的液体体积相等 活塞上下一次，向上抽汲的液体体积为: 每分钟排量为: 每日体积排量为: 每日质量排量为: sfVPsnfVPmsnfQPt1440lPmsnfQ1440 泵的质量理论排量，t/d；tQmQ式中:泵的体积理论排量，m3/d；第48页/共69页第五节 水力活塞泵 水力活塞泵 是一种液压传动的无杆抽油设备,由紧密组合成一体的马达和泵组

19、成。 实际上水力活塞泵就相当于把液压抽油机的驱动油缸和换向阀移到井下和抽油泵一起连接，取消了抽油杆。 地面动力泵通过油管将高压动力液送动力液经管柱泵入井内驱动油缸和换向阀，驱动井下马达从而带动抽油泵抽油工作，而乏动力液和油井采出液则由生产管柱返出地面。 原理帕斯卡（Blaise Pascal ）定律 封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化，将毫无损失地传递至流体的各个部分和容器壁。 根据帕斯卡原理，在水力系统中的一个活塞上施加一定的压强，必将在另一个活塞上产生相同的压强增量。第49页/共69页水力活塞泵出砂、稠油、出砂、稠油、含蜡；含蜡；斜井及水平井。斜井及水平井。(1) (1) 机组结

20、构复杂，加工精度要求高；机组结构复杂，加工精度要求高；(2) (2) 地面流程工程量大，投资高地面流程工程量大，投资高( (规模效益规模效益) )。井下泵泵效高，总效率可达4060%；扬程高，泵挂深，目前国内下入深度最深已达3542m；产量的适应范围比较大，可达30500m3/d ；第50页/共69页 1、系统组成 井下部分: 水力活塞泵的主要机组，它由液动机、水力活塞泵和滑阀控制机构三个部件组成，起着抽油的主要作用； 地面部分: 地面动力泵、各种控制阀及动力液处理设备等组成，起着供给和处理动力液的作用； 中间部分: 中心动力油管以及供原油和工作过的乏动力液一起返回到地面的专门通道。第51页/

21、共69页一、水力活塞泵采油系统组成和类型 Jet Pumps System液马达液马达高压泵机组高压泵机组井下管柱结构井下管柱结构井口井口高压控制管汇高压控制管汇计量装置计量装置动力液处理装置动力液处理装置地面管线地面管线抽油泵抽油泵滑阀控制机构滑阀控制机构系系统统组组成成油井装置油井装置地面流程地面流程水力活塞泵井下机组水力活塞泵井下机组第52页/共69页一、水力活塞泵采油系统组成和类型开式水力活塞泵采油系统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第53页/共69页第54页/共69页1.动力液系统及动力

22、液第55页/共69页开式水力活塞泵采油系统开式水力活塞泵采油系统闭式水力活塞泵采油系统闭式水力活塞泵采油系统第56页/共69页1.动力液系统及动力液第57页/共69页2.井下泵装置类型 水力活塞泵的安装方式可分为 固定插入式 套管固定式 平行自由式 套管自由式第58页/共69页2.井下泵装置类型 1. 固定插入式 水力活塞泵的井下机组随动力油管从油管中下入井底，动力液从直径较小的动力油管中注入井下机组，原油和乏动力液从动力油管和油管之间的环形空间返回地面，所有自由气都从油管和套管的环形空间导出，如（a）所示。第59页/共69页2.井下泵装置类型 2. 套管固定式 水力活塞泵井下机组随动力油管下

23、入井底，并固定在一个套管封隔器上，动力液从动力油管送入井下机组，原油和乏动力液从动力油、套管的环形空间返回地面，所有的自由气须经水力活塞泵井下机组导出，如图1113(b) 所示。第60页/共69页2.井下泵装置类型 3. 平行自由式 平行自由式安装方式有两个平行管柱。水力活塞泵井下机组从大直径管柱中下入井底，并在一个固定阀座上形成密封，同时上部也进入油管内壁的一个专用环箍处形成密封。原油和乏动力液从小直径管柱中排到地面，自由气不进泵而从套管中直接导出，如图1113(c) 所示。第61页/共69页2.井下泵装置类型 4. 套管自由式 套管自由式只需一根管柱下到一个套管封隔器上，井下机组从管柱中下

24、至井底并在一个固定阀座上座封，同时上部也进入油管内壁的一个专用环箍处形成密封。动力液从管柱中进入井底，原油及乏动力液从套管中排到地面，自由气必须从水力活塞泵井下机组导出，如图1113(d)所示。第62页/共69页水力活塞泵的结构。(2)液马达：将动力液的压能转换为机械能带动泵工作，常用往复式液马达。第63页/共69页 水力活塞泵系统的工作原理： 第64页/共69页工作原理第65页/共69页（1）下冲程）下冲程 主控滑阀位于主控滑阀位于下死点下死点。高压动力液从中心油。高压动力液从中心油管经过通道管经过通道a a进入液动机的下缸，作用在活塞的环进入液动机的下缸，作用在活塞的环形端面上；同时，高压动力液经过通道形端面上；同时，高压动力液经过通道b b进入腔室进入腔室c c，再由通道，再由通道d d进入液动机上缸，作用在活塞上端进入液动机上缸，作用在活塞上端面上。由于活塞上、下两端作用面积不同而产生面上。由于活塞上、下两端作用面积不同而产生压差，使液动机带动泵柱塞向下运动。活塞杆实压差，使液动机带动泵柱塞向下运动。活塞杆实际上是一个辅助控制滑阀，在杆身的上、下部开际上是一个辅助控制