第4章无杆泵采油

1、第一节第一节 电动潜油离心泵采油电动潜油离心泵采油(1) 能量传递过程能量传递过程潜油电机潜油电机保护器保护器分离器分离器多级离心泵多级离心泵 潜油电缆潜油电缆井下机组部分井下机组部分变压器变压器控制屏控制屏接线盒接线盒地面控制部分地面控制部分泄油阀泄油阀单流阀单流阀电力传电力传输部分输部分(2) (2) 地层流体举升地层流体举升过程过程电潜泵举升方式的主要优点：电潜泵举升方式的主要优点：(1) 排量大；排量大；(2) 操作简单，管理方便；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；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。在防蜡方面有

2、一定的作用。电潜泵举升方式的主要缺点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；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；比较昂贵，初期投资高；(3) 作业费用高和停产时间过长；作业费用高和停产时间过长；(4) 电机、电缆易出现故障；电机、电缆易出现故障；(5) 日常维护要求高。日常维护要求高。( (一一) ) 潜油电机潜油电机一、电潜泵采油装置一、电潜泵采油装置作用：作用：产生旋转磁场。产生旋转磁场。(2) (2) 转子系统：转子铁芯、转子绕组、转轴、扶正轴承、短路环转子系统：转子铁芯、转子绕组、转轴、扶正轴承、短

3、路环(3) (3) 止推轴承：止推轴承：作用：作用：承受电机的轴向力。承受电机的轴向力。(4) (4) 润滑油循环系统：轴孔、定转子间隙、通油孔润滑油循环系统：轴孔、定转子间隙、通油孔(1) (1) 定子系统：定子铁芯、定子绕组、电机壳体定子系统：定子铁芯、定子绕组、电机壳体作用：作用：产生感应电流而受力转动，并输出机械扭矩。产生感应电流而受力转动，并输出机械扭矩。作用：作用：电机运行时，润滑油从空心轴内流入，从轴承处各通油电机运行时，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

4、离心力以及润滑油重力作用，从而使润滑油旋转，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。作用。主要主要结构结构组成组成及其及其作用作用(2) (2) 外廓尺寸细长；外廓尺寸细长；(3) (3) 转子和定子分节；转子和定子分节；(4) (4) 保证潜油电机的严格密封；保证潜油电机的严格密封；(5) (5) 润滑油循环系统比较特殊。润滑油循环系统比较特殊。(1) (1) 两极、三相鼠笼式异步感应电机；两极、三相鼠笼式异步感应电机；潜油电机主要结构特点：潜油电机主要结构特点：( (二

5、二) ) 多级离心泵多级离心泵 潜油多级离心泵的工作原理与地面离心泵相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，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。得一定的扬程。1 .1 .泵的增压原理泵的增压原理)(

6、2rmF2.2.泵的结构泵的结构上接头上接头壳壳 体体叶叶 轮轮导导 轮轮转转 轴轴轴轴 套套下接头下接头泵吸入口泵吸入口结构特点结构特点：(1) (1) 直径小、级数多、长度大；直径小、级数多、长度大；(2) (2) 轴向卸载、径向扶正；轴向卸载、径向扶正；(3) (3) 泵吸入口装有特殊装置，如油气、油砂分离器等；泵吸入口装有特殊装置，如油气、油砂分离器等；(4) (4) 泵出口上部装有单流阀和泄油阀。泵出口上部装有单流阀和泄油阀。潜油电泵的型号表示方式：潜油电泵的型号表示方式：QYDB119-200/1000EQYDB119-200/1000EE E：120120度；度；D D：5050

7、度；度；A A：9090度；度；F F：150150度度3.3.泵的工作特性泵的工作特性离心泵的特性曲线：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。扬程、功率和泵效随排量的变化关系曲线。图图4-3 4-3 潜油离心泵特性曲线图潜油离心泵特性曲线图( (三三) ) 保护器保护器 保护器保护器是利用井液与电机油的密度差异，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置。主要是通过隔离腔连接井液与电机油来完成这一功能。成这一功能。1 1、使电机内腔与外腔井液隔离、使电机内腔与外腔井

8、液隔离2 2、平衡井下压力与电机内腔压力、平衡井下压力与电机内腔压力3 3、承担离心泵产生的向下的垂向力、承担离心泵产生的向下的垂向力4 4、传递功率、传递功率保护器保护器类型类型：连通式、沉淀式和胶囊式保护器连通式、沉淀式和胶囊式保护器沉淀式保护器原理：沉淀式保护器原理：根据井液、电机油两种液体的密度根据井液、电机油两种液体的密度不同、性质不同，在混合时不互相不同、性质不同，在混合时不互相溶解、分层沉淀，密度大的井液沉溶解、分层沉淀，密度大的井液沉淀于下层，电机油的密度低于井液淀于下层，电机油的密度低于井液的密度，机组下井后井液进入保护的密度，机组下井后井液进入保护器与电机油混合时，井液沉淀

9、于保器与电机油混合时，井液沉淀于保护器沉淀腔的下部，电机油与井液护器沉淀腔的下部，电机油与井液分层处于沉淀腔的上部。分层处于沉淀腔的上部。胶囊式保护器是近些年发展起来的一种新型保护器，它有以下优点：l用胶囊来隔离井液与电机油是采用直接隔离的方法，只要胶囊不破损，井液就不能进入电机。同时还具有沉淀式保护器的优点，机械密封分散安装改散了机械密封的散热条件。l利用胶囊实现电机油的热膨胀呼吸作用，可以减少电机油的漏失。工作原理： 当机组下入井底后，由于温度升高，使电机油膨胀，有部分电机油进入收缩胶囊，当电机启动后，电机温度继续升高，又有部分点机油进入收缩胶囊，达到温度最高值时，电机油不再膨胀保护器胶囊

10、完全容纳了由常温到井底温度，再到电机工作温度时膨胀的的电机油，其中：胶囊内腔设有的单流阀能够实现：使用单流阀会使胶囊所受压力增加，同时也会使第一道机械密封所受压力不超过许可值； ( (四四) ) 油气分离器油气分离器 油气分离器安装在泵的液体吸入口处，当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，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。，保证电潜泵具有良好的工作特性。常用的分离器有两种：常用的分离器有两种：沉降式和旋转（离心）沉降式和旋转（离心）式式(

11、 (五五) ) 潜油电缆潜油电缆潜油电缆结构特点潜油电缆结构特点 要求便于起下，且不易损坏；要求便于起下，且不易损坏； 要求耐油、气、水，耐高温、高压；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终端有与电机插配的特殊密封接头电缆头；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；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。套层不破裂。作用：作用：地面向井下机组传输

12、电力。地面向井下机组传输电力。二、电潜泵油井生产系统设计二、电潜泵油井生产系统设计 电泵井工作的好坏，与电泵井的设计与电泵井工作的好坏，与电泵井的设计与施工有密切关系。合理地选井与设计，可以施工有密切关系。合理地选井与设计，可以延长电泵机组的寿命，获得较合理的经济效延长电泵机组的寿命，获得较合理的经济效益。益。 电泵井生产系统设计是以油井生产系统电泵井生产系统设计是以油井生产系统为为对象对象，以油井供液能力（，以油井供液能力（IPRIPR）为）为依据依据，以整个系统的协调为以整个系统的协调为基础基础，把获得规定产量，把获得规定产量（或给定设备）下的最高效率和最低能耗作（或给定设备）下的最高效率

13、和最低能耗作为为设计目标设计目标，在设计中采用了，在设计中采用了节点和系统分节点和系统分析方法析方法。二、电潜泵油井生产系统设计二、电潜泵油井生产系统设计节点系统分析方法。节点系统分析方法。（一）电潜泵油井生产系统组成（一）电潜泵油井生产系统组成(1) (1) 油层系统油层系统(2) (2) 井筒流动系统井筒流动系统(3) (3) 潜油离心泵系统潜油离心泵系统流入动态（流入动态（IPRIPR）气气液多相管流流动规律液多相管流流动规律H HQ Q和和Q Q特性曲线特性曲线（二）电潜泵油井生产系统设计方法（二）电潜泵油井生产系统设计方法1.1.设计任务：设计任务： 确定下泵深度，选择泵型、电机、电

14、缆和地面设备等。确定下泵深度，选择泵型、电机、电缆和地面设备等。2.2.目标：目标：满足配产要求，效率最高、能耗最小。满足配产要求，效率最高、能耗最小。3.3.约束条件：约束条件：(1) (1) 泵的实际排量在所选泵的推荐范围内；泵的实际排量在所选泵的推荐范围内；(2) (2) 下泵深度不大于油层中部深度；下泵深度不大于油层中部深度；(3) (3) ；pcDD(4) (4) 进泵气液比进泵气液比 。%8piR（1 1）根据设计产液量，由油层的流入动态（）根据设计产液量，由油层的流入动态（IPRIPR曲线）确定井曲线）确定井底流压底流压（2 2）从井底开始向上计算其压力分布和气液比，以给定的泵入

15、）从井底开始向上计算其压力分布和气液比，以给定的泵入口压力或泵入口气液比确定下泵深度；口压力或泵入口气液比确定下泵深度；（3 3）以井口压力为起点，向下计算井筒内的压力分布，求出下）以井口压力为起点，向下计算井筒内的压力分布，求出下泵深度处的压力，即为泵出口压力；泵深度处的压力，即为泵出口压力；（4 4）计算泵的有效总扬程：泵出口压力与泵入口压力之差；）计算泵的有效总扬程：泵出口压力与泵入口压力之差；（5 5）将有效总扬程分段，在给定泵的特性曲线的基础上，逐段）将有效总扬程分段，在给定泵的特性曲线的基础上，逐段校核计算排量、扬程和功率（气液混合物从泵入口到出口，由校核计算排量、扬程和功率（气液

16、混合物从泵入口到出口，由于压力不断增加，泵内气液比不断地减小，每一级导叶轮的工于压力不断增加，泵内气液比不断地减小，每一级导叶轮的工作条件也将不同。故在设计时，应分段进行计算）；作条件也将不同。故在设计时，应分段进行计算）；（6 6）计算各段的级数和泵内增温；）计算各段的级数和泵内增温；（7 7）计算泵功率、效率、级数和流体增温；）计算泵功率、效率、级数和流体增温；（8 8）计算泵出口温度；）计算泵出口温度；（9 9）计算电泵井泵吸入口以上流体温度分布；）计算电泵井泵吸入口以上流体温度分布；（1010）选择潜油电机；）选择潜油电机；（1111）选择潜油电缆；）选择潜油电缆；（1212）选择变压

17、器；）选择变压器；4.4.设计步骤：设计步骤：)(1000)()()()(/)()()(iiQiHiiNKKKiKKQiQKKHiHNHGQQGQHGH其中：其中：I=1I=1，2 2，3 3，n n式中，式中，H H、Q Q、 和和N N分别为第分别为第i i计算段的单级扬程、排量、效率计算段的单级扬程、排量、效率和功率；和功率；H(iH(i) )、Q(iQ(i) )、 (i)(i)和和N(iN(i) )分别为第分别为第i i计算段进行粘度计算段进行粘度和含气校正后单级的扬程、排量、效率和功率。和含气校正后单级的扬程、排量、效率和功率。 、分别为扬程的粘度和含气校正系数：分别为扬程的粘度和含

18、气校正系数： 、 分别为排分别为排量的粘度和含气校正系数：量的粘度和含气校正系数： 为功率的粘度校正系数。为功率的粘度校正系数。（1 1）根据设计产液量，由油层的流入动态（）根据设计产液量，由油层的流入动态（IPRIPR曲线）确定井底流压曲线）确定井底流压（2 2）从井底开始向上计算其压力分布和气液比，以给定的泵入口压力）从井底开始向上计算其压力分布和气液比，以给定的泵入口压力或泵入口气液比确定下泵深度；或泵入口气液比确定下泵深度；（3 3）以井口压力为起点，向下计算井筒内的压力分布，求出下泵深度）以井口压力为起点，向下计算井筒内的压力分布，求出下泵深度处的压力，即为泵出口压力；处的压力，即为

19、泵出口压力；（4 4）计算泵的有效总扬程：泵出口压力与泵入口压力之差；）计算泵的有效总扬程：泵出口压力与泵入口压力之差；（5 5）将有效总扬程分段，假设分为）将有效总扬程分段，假设分为n n段，在给定泵的特性曲线的基础段，在给定泵的特性曲线的基础上，逐段校核计算排量、扬程和功率（气液混合物从泵入口到出口，上，逐段校核计算排量、扬程和功率（气液混合物从泵入口到出口，由于压力不断增加，泵内气液比不断地减小，每一级导叶轮的工作条由于压力不断增加，泵内气液比不断地减小，每一级导叶轮的工作条件也将不同。故在设计时，应分段进行计算）；件也将不同。故在设计时，应分段进行计算）；（6 6）计算各段的级数和泵内

20、增温；）计算各段的级数和泵内增温；（7 7）计算泵功率、效率、级数和流体增温；）计算泵功率、效率、级数和流体增温；（8 8）计算泵出口温度；）计算泵出口温度；（9 9）计算电泵井泵吸入口以上流体温度分布；）计算电泵井泵吸入口以上流体温度分布；（1010）选择潜油电机；）选择潜油电机；（1111）选择潜油电缆；）选择潜油电缆；（1212）选择变压器；）选择变压器；4.4.设计步骤：设计步骤：级数：)(/)(iHDiJ增温：) 1)(1(10672. 4)(3iDiTB式中 D第i段的扬程。（1 1）根据设计产液量，由油层的流入动态（）根据设计产液量，由油层的流入动态（IPRIPR曲线）确定井底流

21、压曲线）确定井底流压（2 2）从井底开始向上计算其压力分布和气液比，以给定的泵入口压力）从井底开始向上计算其压力分布和气液比，以给定的泵入口压力或泵入口气液比确定下泵深度；或泵入口气液比确定下泵深度；（3 3）以井口压力为起点，向下计算井筒内的压力分布，求出下泵深度）以井口压力为起点，向下计算井筒内的压力分布，求出下泵深度处的压力，即为泵出口压力；处的压力，即为泵出口压力；（4 4）计算泵的有效总扬程：泵出口压力与泵入口压力之差；）计算泵的有效总扬程：泵出口压力与泵入口压力之差；（5 5）将有效总扬程分段，假设分为）将有效总扬程分段，假设分为n n段，在给定泵的特性曲线的基础段，在给定泵的特性

22、曲线的基础上，逐段校核计算排量、扬程和功率（气液混合物从泵入口到出口，上，逐段校核计算排量、扬程和功率（气液混合物从泵入口到出口，由于压力不断增加，泵内气液比不断地减小，每一级导叶轮的工作条由于压力不断增加，泵内气液比不断地减小，每一级导叶轮的工作条件也将不同。故在设计时，应分段进行计算）；件也将不同。故在设计时，应分段进行计算）；（6 6）计算各段的级数和泵内增温；）计算各段的级数和泵内增温；（7 7）计算泵功率、效率、级数和流体增温；）计算泵功率、效率、级数和流体增温；（8 8）计算泵出口温度；）计算泵出口温度；（9 9）计算电泵井泵吸入口以上流体温度分布；）计算电泵井泵吸入口以上流体温度

23、分布；（1010）选择潜油电机；）选择潜油电机；（1111）选择潜油电缆；）选择潜油电缆；（1212）选择变压器；）选择变压器；4.4.设计步骤：设计步骤：niBBninitnioiTTiJJniiJiNN1111);()(/)()()(（1 1）根据设计产液量，由油层的流入动态（）根据设计产液量，由油层的流入动态（IPRIPR曲线）确定井底流压曲线）确定井底流压（2 2）从井底开始向上计算其压力分布和气液比，以给定的泵入口压力）从井底开始向上计算其压力分布和气液比，以给定的泵入口压力或泵入口气液比确定下泵深度；或泵入口气液比确定下泵深度；（3 3）以井口压力为起点，向下计算井筒内的压力分布，

24、求出下泵深度）以井口压力为起点，向下计算井筒内的压力分布，求出下泵深度处的压力，即为泵出口压力；处的压力，即为泵出口压力；（4 4）计算泵的有效总扬程：泵出口压力与泵入口压力之差；）计算泵的有效总扬程：泵出口压力与泵入口压力之差；（5 5）将有效总扬程分段，假设分为）将有效总扬程分段，假设分为n n段，在给定泵的特性曲线的基础段，在给定泵的特性曲线的基础上，逐段校核计算排量、扬程和功率（气液混合物从泵入口到出口，上，逐段校核计算排量、扬程和功率（气液混合物从泵入口到出口，由于压力不断增加，泵内气液比不断地减小，每一级导叶轮的工作条由于压力不断增加，泵内气液比不断地减小，每一级导叶轮的工作条件也

25、将不同。故在设计时，应分段进行计算）；件也将不同。故在设计时，应分段进行计算）；（6 6）计算各段的级数和泵内增温；）计算各段的级数和泵内增温；（7 7）计算泵功率、效率、级数和流体增温；）计算泵功率、效率、级数和流体增温；（8 8）计算泵出口温度；）计算泵出口温度；（9 9）计算电泵井泵吸入口以上流体温度分布；）计算电泵井泵吸入口以上流体温度分布；（1010）选择潜油电机；）选择潜油电机；（1111）选择潜油电缆；）选择潜油电缆；（1212）选择变压器；）选择变压器；4.4.设计步骤：设计步骤：泵的出口温度：tmBPIPODTTT式中 TPO 经过增温后流体在泵出口处的温度，； TPI 流体

26、到达机组之前的温度，； TB 泵内总增温，； DTM 电机发热使流体的增温，。)/()1 (103QmmtmMcND式中 Nm电机输入功率，kN； m电机效率，%； MQ产出流体质量流量，kg/s； c 流体比热。（1 1）根据设计产液量，由油层的流入动态（）根据设计产液量，由油层的流入动态（IPRIPR曲线）确定井底流压曲线）确定井底流压（2 2）从井底开始向上计算其压力分布和气液比，以给定的泵入口压力）从井底开始向上计算其压力分布和气液比，以给定的泵入口压力或泵入口气液比确定下泵深度；或泵入口气液比确定下泵深度；（3 3）以井口压力为起点，向下计算井筒内的压力分布，求出下泵深度）以井口压力

27、为起点，向下计算井筒内的压力分布，求出下泵深度处的压力，即为泵出口压力；处的压力，即为泵出口压力；（4 4）计算泵的有效总扬程：泵出口压力与泵入口压力之差；）计算泵的有效总扬程：泵出口压力与泵入口压力之差；（5 5）将有效总扬程分段，假设分为）将有效总扬程分段，假设分为n n段，在给定泵的特性曲线的基础段，在给定泵的特性曲线的基础上，逐段校核计算排量、扬程和功率（气液混合物从泵入口到出口，上，逐段校核计算排量、扬程和功率（气液混合物从泵入口到出口，由于压力不断增加，泵内气液比不断地减小，每一级导叶轮的工作条由于压力不断增加，泵内气液比不断地减小，每一级导叶轮的工作条件也将不同。故在设计时，应分

28、段进行计算）；件也将不同。故在设计时，应分段进行计算）；（6 6）计算各段的级数和泵内增温；）计算各段的级数和泵内增温；（7 7）计算泵功率、效率、级数和流体增温；）计算泵功率、效率、级数和流体增温；（8 8）计算泵出口温度；）计算泵出口温度；（9 9）计算电泵井泵吸入口以上流体温度分布；）计算电泵井泵吸入口以上流体温度分布；（1010）选择潜油电机；）选择潜油电机；（1111）选择潜油电缆；）选择潜油电缆；（1212）选择变压器；）选择变压器；4.4.设计步骤：设计步骤：电泵井与自喷井及有杆抽油井井内流体温度分布计算的电泵井与自喷井及有杆抽油井井内流体温度分布计算的差别主要在于差别主要在于井

29、下电泵机组井下电泵机组相当于一个相当于一个固定热源固定热源，不断向流不断向流经机组的流体提供热量，使流体增温，从而改变井内流温分经机组的流体提供热量，使流体增温，从而改变井内流温分布。根据热力学原理，推导出泵的吸入口以上油管内流体温布。根据热力学原理，推导出泵的吸入口以上油管内流体温度（不包括油管外的电缆发热而影响油流温度的情形）计算度（不包括油管外的电缆发热而影响油流温度的情形）计算式如下：式如下：)(exp/1/1)()(poppooHiHtmHTiHmtiT式中 t0 恒温层温度； m地温梯度； KP 井筒总传热系数； G流体质量流量； H(i)深度； C流体热容量。)1 (wpFCGK

30、（1 1）根据设计产液量，由油层的流入动态（）根据设计产液量，由油层的流入动态（IPRIPR曲线）确定井底流压曲线）确定井底流压（2 2）从井底开始向上计算其压力分布和气液比，以给定的泵入口压力）从井底开始向上计算其压力分布和气液比，以给定的泵入口压力或泵入口气液比确定下泵深度；或泵入口气液比确定下泵深度；（3 3）以井口压力为起点，向下计算井筒内的压力分布，求出下泵深度）以井口压力为起点，向下计算井筒内的压力分布，求出下泵深度处的压力，即为泵出口压力；处的压力，即为泵出口压力；（4 4）计算泵的有效总扬程：泵出口压力与泵入口压力之差；）计算泵的有效总扬程：泵出口压力与泵入口压力之差；（5 5

31、）将有效总扬程分段，假设分为）将有效总扬程分段，假设分为n n段，在给定泵的特性曲线的基础段，在给定泵的特性曲线的基础上，逐段校核计算排量、扬程和功率（气液混合物从泵入口到出口，上，逐段校核计算排量、扬程和功率（气液混合物从泵入口到出口，由于压力不断增加，泵内气液比不断地减小，每一级导叶轮的工作条由于压力不断增加，泵内气液比不断地减小，每一级导叶轮的工作条件也将不同。故在设计时，应分段进行计算）；件也将不同。故在设计时，应分段进行计算）；（6 6）计算各段的级数和泵内增温；）计算各段的级数和泵内增温；（7 7）计算泵功率、效率、级数和流体增温；）计算泵功率、效率、级数和流体增温；（8 8）计算

32、泵出口温度；）计算泵出口温度；（9 9）计算电泵井泵吸入口以上流体温度分布；）计算电泵井泵吸入口以上流体温度分布；（1010）选择潜油电机；）选择潜油电机；（1111）选择潜油电缆；）选择潜油电缆；（1212）选择变压器；）选择变压器；4.4.设计步骤：设计步骤： 电潜泵的所需功率确定后，选择电机电潜泵的所需功率确定后，选择电机功率时，还应考虑分离器和保护器的机械功率时，还应考虑分离器和保护器的机械损耗功率。一般情况下，每级分离器的机损耗功率。一般情况下，每级分离器的机械消耗功率为械消耗功率为11.5kW，每级保护器的机，每级保护器的机械损耗功率为械损耗功率为1.0kW，按电机所需的功率，按电

33、机所需的功率和套管尺寸确定出电机的额定电压和电流。和套管尺寸确定出电机的额定电压和电流。（1 1）根据设计产液量，由油层的流入动态（）根据设计产液量，由油层的流入动态（IPRIPR曲线）确定井底流压曲线）确定井底流压（2 2）从井底开始向上计算其压力分布和气液比，以给定的泵入口压力）从井底开始向上计算其压力分布和气液比，以给定的泵入口压力或泵入口气液比确定下泵深度；或泵入口气液比确定下泵深度；（3 3）以井口压力为起点，向下计算井筒内的压力分布，求出下泵深度）以井口压力为起点，向下计算井筒内的压力分布，求出下泵深度处的压力，即为泵出口压力；处的压力，即为泵出口压力；（4 4）计算泵的有效总扬程

34、：泵出口压力与泵入口压力之差；）计算泵的有效总扬程：泵出口压力与泵入口压力之差；（5 5）将有效总扬程分段，假设分为）将有效总扬程分段，假设分为n n段，在给定泵的特性曲线的基础段，在给定泵的特性曲线的基础上，逐段校核计算排量、扬程和功率（气液混合物从泵入口到出口，上，逐段校核计算排量、扬程和功率（气液混合物从泵入口到出口，由于压力不断增加，泵内气液比不断地减小，每一级导叶轮的工作条由于压力不断增加，泵内气液比不断地减小，每一级导叶轮的工作条件也将不同。故在设计时，应分段进行计算）；件也将不同。故在设计时，应分段进行计算）；（6 6）计算各段的级数和泵内增温；）计算各段的级数和泵内增温；（7

35、7）计算泵功率、效率、级数和流体增温；）计算泵功率、效率、级数和流体增温；（8 8）计算泵出口温度；）计算泵出口温度；（9 9）计算电泵井泵吸入口以上流体温度分布；）计算电泵井泵吸入口以上流体温度分布；（1010）选择潜油电机；）选择潜油电机；（1111）选择潜油电缆；）选择潜油电缆；（1212）选择变压器；）选择变压器；4.4.设计步骤：设计步骤： 潜油电缆的规格直接关系到潜油电泵机组能否在最佳状潜油电缆的规格直接关系到潜油电泵机组能否在最佳状态和最经济条件下运行。因此，对于潜油电缆要认真进行选态和最经济条件下运行。因此，对于潜油电缆要认真进行选择。所选择的电缆必须和电机一起能够顺利下入井中

36、，而不择。所选择的电缆必须和电机一起能够顺利下入井中，而不能超过油套环形尺寸范围。能超过油套环形尺寸范围。 电缆型号可以根据井底温度、电机功率、电压和电流进电缆型号可以根据井底温度、电机功率、电压和电流进行选择。电缆的压降损失和功率损失与电缆的截面积和长度行选择。电缆的压降损失和功率损失与电缆的截面积和长度有关，其电力损失对其采油动力成本有直接的影响。选择电有关，其电力损失对其采油动力成本有直接的影响。选择电缆，尽可能选用截面积比较大的电缆。缆，尽可能选用截面积比较大的电缆。2103)sincos(3IRPxrILU 计算电缆压降损失和功计算电缆压降损失和功率损失的公式如下：率损失的公式如下：

37、式中式中 U电缆压降损失，电缆压降损失，V； I电机工作电流，电机工作电流，A； L电缆长度，电缆长度，m； r导体有效阻抗，导体有效阻抗， /km； cos 功率因数；功率因数； x导体电抗，；导体电抗，； sin 无功功率因数；无功功率因数； P 功率损失，功率损失，kw； R电缆的内阻，电缆的内阻， 。（1 1）根据设计产液量，由油层的流入动态（）根据设计产液量，由油层的流入动态（IPRIPR曲线）确定井底流压曲线）确定井底流压（2 2）从井底开始向上计算其压力分布和气液比，以给定的泵入口压力）从井底开始向上计算其压力分布和气液比，以给定的泵入口压力或泵入口气液比确定下泵深度；或泵入口气

38、液比确定下泵深度；（3 3）以井口压力为起点，向下计算井筒内的压力分布，求出下泵深度）以井口压力为起点，向下计算井筒内的压力分布，求出下泵深度处的压力，即为泵出口压力；处的压力，即为泵出口压力；（4 4）计算泵的有效总扬程：泵出口压力与泵入口压力之差；）计算泵的有效总扬程：泵出口压力与泵入口压力之差；（5 5）将有效总扬程分段，假设分为）将有效总扬程分段，假设分为n n段，在给定泵的特性曲线的基础段，在给定泵的特性曲线的基础上，逐段校核计算排量、扬程和功率（气液混合物从泵入口到出口，上，逐段校核计算排量、扬程和功率（气液混合物从泵入口到出口，由于压力不断增加，泵内气液比不断地减小，每一级导叶轮

39、的工作条由于压力不断增加，泵内气液比不断地减小，每一级导叶轮的工作条件也将不同。故在设计时，应分段进行计算）；件也将不同。故在设计时，应分段进行计算）；（6 6）计算各段的级数和泵内增温；）计算各段的级数和泵内增温；（7 7）计算泵功率、效率、级数和流体增温；）计算泵功率、效率、级数和流体增温；（8 8）计算泵出口温度；）计算泵出口温度；（9 9）计算电泵井泵吸入口以上流体温度分布；）计算电泵井泵吸入口以上流体温度分布；（1010）选择潜油电机；）选择潜油电机；（1111）选择潜油电缆；）选择潜油电缆；（1212）选择变压器；）选择变压器；4.4.设计步骤：设计步骤： 自耦变压器的容量必须能够

40、满足电机最大的启动电压，自耦变压器的容量必须能够满足电机最大的启动电压，所以根据电机的负载来确定变压器的容量，可用下式进行计所以根据电机的负载来确定变压器的容量，可用下式进行计算：算：1000)(3)(UUIKVA变压器容量：式中： U电机电压，V； U 电缆压降损失， V； I电机额定电流，A。井筒内的压力分布、井筒内的压力分布、IPR曲线和生产系统的协调关系曲线和生产系统的协调关系1、含气液体对电泵工作特性的影响、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（三）影响电泵工作特性的因素分析 扬程、排量及效率下降；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

41、气体占据，将会使游离气体过多时，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。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；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。同时泵的扬程、排量和效率也有所下降。3、温度对电泵工作特性的影响、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、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。流体温度高需要选择耐温等级高的电

42、机和电缆，增加采油成本。 电泵生产要求含砂小于电泵生产要求含砂小于0.05%；含砂后，泵叶轮磨损，排量下降。含砂后，泵叶轮磨损，排量下降。 蜡沉积堵塞叶导轮蜡沉积堵塞叶导轮流道，井液阻力增加。流道，井液阻力增加。电机负荷增加，严重时过载停机。电机负荷增加，严重时过载停机。泵排量下降。泵排量下降。5、其它如沉没度、井下压力等与气体影响有关。、其它如沉没度、井下压力等与气体影响有关。 记录的电流与潜油电机的工作电流成线性关系，它的变化记录的电流与潜油电机的工作电流成线性关系，它的变化情况能够反映潜油电机的运行状况。情况能够反映潜油电机的运行状况。按运行时间按运行时间分，电流卡片有分，电流卡片有24

43、 h和和7 d两种规格。两种规格。 对于对于新投产或作业的井新投产或作业的井，由于电泵运转状况还不够稳定，由于电泵运转状况还不够稳定，需要随时监测，因此采用需要随时监测，因此采用24 h的电流卡片。当电泵机组运行状的电流卡片。当电泵机组运行状况况稳定后稳定后，一般用，一般用7 d电流卡片。电流卡片。 用于分析的电流卡片，一般是指用于分析的电流卡片，一般是指24 h电流卡片。电流卡片。 三、 电流卡片分析 三相感应电机在载荷固三相感应电机在载荷固定的情况下，其电流是恒定定的情况下，其电流是恒定的。的。正常运转时，电流线上正常运转时，电流线上的电流可能稍高或稍低于铭的电流可能稍高或稍低于铭牌电流，

44、但是它应是平稳对牌电流，但是它应是平稳对称的。称的。1. 机组正常运转机组正常运转时，电机输出功率是比较稳定的。机组正常运转时，电机输出功率是比较稳定的。如果电源电压出现波动，那么电流也将相应产生波动，以便满足如果电源电压出现波动，那么电流也将相应产生波动，以便满足电机功率的需要。电机功率的需要。电源电压波动的常见电源电压波动的常见原因原因：是是动力系统出现周期性重负载，动力系统出现周期性重负载，如大功率注水泵的启动。如大功率注水泵的启动。为避免由于电压波动对电泵机为避免由于电压波动对电泵机组造成不利的影响，应尽量间组造成不利的影响，应尽量间隔开这些负载。隔开这些负载。2. 电源电压波动A启动

45、阶段启动阶段，此时环形空间的液面很高，由于液柱的动压头下降，此时环形空间的液面很高，由于液柱的动压头下降，所以排量和电流都高于正常值。所以排量和电流都高于正常值。B正常工作阶段正常工作阶段，其排量接近设计要求。，其排量接近设计要求。D电流值既低又不稳定电流值既低又不稳定，这是，这是由于液面由于液面接近接近泵的吸入口，气体进泵量增加并且泵的吸入口，气体进泵量增加并且不稳定，而导致不稳定，而导致电泵欠载且波动电泵欠载且波动，最终，最终机组欠载停机。机组欠载停机。C排量低于额定排量，并产生波动排量低于额定排量，并产生波动，这，这是是由于液面由于液面下降下降而使泵吸入口而使泵吸入口压力降低压力降低，气

46、体开始进泵气体开始进泵,因而电流下降。因而电流下降。3. 气锁1.提高下泵深度。提高下泵深度。3.如果两种办法都不能奏效的话，可实行间歇生产方式。如果两种办法都不能奏效的话，可实行间歇生产方式。对于这样的井，下次起泵时应重新选泵。对于这样的井，下次起泵时应重新选泵。2.如果不能增加下泵深度，则可以装油嘴限产使液面如果不能增加下泵深度，则可以装油嘴限产使液面高提高。高提高。解决的方法：解决的方法： A、B、C三段与三段与“气锁气锁”卡片的分析情况基本相同，有所卡片的分析情况基本相同，有所不不同的是同的是因游离气少而未引起波动。因游离气少而未引起波动。D段表明液面段表明液面这种情况这种情况说明说明

47、机组选得过大。解决机组选得过大。解决办法除与办法除与“气锁气锁”办法相同之外，办法相同之外，还可以对该井采取增产措施，提高还可以对该井采取增产措施，提高油井的产能。油井的产能。接近吸入口，排量和电流下降最后导致接近吸入口，排量和电流下降最后导致欠载停机。延时再启动后，液面稍有回欠载停机。延时再启动后，液面稍有回升，但液面很快下降再次抽空停机。升，但液面很快下降再次抽空停机。4. 抽空 机组在接近设计值之下工机组在接近设计值之下工作，并且井液中含有气体。作，并且井液中含有气体。曲线的波动是由于曲线的波动是由于井液中含井液中含有大量的游离气造成的。有大量的游离气造成的。在在这种情况下，通常会使总的

48、这种情况下，通常会使总的排液量降低。当井泵的液体排液量降低。当井泵的液体被乳化时，由于乳化液进泵被乳化时，由于乳化液进泵阻力过大，也会产生这种类阻力过大，也会产生这种类似的电流卡片。似的电流卡片。5. 油井含气 机组启动后，运机组启动后，运转很短时间便欠载停转很短时间便欠载停机。机。 这是由于流体的这是由于流体的密度或流量太小而导密度或流量太小而导致欠载，或时间继电致欠载，或时间继电器出现故障所致。器出现故障所致。 6. 瞬时欠载停机图图4-8 开式水力活塞泵采油系统开式水力活塞泵采油系统第二节第二节 水力活塞泵采油水力活塞泵采油液马达液马达一、水力活塞泵采油系统举升原理一、水力活塞泵采油系统

49、举升原理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油井装置装置地面地面流程流程水力活塞泵井下机组水力活塞泵井下机组工作原理：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液马达处；井下液马达处；滑阀控制机构滑阀控制机构换向换向；动力液动力液驱动驱动液马达；液马达；液马达液马达做往复做往复运动运动；液马达通过活塞杆带动液马达通过活塞杆带动抽油泵抽油泵做往复做往复运动运动；原油被增

50、压原油被增压举升举升。适适应应条条件件油层深度与排量范围大；油层深度与排量范围大；含蜡；含蜡；稠油；稠油；井斜。井斜。(1) (1) 机组结构复杂，加工精度要求高；机组结构复杂，加工精度要求高；(2) (2) 地面流程大，投资高地面流程大，投资高( (规模效益规模效益) )；(2) (2) 按动力液循环分类按动力液循环分类(3) (3) 按动力液性质分类按动力液性质分类水力活塞泵采油系统类型分类水力活塞泵采油系统类型分类：(1) (1) 按系统井数分类按系统井数分类乏动力液不与产出液混合。乏动力液不与产出液混合。乏动力液与产出液混合。乏动力液与产出液混合。单井流程系统；单井流程系统；多井集中泵

51、站系统；多井集中泵站系统；大型集中泵站系统。大型集中泵站系统。闭式循环方式：闭式循环方式：开式循环方式：开式循环方式：原油动力液原油动力液水力活塞泵采油系统水力活塞泵采油系统水基动力液水基动力液水力活塞泵采油系统水力活塞泵采油系统图图4-9 闭式水力活塞泵采油系统闭式水力活塞泵采油系统图图4-8 开式水力活塞泵采油系统开式水力活塞泵采油系统(4) (4) 按井下泵的安装方式分类按井下泵的安装方式分类固定式安装：固定式安装：整个泵随油管下入井内，优点是泵径大、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。排量大，缺点是起泵必须起油管。插入式安装：插入式安装：泵工作筒随大直径油

52、管下入井内，而沉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。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：投入式安装：又分单管封隔式和平行管柱式，泵工作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。受到限制，排量较小。最常用的三种水力活塞泵抽油装置最常用的三种水力活塞泵抽油装置(1) (1) 开式循环单管封隔器投入式水力活塞泵采油系统；开式循环单管封隔器投入式水

53、力活塞泵采油系统；(2) (2) 闭式循环平行管柱投入式水力活塞泵采油系统；闭式循环平行管柱投入式水力活塞泵采油系统；(3) (3) 开式循环平行管柱投入式水力活塞泵采油系统。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。平行管通到封隔器下部，以排放封隔器下部聚集的气体。二、水力活塞泵井下机组二、水力活塞泵井下机组(1) (1) 液马达：液马达：将动力液的压能转换为机械能带动泵工作。将动力液的压能转换为机械能带动泵工作。(2) (2) 泵：泵：将液马达传递给它的机械能转换成液体的压能，将液马达

54、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。用来提高油层产出液的压能。(3) (3) 主控滑阀：主控滑阀：利用液压差动原理控制液马达和泵柱塞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。做往复运动的换向控制机构。单单作作用用泵泵工工作作原原理理示示意意图图三、水力活塞泵油井生产系统设计三、水力活塞泵油井生产系统设计(2) 决定开式或闭式系统；决定开式或闭式系统；(3) 决定油井气体全部泵出，还是放气；决定油井气体全部泵出，还是放气；(4) 选择合适的井下装置；选择合适的井下装置；(5) 系统工况参数确定；系统工况参数确定；(6) 决定建设泵站还是单井系统；决定建设

55、泵站还是单井系统；(7) 选择地面泵组；选择地面泵组；(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；井筒流体物性分布井筒流体物性分布下泵深度下泵深度井筒压力分布井筒压力分布井筒温度分布井筒温度分布动力液排量动力液排量泵效泵效功率与举升效率功率与举升效率图图4-16 射流泵采油井下系统示意图射流泵采油井下系统示意图第三节第三节 水力射流泵采油水力射流泵采油一、水力射流泵采油系统一、水力射流泵采油系统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系系统统组组成成油井油井装置装置地

56、面地面流程流程射流泵射流泵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。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。优点优点：(1) (1) 没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大(2) (2) 由于可利用动力液的热力及化学特性，适用于高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。凝油、稠油、高含蜡油井。水力射流泵举升原理水力射流泵举升原理(3) (3) 对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性。应性。图图4-17 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

57、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举升到地面混合液的压力提高后被举升到地面。水力射流泵排量、水力射流泵排量、扬程取决于喷嘴扬程取决于喷嘴面积与喉管面积面积与喉管面积的比值。的比值。（二）射流泵基本方程（二）射流泵基本方程(1) (1) 井

58、筒流体温度分布计算：井筒流体温度分布计算：(2)(2)泵效：泵效：)()(211323PPqPPqHME(3) (3) 喷嘴与喉管直径：喷嘴与喉管直径：1311/ )(06082. 0PPqAn/2nnAd RAAnt/2ttAd 与水力活塞泵井筒流体温度分布计算相同。与水力活塞泵井筒流体温度分布计算相同。地层液与动力液得失能量之比。地层液与动力液得失能量之比。喷嘴喷嘴: :喉管喉管: :面积比面积比环空过流面积越小，油井产出流体流过该面积环空过流面积越小，油井产出流体流过该面积的速度就越高。流体的压力随其流速增加而下的速度就越高。流体的压力随其流速增加而下降，在高流速下压力将下降到流体的蒸汽压，降，在高流速下压力将下降到流体的蒸汽压，导致蒸汽穴的形成，该过程称之为导致蒸汽穴的形成，该过程称之为气蚀气蚀。(