无杆泵采油-采油工程课件

第四章无杆泵采油

内容提要第一节电动潜油离心泵采油第二节水力泵采油第三节螺杆泵采油第四节人工举升方式优选无杆泵采油：用电缆或高压液体将地面能量传输到井下，带动井下机组工作把原油抽至地面。第四章无杆泵采油第一节电动潜油离心泵采油

电动潜油离心泵简称潜油电泵或电潜泵或电泵，20世纪20年代中后期开始在美国应用。

一、系统组成第一节电动潜油离心泵采油电动潜油离心泵简电泵采油的主要特点1.电泵举升方式的主要优点排量大；操作简单，管理方便；能较好地运用于斜井、水平井和海上采油；在防蜡方面有一定的作用。2.电泵举升方式的主要缺点下入深度受到限制；比较昂贵，初期投资高；作业费用高和停产时间过长；电机、电缆易出现故障；日常维护要求高。

第一节电动潜油离心泵采油电泵采油的主要特点第一节电动潜油离心泵采油一电潜泵采油装置及其工作原理

电潜泵是井下工作的多级离心泵，同油管一起下入井内，地面电源通过变压器、控制屏和潜油电缆将电能输送给井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把油井中的井液举升到地面。电潜泵采油装置组成:井下机组部分电力传输部分地面控制部分潜油电机、保护器、分离器和多级离心泵潜油电缆控制屏、变压器和接线盒第一节电动潜油离心泵采油一电潜泵采油装置及其工作原理电潜泵是井下工第一节电动潜油离心泵采油作用：产生旋转磁场。(2)转子系统(3)止推轴承(4)润滑油循环系统(1)定子系统作用：产生感应电流而受力转动，并输出机械扭矩。作用：电机运行时，润滑各轴承；对电机润滑和冷却。主要结构组成及其作用作用：承受电机的轴向力。第一节电动潜油离心泵采油作用：产生旋转磁场。(2)转子

潜油电机是一般是两极三相鼠笼式异步感应电动机，与其它异步电动机工作原理相同。其主要特点是，外形呈细长型；定子和转子分节；电机内充满专用润滑油，起润滑、冷却、增强电机绝缘性能和平衡电机内外压力的作用。

第一节电动潜油离心泵采油潜油电机是一般是两极三相鼠笼式异步感应电动机第一节电动潜油离心泵采油

保护器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置;平衡电机内压力和井筒压力第一节电动潜油离心泵采油保护器是利用井液

分离器分可为沉降式和旋转（离心）式两种。沉降式分离器是靠重力分异进行油气分离的，其效果较差，适合于气液比低于10%的井。旋转式分离器是靠旋转时产生的离心力进行油气分离的，分离效果较好，在吸入口气液比低于30%的范围内使用，分离效率可达90%以上。

第一节电动潜油离心泵采油作为井液进入泵的吸入口分离器分可为沉降式和旋转（离心）式两种。沉降

电动潜油离心泵是由多级组成的，其中每一级包括一个固定的导轮和一个可转动的叶轮。与普通离心泵相比，在结构上有以下特点：①受套管内径限制，泵外形是细长状，直径小，长度大，叶轮、导轮级数多；②垂直悬挂运转，轴向卸载，径向扶正。

第一节电动潜油离心泵采油电动潜油离心泵是由多级组成的，其中每一级包括

电缆包括潜油动力电缆和潜油电机引接线。动力电缆分为圆电缆和扁电缆两类，而电机引接线只有扁电缆一种。井径较大者用圆电缆，井径较小者可用扁电缆。其主要作用是将地面的电力传输给井下电机。第一节电动潜油离心泵采油电缆包括潜油动力电缆和潜油电机引接线。动力电

控制柜用于控制潜油电泵的启动、停机及电机和电缆系统的短路、电机过载或欠载的自动保护。控制柜上安装的电器仪表能自动记录电机的运行电流，并能随时检测电流、电压等多项参数。第一节电动潜油离心泵采油控制柜用于控制潜油电泵的启动、停机及电机和电接线盒（thejunctionbox

）

作用：连接控制屏到井口之间的电缆；安装在井口和控制屏之间将井下电缆芯线内上升至井口的天然气放空，防止天然气进入控制屏，使控制屏产生电火花时引起爆炸压力传感器（downholesensor

）用于测量井下压力和温度，确定井的产能，便于自动控制单流阀（checkvalve）在泵内不工作时保持油管柱充满流体，易于起泵，消耗功率最小；

操作安全可靠。因地面关闸时油管柱内的气体易压缩，形成高压，操作不安全；

防止停泵后液体倒流，使机组反转。

泄油阀以防止起泵时油管柱中的井液在卸油管时流到地面上。扶正器

扶正泵和电机，使机组处于井筒中间，以便电机很好冷却，防止电缆与套管内壁摩擦损坏接线盒（thejunctionbox）压力传感器（do二、井下多级离心泵工作特性

井下多级离心泵由许多单级离心泵串联组成，单级离心泵由装在泵轴上的旋转叶轮和固定在泵壳上的导轮组成。工作原理：叶轮旋转后离心力的作用使叶轮流道中的液体增压和加速，从叶轮流道出口排出，叶轮旋转机械能转变为流体的压能和动能。流体进入导轮，将一部分动能转变成静压，流体进入下一级叶轮，重复这一过程直到最后一级叶轮。二、井下多级离心泵工作特性井下多级离心泵由许多单二、井下多级离心泵的工作特性井下多级离心泵的特性（表征其工作状况）：排量、压头、功率、效率与转速之间的关系。泵的排量：泵在单位时间内输送的液体体积。泵的压头（扬程）：单位质量流体通过泵增加的能量，也称为有效压头或扬程，它反映了泵的出口和入口流体的压力变化。泵的功率：电机传给叶轮的功率，称为泵的轴功率。泵的效率（泵效）：泵的有效功率与泵轴功率之比。泵的有效功率：泵内流体获得的功率。转速：泵轴在单位时间内的转数。

第一节电动潜油离心泵采油二、井下多级离心泵的工作特性第一节电动潜油离心泵采油泵的特性曲线：指排量、压头、功率、效率与转速之间的关系曲线。

最佳排量范围

第一节电动潜油离心泵采油泵的排量随压头增大而减小；泵轴的输入功率随排量的增大而增大泵的特性曲线：指排量、压头、功率、效率与转速之间的关系曲线。三、电泵油井生产系统设计1.电泵油井生产系统井下泵组子系统的工作规律可用特性曲线来确定，但必须根据含水、气量等影响泵的工作特性的有关参数进行校正。第一节电动潜油离心泵采油电潜泵油井的生产系统是由油层、井筒、井下电泵机组和地面出油管线与分离器等四个子系统组成，每个子系统都有各自不同的流动规律。要使油井高效稳定的生产，就必须在生产系统设计时充分利用各子系统协调时的油井生产规律。三、电泵油井生产系统设计第一节电动潜油离心泵采油电潜泵油第一节电动潜油离心泵采油2.设计方法电潜泵生产系统设计的任务是在满足油井供液能力所确定的产量的前提下，确定下泵深度、选择泵型和计算工作参数，使其达到效率最高和能耗最低。

通常由于地面出油管线的压力波动较小，可将井口压力作为常数。设计的油井生产系统范围从井口到油层，把井口、泵处、井底及油层看作四个节点，并把泵作为功能节点，求解时分别以油藏压力为起点来计算泵的入口压力，以井口压力为起点来计算泵的出口压力，从而确定泵的总扬程。根据产量选择泵型后，再根据泵的总扬程及泵的特性曲线计算泵的级数、排量、效率和功率，进而选择电机、电缆及地面设备。油层井底泵机组井口分离器节点第一节电动潜油离心泵采油2.设计方法电潜泵生产系统设计的潜油电泵井节点分析方法步骤如下：1）假设一系列不同的产量。2）对每一产量，根据地层流入动态方法计算井底压力，绘制流入曲线。3）计算流出曲线。对每一产量，进行以下计算：（1）由井口向下直到泵排出口，根据垂直管两相流方法确定泵排出压力；（2）由泵特性曲线读出每级压头；（3）假设各种级数，对每种级数计算泵吸入压力；（4）由泵入口向下直到井底，根据垂直管两相流方法计算井底压力；(5）将流出曲线迭加在流入曲线上。4）读出流入和流出曲线交点处泵吸入口压力和产量。5）对不同级数下产量，由泵特性曲线确定泵的每级功率，计算总功率。6）绘制产量与功率的关系曲线。7）选择合适的排量。排量必须在最佳泵效范围内，并经济可行

第一节电动潜油离心泵采油潜油电泵井节点分析方法步骤如下：1）假设一系列不同的产量。第二节水力泵采油一、水力活塞泵采油

水力泵系统是由地面动力泵将动力液增压后经油管或专用通道泵入井下，驱动马达做上下往复运动，将高压动力液传至井下驱动换向阀，带动井下柱塞泵抽油。第二节水力泵采油一、水力活塞泵采油水力泵系统是由组成：水力活塞泵井下机组井下管柱和井口地面流程：地面动力液罐、高压柱塞泵组、高压控制管汇、计量装置和地面管线。特点：高油气比、出砂、高凝油、含蜡、深井、斜井及水平井适应性很强。组成：特点：高油气比、出砂、高凝油、含蜡、深井、斜井及水平井1.动力液系统及动力液按系统管理井数分：单井系统和中心站多井系统。按动力液排出方式分：开式动力液系统：设备简单、操作容易、动力液费用高闭式动力液系统：设备复杂、操作麻烦、动力液成本低按动力液流动方向分正循环系统：动力液从油管注入、环空采出反循环系统：很少应用（从未装泵的通道注入，装泵的油管通道产出）1)动力液系统1.动力液系统及动力液按系统管理井数分：单井系统和中心站多1.动力液系统及动力液2)动力液原油动力液：杂质<10~15ppm，润滑性好，成本低水基动力液：杂质<15μm，防腐剂+润滑剂，易腐蚀油田优先选用原油作动力液（开式循环多井系统）当原油粘度高或油井含水高时优先用水基动力液（闭式）1.动力液系统及动力液2)动力液第二节水力泵采油开式系统闭式系统优先选用原油做动力液的开式系统

目前，在油田推广应用中，应优先选用原油做动力液的开式循环多井集中泵站系统。在原油粘度较高或油井含水较高时，可选用水做动力液的闭式循环多井集中泵站系统。水力活塞泵采油系统在国内,胜利油田、华北油田、海洋石油总公司是较早采用水力活塞泵采油工艺的单位。第二节水力泵采油开式系统闭式系统优先选用目前，在油田推广2.井下泵装置类型按泵体的安装方式分：自由式泵装置和固定式泵装置按完井方式分：套管式装置和平行式装置按动力液排出方式分：开式和闭式两种按动力液流动方向分：正循环和反循环系统◆自由式泵装置

在油管内下部装一个泵的井下总成，由一个密封泵座和多个密封腔组成，通过改变动力液的流向，可以自由地把井下泵下入井底采油或起出地面换泵和维修。

◆固定式泵装置

将井下泵固定在油管底部，随油管一起下入井中。泵的外径不受油管内径的限制，它主要用于高产井，换泵需要进行取下油管作业2.井下泵装置类型按泵体的安装方式分：自由式泵装置和固定式固定式整个泵随油管下入井内，优点是在相同尺寸的套管情况下，比其他类型泵的泵径大、排量大，缺点是起泵必须起油管。插入式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。投入式优点是起下泵方便，不用上作业队，节省修井作业费用；缺点是泵径受到限制，排量较小。固定式整个泵随油管下入井内，优点是在相同尺寸的套管情况下，比根据井下泵液马达与抽油泵端的数目不同，又可分为双液马达泵和双泵端泵。双液马达泵可增大扬程，双泵端泵可增大排量。最常用的有如下三种，即：开式循环单管封隔器投入式水力活塞泵、闭式循环单管封隔器投入式水力活塞泵、开式循环平行管柱投入式水力活塞泵。投入式泵也叫自由泵，(c-e)即泵随油管下入井内，由封隔器把井筒上、下分隔，沉没泵在油管内液力作用下起下。表示了最简单的投入式泵油井装置，即开式循环单管封隔器投入式水力活塞泵油井装置的基本组成和工作原理。投入式泵油井装置基本由以下部分组成：井口捕捉器、井口四通阀、中心油管、沉没机组、泵筒、固定阀和封隔器等。封隔器把套管分为上、下两个空间，中心油管又把封隔器上部空间分为两个通道。(e)在中心油管旁多了一根小直径的旁通管，它直通泵筒上的乏动力液排出孔，因此乏动力液就不再和产出液混合而直接从此旁通管排出地面经少许处理后又进入地面泵反复使用，而产出液则从油套管环形空间返出，使原油处理量减少了一半。所以，闭式循环平行管柱投入式水力活塞泵的运行成本最低，可以选用优质动力液或水基动力液。但是增加了地面上的乏动力液管线和井内管柱的侧管，钢材消耗较多，作业费用也较高。(d)为开式循环平行管柱投入式水力活塞泵，侧管接通封隔器下部的油套管环形空间，通过此管把聚集在封隔器下部油套管环形空间的气体排出。由于没有乏动力液的专用通道，所以乏动力液仍必须和产出液混合后从油套管环形空间排出。此种泵主要用于油井含气较高的情况。根据井下泵液马达与抽油泵端的数目不同，又可分为双液马达泵和双二、水力活塞泵的结构(1)柱塞泵：将液马达传递给他的机械能转换为液体的压能，用来提高油层的产出液的压能，常用往复式柱塞泵。(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。(3)主控制滑阀：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。二、水力活塞泵的结构(1)柱塞泵：将液马达传递给他的机械能第二节水力泵采油

高压动力液经动力液管柱注入井中，驱动水力活塞泵上的液马达，使动力液高压势能为往复运动的机械能。液马达驱动泵，泵将机械能液体的静压，使产出流体采到地面。

1、水力活塞泵系统的工作原理：第二节水力泵采油高压动力液经动力液管柱注入井中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。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，就是这个压力差的作用下，液马达进行下冲程。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。此泵是和一般抽油泵结构相同的单作用泵，因此，下冲程时固定法关闭，而游动阀打开，抽油泵排除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进行，活塞杆继续往下。活塞杆实际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当活塞接近下死点时，它的上部控制槽e接通了主控制阀上下端的腔室c和g使高压动力液由控制槽e进入主控制法下端腔室g，由于主控制阀的上端面积小于下断面的面积，在同样的高压动力液下，下面的总压力大于上面的总压力。所以主动滑阀推向上死点。这是就开始进行上冲程。下冲程高压动力液从中心油管经过通道a进入液马达下缸，作用在活塞下面高压液继续从中心管通道a进入液马达下缸，由于主控制阀位于上死点，b处堵塞，使得高压液无法通过d进入液马达上缸，这时，液马达上缸经过通道d、主控制阀中部的环形空间h和抽取的油层产出液相沟通。因此，液马达的上缸充满低压油层产出液，而下缸仍然有高压动力液。在此压力差作用下，液马达的活塞进行上冲程。上缸中工作过的乏废动力液和抽取的油层产出也相混合后，提升到地面。上冲程时，固定阀打开，而游动阀关闭，进行吸油过程。随着液马达活塞上冲程的进行，活塞杆继续往上，当活塞接近上死点时，它下部的控制槽f是主控制滑阀的下腔室和抽取的原油相沟通。这时，在主控制滑阀上端面作用有高压动力，下端面作用的是低压的油层产出液。在这个压力差的作用下，主控制滑阀就往下运动到下死点。这样，就使液马达重新开始转入下冲程。上冲程高压液继续从中心管通道a进入液马达下缸，由于主控制阀位于上死2.水力活塞泵的力平衡PwfFpPfPdPnPd有效横截面面积上冲程压力下冲程压力AerPnPnAep－AerPdPnAep－AerPnPdApp－AprPdPsApp－AprPsPdAprPnPn马达泵连杆Pn：动力液压力Pd：泵排出压力Ps：泵吸入压力双作用泵下冲程的受力分析2.水力活塞泵的力平衡PwfFpPfPdPnPd有效横截面二.水力活塞泵油井生产系统设计●选择水力活塞泵基本原则：第一：必须满足排量要求，与油井的产能协调；第二：必须使泵产生足够的举升压力并保持所需的井口剩余压力。因此油藏流入动态特性资料要求准确可靠

。二.水力活塞泵油井生产系统设计●选择水力活塞泵基本原则：●设计内容：确定系统类型：开式、闭式；决定油井气体全部泵出，还是放气；选择合适的井下装置(套管型单管投入式)；决定多井泵站还是单井系统；系统工作参数确定(给定产量、确定泵挂、选泵、动力液排量、注入压力、功率、地面系统选择)；选择地面泵；设计动力液系统。二.水力活塞泵油井生产系统设计●设计内容：二.水力活塞泵油井生产系统设计二.水力活塞泵油井生产系统设计PwfFpPfPdPnPd动力液QnPso混合液Pwh●设计步骤(1)由IPR、产量QLPwf(2)从井底算井筒压力分布，由泵充满程度要求确定泵吸入口压力Ps,并确定下泵深度Lp。(3)根据Ps计算最大体积效率vmax

，决定是否放气(4)计算(P/E)max=2438/Lp(5)计算泵的额定排量Qpr(4-15)(6)选泵要求P/E<(P/E)max，满足额定Qpr泵型号:SHB350/20泵额定排量Qpr:500m3/d冲程：1.65m马达额定排量Qer:444.2m3/d额定冲数nmax:40min-1

压力比P/E:1.15二.水力活塞泵油井生产系统设计PwfFpPfPdPnPd动二.水力活塞泵油井生产系统设计●设计步骤(7)计算马达或泵的实际冲数；(8)计算动力液的排量；(9)由井口Pwh、Lp、Qn+QL计算排出压力Pd(10)计算井下泵系统摩阻损失Pfr(式4-30)(11)计算动力液入口压力Pn(12)计算地面泵注入压力Pso=Pn-gnLp+Pfn<额定值(13)计算地面泵功率(14)根据地面泵功率、排量、压力选柱塞泵型号。(15)计算系统功率和举升效率。PwfFpPfPdPnPd动力液QnPso混合液Pwh二.水力活塞泵油井生产系统设计●设计步骤PwfFpPfPd

决定开式或闭式系统决定是否放气选择合适的井下装置系统工况参数确定决定建设泵站还是单井系统选择地面泵组设计动力液系统

二.水力活塞泵油井生产系统设计投入（自由）式泵：泵工作筒随油管下至井底，沉没泵机组则从油管中投入。固定式泵：整个泵随油管下入井内。插入式泵：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。最常用的是投入式泵第二节水力泵采油决定开式或闭式系统二.水力活塞泵油井生产系统设计投入（自三、水力射流泵采油地面部分和水力活塞泵开式采油系统相同。

●水力射流泵简称射流泵，是一种特殊的水力泵。它是利用射流原理将注入井内的高压动力液的能量传递给井下产液的无杆水力采油装置。●射流泵井下无运动部件，对于高温深井、高产井、含砂、含腐蚀性介质、稠油以及高气液比油井条件具有较强的适应性。三、水力射流泵采油●水力射流泵简称射流泵，是一种特殊的水力泵三、水力射流泵采油第二节水力泵采油1.射流泵的结构喷嘴：将动力液高压势能转变为高速动能喉管：高速动力液和低速产液混合，进行动量交换扩散管：将动能转变为压能

三、水力射流泵采油第二节水力泵采油1.射流泵的结构喷2.射流泵工作原理

射流泵是通过两种流体之间的动量交换实现能量传递。

射流泵通过喷嘴将动力液高压势能转变为高速动能，在喉管内高速动力液和低速产液混合，进行动量交换，然后通过扩散管将动能转变为压能，使混合物采出地面。射流泵具有以下优点：（1）没有运动部件，适合于处理腐蚀和含砂流体；（2）结构紧凑，适用于倾斜、水平井；（3）自由投捞作业，维护费用低；（4）产量范围大，控制灵活方便；（5）适用于稠油开采，容易对动力液加热；（6）适用于含气流体；（7）适用于高温深井；（8）对非自喷井，可用于产能测试和钻杆测试。

2.射流泵工作原理射流泵具有以下优点：3、射流泵动态特性

射流泵的动态特性与电潜泵的特性相似，是指压力和排量的关系。（1）射流泵的能量损失●射流泵的能量损失包括摩阻损失和混合损失两种。●射流泵的能量损失与流体性质、流量、压力等操作参数、泵的结构参数有关。●泵的结构参数主要有喷嘴形状、吸入腔室形状、喷嘴－喉管距离、喉管长度、喉管张角、扩散管长度、扩散管张角、表面光洁度等。（2）射流泵无因次动态方程

无因次压力比：表示井液获得的压力与动力液在泵内损失的压力之比。1)无因次参数的定义无因次面积比：喷嘴面积与喉管面积之比。无因次质量流量比：

3、射流泵动态特性射流泵的动态特性与电潜泵的特性相2)压力损失●无因次压力比●射流泵无因次动态特性方程2)压力损失●无因次压力比●射流泵无因次动态特性方程3.动力液流量动力液流量计算公式gn——动力液梯度，MPa/m最小气蚀面积：5.射流泵效率定义为：井液获得的功率与动力液损失的功率之比4.气蚀和最小气蚀面积

当吸入压力降到流体蒸汽压时，流体中会出现小气泡，气泡进入喉管的高压区就会冷凝和破碎，会对泵产生冲蚀，这种现象称为气蚀。3.动力液流量动力液流量计算公式gn——动力液梯度，M6.气体的影响气体要占据一定的体积，使泵的液体体积排量下降气体对泵内压力损失产生影响气体要影响排出管柱的压力损失修正无因次质量流量比：修正最小气蚀面积：7.无因次特性曲线无因次压力无因次质量流量比无因次面积功率代表射流泵无因次动态特性方程6.气体的影响气体要占据一定的体积，使泵的液体体积排量下降四、射流泵的选择选择目的选择的泵必须满足排量要求，与油井的产能协调，必须使泵产生足够的举升压力并保持所需的井口剩余压力选择的泵在不出现气蚀时的效率最高，功率最低选泵的方法

对所有喷嘴和喉管组合都进行计算，找出一种工作参数最佳的组合，在计算时先把发生气蚀的组合去掉，再选择剩下的组合。

是利用最佳设计动态曲线(即无因次特性曲线的上包络线)直接选择最优组合应用最优化技术。

四、射流泵的选择选择目的选泵的方法四、射流泵的选择水力射流泵油井生产系统的设计步骤如下：①依据油层的流入动态，即IPR曲线，确定设计产液量下的井底流压力。②从井底向上计算井筒压力分布，由泵的吸入口压力确定下泵深度。③确定井简温度系统的计算。④确定井筒压力系统的计算。⑤在泵的特性曲线上，找出最高泵效下所对应的扬程。⑥由混合液井口压力，求出泵的混合液出口压力，从推导出，然后沿井筒向上求出动力液井口压力。⑦求出泵在此工作条件下的工况参数。四、射流泵的选择第三节螺杆泵采油法国人勒内·莫依诺于20世纪30年代初发明了螺杆泵（ProgressingCavityPump，PCP），但最早用螺杆泵采油的是美国。1980年后，螺杆泵作为人工举升设备得到了更广泛的应用，然而螺杆泵采油技术还处在发展阶段。第三节螺杆泵采油法国人勒内·莫依诺于20世纪30年代初发一、螺杆泵的分类

1.地面驱动螺杆泵采油系统（有杆泵）即机动螺杆泵采油系统，主要由地面驱动装置、抽油杆柱、螺杆泵等部分组成。第三节螺杆泵采油一、螺杆泵的分类第三节螺杆泵采油2.井下驱动螺杆泵采油系统（无杆泵）第三节螺杆泵采油电动螺杆泵电动螺杆泵2.井下驱动螺杆泵采油系统（无杆泵）第三节螺杆泵采油电第三节螺杆泵采油二、螺杆泵的结构和工作原理

●螺杆泵结构地面驱动螺杆泵装置主要由驱动系统、联接器、抽油杆及井下抽油装置组成。井下驱动螺杆泵装置的井下部分由电机、保护器和螺杆泵组成第三节螺杆泵采油二、螺杆泵的结构和工作原理2.螺杆泵（ScrewPump）的工作原理靠空腔排油，即转子与定子间形成的一个个互不连通的封闭腔室，当转子转动时，封闭空腔沿轴线方向由吸入端向排出端方向运移。封闭腔在排出端消失，空腔内的原油也就随之由吸入端均匀地挤到排出端。同时，又在吸入端重新形成新的低压空腔将原油吸入。

第三节螺杆泵采油2.螺杆泵（ScrewPump）的工作原理第三节三、螺杆泵采油的特点1.优点(1)地面装置简单，安装方便，价格低，投资少；(2)泵效高、节能；(3)适应高含气井；(4)适应粘度范围广；(5)允许井口有较高回压；(6)适应高含砂井；(7)螺杆泵可下在斜直井段，适应于丛式井组和水平井。2.缺点(1)定子为橡胶材料，寿命低，容易损坏；(2)与有杆泵相比，总压头较小。第三节螺杆泵采油三、螺杆泵采油的特点第三节螺杆泵采油第四章无杆泵采油

内容提要第一节电动潜油离心泵采油第二节水力泵采油第三节螺杆泵采油第四节人工举升方式优选无杆泵采油：用电缆或高压液体将地面能量传输到井下，带动井下机组工作把原油抽至地面。第四章无杆泵采油第一节电动潜油离心泵采油

电动潜油离心泵简称潜油电泵或电潜泵或电泵，20世纪20年代中后期开始在美国应用。

一、系统组成第一节电动潜油离心泵采油电动潜油离心泵简电泵采油的主要特点1.电泵举升方式的主要优点排量大；操作简单，管理方便；能较好地运用于斜井、水平井和海上采油；在防蜡方面有一定的作用。2.电泵举升方式的主要缺点下入深度受到限制；比较昂贵，初期投资高；作业费用高和停产时间过长；电机、电缆易出现故障；日常维护要求高。

第一节电动潜油离心泵采油电泵采油的主要特点第一节电动潜油离心泵采油一电潜泵采油装置及其工作原理

电潜泵是井下工作的多级离心泵，同油管一起下入井内，地面电源通过变压器、控制屏和潜油电缆将电能输送给井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能，把油井中的井液举升到地面。电潜泵采油装置组成:井下机组部分电力传输部分地面控制部分潜油电机、保护器、分离器和多级离心泵潜油电缆控制屏、变压器和接线盒第一节电动潜油离心泵采油一电潜泵采油装置及其工作原理电潜泵是井下工第一节电动潜油离心泵采油作用：产生旋转磁场。(2)转子系统(3)止推轴承(4)润滑油循环系统(1)定子系统作用：产生感应电流而受力转动，并输出机械扭矩。作用：电机运行时，润滑各轴承；对电机润滑和冷却。主要结构组成及其作用作用：承受电机的轴向力。第一节电动潜油离心泵采油作用：产生旋转磁场。(2)转子

潜油电机是一般是两极三相鼠笼式异步感应电动机，与其它异步电动机工作原理相同。其主要特点是，外形呈细长型；定子和转子分节；电机内充满专用润滑油，起润滑、冷却、增强电机绝缘性能和平衡电机内外压力的作用。

第一节电动潜油离心泵采油潜油电机是一般是两极三相鼠笼式异步感应电动机第一节电动潜油离心泵采油

保护器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置;平衡电机内压力和井筒压力第一节电动潜油离心泵采油保护器是利用井液

分离器分可为沉降式和旋转（离心）式两种。沉降式分离器是靠重力分异进行油气分离的，其效果较差，适合于气液比低于10%的井。旋转式分离器是靠旋转时产生的离心力进行油气分离的，分离效果较好，在吸入口气液比低于30%的范围内使用，分离效率可达90%以上。

第一节电动潜油离心泵采油作为井液进入泵的吸入口分离器分可为沉降式和旋转（离心）式两种。沉降

电动潜油离心泵是由多级组成的，其中每一级包括一个固定的导轮和一个可转动的叶轮。与普通离心泵相比，在结构上有以下特点：①受套管内径限制，泵外形是细长状，直径小，长度大，叶轮、导轮级数多；②垂直悬挂运转，轴向卸载，径向扶正。

第一节电动潜油离心泵采油电动潜油离心泵是由多级组成的，其中每一级包括

电缆包括潜油动力电缆和潜油电机引接线。动力电缆分为圆电缆和扁电缆两类，而电机引接线只有扁电缆一种。井径较大者用圆电缆，井径较小者可用扁电缆。其主要作用是将地面的电力传输给井下电机。第一节电动潜油离心泵采油电缆包括潜油动力电缆和潜油电机引接线。动力电

控制柜用于控制潜油电泵的启动、停机及电机和电缆系统的短路、电机过载或欠载的自动保护。控制柜上安装的电器仪表能自动记录电机的运行电流，并能随时检测电流、电压等多项参数。第一节电动潜油离心泵采油控制柜用于控制潜油电泵的启动、停机及电机和电接线盒（thejunctionbox

）

作用：连接控制屏到井口之间的电缆；安装在井口和控制屏之间将井下电缆芯线内上升至井口的天然气放空，防止天然气进入控制屏，使控制屏产生电火花时引起爆炸压力传感器（downholesensor

）用于测量井下压力和温度，确定井的产能，便于自动控制单流阀（checkvalve）在泵内不工作时保持油管柱充满流体，易于起泵，消耗功率最小；

操作安全可靠。因地面关闸时油管柱内的气体易压缩，形成高压，操作不安全；

防止停泵后液体倒流，使机组反转。

泄油阀以防止起泵时油管柱中的井液在卸油管时流到地面上。扶正器

扶正泵和电机，使机组处于井筒中间，以便电机很好冷却，防止电缆与套管内壁摩擦损坏接线盒（thejunctionbox）压力传感器（do二、井下多级离心泵工作特性

井下多级离心泵由许多单级离心泵串联组成，单级离心泵由装在泵轴上的旋转叶轮和固定在泵壳上的导轮组成。工作原理：叶轮旋转后离心力的作用使叶轮流道中的液体增压和加速，从叶轮流道出口排出，叶轮旋转机械能转变为流体的压能和动能。流体进入导轮，将一部分动能转变成静压，流体进入下一级叶轮，重复这一过程直到最后一级叶轮。二、井下多级离心泵工作特性井下多级离心泵由许多单二、井下多级离心泵的工作特性井下多级离心泵的特性（表征其工作状况）：排量、压头、功率、效率与转速之间的关系。泵的排量：泵在单位时间内输送的液体体积。泵的压头（扬程）：单位质量流体通过泵增加的能量，也称为有效压头或扬程，它反映了泵的出口和入口流体的压力变化。泵的功率：电机传给叶轮的功率，称为泵的轴功率。泵的效率（泵效）：泵的有效功率与泵轴功率之比。泵的有效功率：泵内流体获得的功率。转速：泵轴在单位时间内的转数。

第一节电动潜油离心泵采油二、井下多级离心泵的工作特性第一节电动潜油离心泵采油泵的特性曲线：指排量、压头、功率、效率与转速之间的关系曲线。

最佳排量范围

第一节电动潜油离心泵采油泵的排量随压头增大而减小；泵轴的输入功率随排量的增大而增大泵的特性曲线：指排量、压头、功率、效率与转速之间的关系曲线。三、电泵油井生产系统设计1.电泵油井生产系统井下泵组子系统的工作规律可用特性曲线来确定，但必须根据含水、气量等影响泵的工作特性的有关参数进行校正。第一节电动潜油离心泵采油电潜泵油井的生产系统是由油层、井筒、井下电泵机组和地面出油管线与分离器等四个子系统组成，每个子系统都有各自不同的流动规律。要使油井高效稳定的生产，就必须在生产系统设计时充分利用各子系统协调时的油井生产规律。三、电泵油井生产系统设计第一节电动潜油离心泵采油电潜泵油第一节电动潜油离心泵采油2.设计方法电潜泵生产系统设计的任务是在满足油井供液能力所确定的产量的前提下，确定下泵深度、选择泵型和计算工作参数，使其达到效率最高和能耗最低。

通常由于地面出油管线的压力波动较小，可将井口压力作为常数。设计的油井生产系统范围从井口到油层，把井口、泵处、井底及油层看作四个节点，并把泵作为功能节点，求解时分别以油藏压力为起点来计算泵的入口压力，以井口压力为起点来计算泵的出口压力，从而确定泵的总扬程。根据产量选择泵型后，再根据泵的总扬程及泵的特性曲线计算泵的级数、排量、效率和功率，进而选择电机、电缆及地面设备。油层井底泵机组井口分离器节点第一节电动潜油离心泵采油2.设计方法电潜泵生产系统设计的潜油电泵井节点分析方法步骤如下：1）假设一系列不同的产量。2）对每一产量，根据地层流入动态方法计算井底压力，绘制流入曲线。3）计算流出曲线。对每一产量，进行以下计算：（1）由井口向下直到泵排出口，根据垂直管两相流方法确定泵排出压力；（2）由泵特性曲线读出每级压头；（3）假设各种级数，对每种级数计算泵吸入压力；（4）由泵入口向下直到井底，根据垂直管两相流方法计算井底压力；(5）将流出曲线迭加在流入曲线上。4）读出流入和流出曲线交点处泵吸入口压力和产量。5）对不同级数下产量，由泵特性曲线确定泵的每级功率，计算总功率。6）绘制产量与功率的关系曲线。7）选择合适的排量。排量必须在最佳泵效范围内，并经济可行

第一节电动潜油离心泵采油潜油电泵井节点分析方法步骤如下：1）假设一系列不同的产量。第二节水力泵采油一、水力活塞泵采油

水力泵系统是由地面动力泵将动力液增压后经油管或专用通道泵入井下，驱动马达做上下往复运动，将高压动力液传至井下驱动换向阀，带动井下柱塞泵抽油。第二节水力泵采油一、水力活塞泵采油水力泵系统是由组成：水力活塞泵井下机组井下管柱和井口地面流程：地面动力液罐、高压柱塞泵组、高压控制管汇、计量装置和地面管线。特点：高油气比、出砂、高凝油、含蜡、深井、斜井及水平井适应性很强。组成：特点：高油气比、出砂、高凝油、含蜡、深井、斜井及水平井1.动力液系统及动力液按系统管理井数分：单井系统和中心站多井系统。按动力液排出方式分：开式动力液系统：设备简单、操作容易、动力液费用高闭式动力液系统：设备复杂、操作麻烦、动力液成本低按动力液流动方向分正循环系统：动力液从油管注入、环空采出反循环系统：很少应用（从未装泵的通道注入，装泵的油管通道产出）1)动力液系统1.动力液系统及动力液按系统管理井数分：单井系统和中心站多1.动力液系统及动力液2)动力液原油动力液：杂质<10~15ppm，润滑性好，成本低水基动力液：杂质<15μm，防腐剂+润滑剂，易腐蚀油田优先选用原油作动力液（开式循环多井系统）当原油粘度高或油井含水高时优先用水基动力液（闭式）1.动力液系统及动力液2)动力液第二节水力泵采油开式系统闭式系统优先选用原油做动力液的开式系统

目前，在油田推广应用中，应优先选用原油做动力液的开式循环多井集中泵站系统。在原油粘度较高或油井含水较高时，可选用水做动力液的闭式循环多井集中泵站系统。水力活塞泵采油系统在国内,胜利油田、华北油田、海洋石油总公司是较早采用水力活塞泵采油工艺的单位。第二节水力泵采油开式系统闭式系统优先选用目前，在油田推广2.井下泵装置类型按泵体的安装方式分：自由式泵装置和固定式泵装置按完井方式分：套管式装置和平行式装置按动力液排出方式分：开式和闭式两种按动力液流动方向分：正循环和反循环系统◆自由式泵装置

在油管内下部装一个泵的井下总成，由一个密封泵座和多个密封腔组成，通过改变动力液的流向，可以自由地把井下泵下入井底采油或起出地面换泵和维修。

◆固定式泵装置

将井下泵固定在油管底部，随油管一起下入井中。泵的外径不受油管内径的限制，它主要用于高产井，换泵需要进行取下油管作业2.井下泵装置类型按泵体的安装方式分：自由式泵装置和固定式固定式整个泵随油管下入井内，优点是在相同尺寸的套管情况下，比其他类型泵的泵径大、排量大，缺点是起泵必须起油管。插入式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。投入式优点是起下泵方便，不用上作业队，节省修井作业费用；缺点是泵径受到限制，排量较小。固定式整个泵随油管下入井内，优点是在相同尺寸的套管情况下，比根据井下泵液马达与抽油泵端的数目不同，又可分为双液马达泵和双泵端泵。双液马达泵可增大扬程，双泵端泵可增大排量。最常用的有如下三种，即：开式循环单管封隔器投入式水力活塞泵、闭式循环单管封隔器投入式水力活塞泵、开式循环平行管柱投入式水力活塞泵。投入式泵也叫自由泵，(c-e)即泵随油管下入井内，由封隔器把井筒上、下分隔，沉没泵在油管内液力作用下起下。表示了最简单的投入式泵油井装置，即开式循环单管封隔器投入式水力活塞泵油井装置的基本组成和工作原理。投入式泵油井装置基本由以下部分组成：井口捕捉器、井口四通阀、中心油管、沉没机组、泵筒、固定阀和封隔器等。封隔器把套管分为上、下两个空间，中心油管又把封隔器上部空间分为两个通道。(e)在中心油管旁多了一根小直径的旁通管，它直通泵筒上的乏动力液排出孔，因此乏动力液就不再和产出液混合而直接从此旁通管排出地面经少许处理后又进入地面泵反复使用，而产出液则从油套管环形空间返出，使原油处理量减少了一半。所以，闭式循环平行管柱投入式水力活塞泵的运行成本最低，可以选用优质动力液或水基动力液。但是增加了地面上的乏动力液管线和井内管柱的侧管，钢材消耗较多，作业费用也较高。(d)为开式循环平行管柱投入式水力活塞泵，侧管接通封隔器下部的油套管环形空间，通过此管把聚集在封隔器下部油套管环形空间的气体排出。由于没有乏动力液的专用通道，所以乏动力液仍必须和产出液混合后从油套管环形空间排出。此种泵主要用于油井含气较高的情况。根据井下泵液马达与抽油泵端的数目不同，又可分为双液马达泵和双二、水力活塞泵的结构(1)柱塞泵：将液马达传递给他的机械能转换为液体的压能，用来提高油层的产出液的压能，常用往复式柱塞泵。(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。(3)主控制滑阀：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。二、水力活塞泵的结构(1)柱塞泵：将液马达传递给他的机械能第二节水力泵采油

高压动力液经动力液管柱注入井中，驱动水力活塞泵上的液马达，使动力液高压势能为往复运动的机械能。液马达驱动泵，泵将机械能液体的静压，使产出流体采到地面。

1、水力活塞泵系统的工作原理：第二节水力泵采油高压动力液经动力液管柱注入井中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。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，就是这个压力差的作用下，液马达进行下冲程。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。此泵是和一般抽油泵结构相同的单作用泵，因此，下冲程时固定法关闭，而游动阀打开，抽油泵排除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进行，活塞杆继续往下。活塞杆实际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当活塞接近下死点时，它的上部控制槽e接通了主控制阀上下端的腔室c和g使高压动力液由控制槽e进入主控制法下端腔室g，由于主控制阀的上端面积小于下断面的面积，在同样的高压动力液下，下面的总压力大于上面的总压力。所以主动滑阀推向上死点。这是就开始进行上冲程。下冲程高压动力液从中心油管经过通道a进入液马达下缸，作用在活塞下面高压液继续从中心管通道a进入液马达下缸，由于主控制阀位于上死点，b处堵塞，使得高压液无法通过d进入液马达上缸，这时，液马达上缸经过通道d、主控制阀中部的环形空间h和抽取的油层产出液相沟通。因此，液马达的上缸充满低压油层产出液，而下缸仍然有高压动力液。在此压力差作用下，液马达的活塞进行上冲程。上缸中工作过的乏废动力液和抽取的油层产出也相混合后，提升到地面。上冲程时，固定阀打开，而游动阀关闭，进行吸油过程。随着液马达活塞上冲程的进行，活塞杆继续往上，当活塞接近上死点时，它下部的控制槽f是主控制滑阀的下腔室和抽取的原油相沟通。这时，在主控制滑阀上端面作用有高压动力，下端面作用的是低压的油层产出液。在这个压力差的作用下，主控制滑阀就往下运动到下死点。这样，就使液马达重新开始转入下冲程。上冲程高压液继续从中心管通道a进入液马达下缸，由于主控制阀位于上死2.水力活塞泵的力平衡PwfFpPfPdPnPd有效横截面面积上冲程压力下冲程压力AerPnPnAep－AerPdPnAep－AerPnPdApp－AprPdPsApp－AprPsPdAprPnPn马达泵连杆Pn：动力液压力Pd：泵排出压力Ps：泵吸入压力双作用泵下冲程的受力分析2.水力活塞泵的力平衡PwfFpPfPdPnPd有效横截面二.水力活塞泵油井生产系统设计●选择水力活塞泵基本原则：第一：必须满足排量要求，与油井的产能协调；第二：必须使泵产生足够的举升压力并保持所需的井口剩余压力。因此油藏流入动态特性资料要求准确可靠

。二.水力活塞泵油井生产系统设计●选择水力活塞泵基本原则：●设计内容：确定系统类型：开式、闭式；决定油井气体全部泵出，还是放气；选择合适的井下装置(套管型单管投入式)；决定多井泵站还是单井系统；系统工作参数确定(给定产量、确定泵挂、选泵、动力液排量、注入压力、功率、地面系统选择)；选择地面泵；设计动力液系统。二.水力活塞泵油井生产系统设计●设计内容：二.水力活塞泵油井生产系统设计二.水力活塞泵油井生产系统设计PwfFpPfPdPnPd动力液QnPso混合液Pwh●设计步骤(1)由IPR、产量QLPwf(2)从井底算井筒压力分布，由泵充满程度要求确定泵吸入口压力Ps,并确定下泵深度Lp。(3)根据Ps计算最大体积效率vmax

，决定是否放气(4)计算(P/E)max=2438/Lp(5)计算泵的额定排量Qpr(4-15)(6)选泵要求P/E<(P/E)max，满足额定Qpr泵型号:SHB350/20泵额定排量Qpr:500m3/d冲程：1.65m马达额定排量Qer:444.2m3/d额定冲数nmax:40min-1

压力比P/E:1.15二.水力活塞泵油井生产系统设计PwfFpPfPdPnPd动二.水力活塞泵油井生产系统设计●设计步骤(7)计算马达或泵的实际冲数；(8)计算动力液的排量；(9)由井口Pwh、Lp、Qn+QL计算排出压力Pd(10)计算井下泵系统摩阻损失Pfr(式4-30)(11)计算动力液入口压力Pn(12)计算地面泵注入压力Pso=Pn-gnLp+Pfn<额定值(13)计算地面泵功率(14)根据地面泵功率、排量、压力选柱塞泵型号。(15)计算系统功率和举升效率。PwfFpPfPdPnPd动力液QnPso混合液Pwh二.水力活塞泵油井生产系统设计●设计步骤PwfFpPfPd

决定开式或闭式系统决定是否放气选择合适的井下装置系统工况参数确定决定建设泵站还是单井系统选择地面泵组设计动力液系统

二.水力活塞泵油井生产系统设计投入（自由）式泵：泵工作筒随油管下至井底，沉没泵机组则从油管中投入。固定式泵：整个泵随油管下入井内。插入式泵：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。最常用的是投入式泵第二节水力泵采油决定开式或闭式系统二.水力活塞泵油井生产系统设计投入（自三、水力射流泵采油地面部分和水力活塞泵开式采油系统相同。

●水力射流泵简称射流泵，是一种特殊的水力泵。它是利用射流原理将注入井内的高压动力液的能量传递给井下产液的无杆水力采油装置。●射流泵井下无运动部件，对于高温深井、高产井、含砂、含腐蚀性介质、稠油以及高气液比油井条件具有较强的适应性。三、水力射流泵采油●水力射流泵简称射流泵，是一种特殊的水力泵三、水力射流泵采油第二节水力泵采油1.射流泵的结构喷嘴：将动力液高压势能转变为高速动能喉管：高速动力液和低速产液混合，进行动量交换扩散管：将动能转变为压能

三、水力射流泵采油第二节水力泵采油1.射流泵的结构喷2.射流泵工作原理

射流泵是通过两种流体之间的动量交换实现能量传递。

射流泵通过喷嘴将动力液高压势能转变为高速动能，在喉管内高速动力液和低速产液混合，进行动量交换，然后通过扩散管将动能转变为压能，使混合物采出地面。射流泵具有以下优点：（1）没有运动部件，适合于处理腐蚀和含砂流体；（2）结构紧凑，适用于倾斜、水平井；（3）自由投捞作业，维护费用低；（4）产量