第二章海上采油气工艺-5射流泵

第五章射流泵采油射流泵的优点：由于泵的结构特点，具有抽吸广泛流体的能力，适用于高气油比、高温、高含砂、高含水和腐蚀性流体；检泵方便，无需起油管，可通过液力投捞或钢丝起下；因其结构简单、尺寸小，性能可靠，运转周期长，适用于斜井及海上油田；易调参。本章主要介绍射流泵的工作原理及组成、射流泵管柱、作业及测试、射流泵的动力液及地面系统，同时阐述选泵设计、工况分析，最后简单介绍泵的故障处理。第一 射流泵工作原理及组#

图!##是射流泵示意图，其主要工作元件是喷嘴、喉管（又称混合室）和扩散管等。高压动力液由油管进入射流泵，经过喷嘴时以高速喷出，使喷嘴周围的压力下降。井筒的地层流体经单流阀进入喷嘴周围的环形空间并被喷嘴喷出图!#$是射流泵工作原理示意图。射流泵的工作原理是基于能量守恒原理。高压动力液通过喷嘴将其势能（高压能）转换成高速动力液流的动能。此高速液流具有低的压力，允许井筒内地层流体进入喉管。在喉管内高速动力液与井筒地层液充分混合，并将其动力传递给地层液，使地层液流速增加。到扩散管后，随着流动面积的逐渐增大，混合液流速减小；混合液的动能转换成静压头，此时混合液中的压力足以将其举升到地面。$（参阅图!。两种结构底部都车有螺纹可以悬挂压力计。其泵体结构见图!#海上油田曾在油井生产、酸化井排酸作业中应用射流泵，也曾利用连续油管下射流泵排酸和排液。连续油管射流泵泵体结构见图!#；排酸射流泵泵体结构见图!#。不论是哪种形式的射流泵泵体，其主要工作元件是由喷嘴、喉管和扩散管组成。喷嘴位于喉管（混合管）的处，它的作用就是将来自地面高压动力液的势能（压能）转换为高速喷射的动能，产生喷射流，使得井内流体在喷射流周围流动而被喷射流吸入喉管。喉管是一个直的圆筒，长度约是直径的(倍，部分经过磨光，它的直径比喷嘴直径扩散管与喉管相连，面积逐渐增大，动力液和地层液进入扩散管后，流速逐渐降低，并将剩余的动能转化为静压力，将混合流体举升到地面。射流泵具有多种喷嘴和喉管尺寸，表!##列出了、1公司8,

2!的增长系数大于前两个公司，而在大的喷嘴及喉管尺寸的增长系数小于前两个公司的增长系数。$

’射流泵的喷嘴及喉管通常采用碳化钨和陶瓷材料0射流泵的井下固定装置起固定射流泵的作用，不让其上下移动。对用钢丝起业的射流泵，其固定装置是锁心；对自由式的液力投捞的连续油管射流泵或排射流泵锁心为工作筒式锁心，需要与射流泵的工作筒相配合，且只能下到预定的深度。海上油气田的射流泵工作筒式锁心有的1型锁心和&的4型锁心。锁和5两个系列，而1系列锁心又分为1和16型锁心。常用的射流泵锁心为1型锁心，其结构如图!#所示；1型锁心的锁定键有台肩，16型锁心有台肩，其结构如图!#)所示。1型锁心有三种状态，一种是选择位置，锁心完全缩入；第二种是非选择位置，锁心被弹出；第三种是锁定位置，膨胀轴锁住锁心键，如图!#*#—接头；%—&形环；$—&形环—泵壳 （ 锁—扩散管；—&形环；—混和管；—喉；,—

%’—!—；—；— —该系列锁心具有外投捞颈，有承#公司公司公司喷喉喷喉喷喉编面编面编面编面编面编面11110000777724444>1====<05555:78888649999?=;;;;@5*8A9B;CDEF&G喷喉H喷喉H&&&&H比例列于表=4&&&&&&&&&&&&#’#—打捞颈；$—膨胀轴；%&—锁顶键!—!————

(#,-滑套结构如图!.所示，由上下短节、流动口、关闭套、密封体等组成，其中上滑套作为海上油田最常见的射流泵工作筒，其作用有三：一是锁心固定射流泵；二是与密封盘根配合密封射流泵；三是为射流泵提供油管和环空之间的流动通道。#$。"工作压力：一般工作压力为，差一般为$!工作温度：目前常用的工作温度在’）左右，密封件采用热性材料制造的，’0<<6#连续油管工作筒结构如图!###连续油管工作筒上部与连续油管相连，下部与抛光短节相连，其作用是坐封射流泵，提供混合液通道，同时防止停泵时动力液漏入地层。还可以反循环时液力举升泵至井口。）排酸射流泵工作筒结构如图! #%所示，主要由上、下接头、密封面、十字流道$（锁定位

&#—上接头；—密封圈；—套体———

）+”“,”-”部和下部的各三道”$油管外最小通 &./(&-.(.((&-*.(.(*&(&.*.(.(*.(,.(.(第二 射流泵管柱、作业及测射流泵动力液注入方式有正、反循环两种方式。射流泵动力液循环方式的不同，其管柱结构也不一样，目前我国海上油田常用的有用钢丝起下的反循环常规射流泵管柱和用液力投捞的连续油管射流泵管柱。(常规射流泵（#）单管常规射流泵管柱结构如图!$#所示。该管柱适用于没有能力的油井。射流泵通过钢丝作业投入滑套，动力液则由油套环空与生产液混合后从油管被举升到地面。图!$采用永久式封隔器，其密封总成起管柱的变化。在封隔器顶部连接伸缩短节，)*+*工作筒是为测试设置的，可悬接压力封$&—下密封段—单流阀球—单流阀

#）（器；&—密封加长筒—密封加长筒；—带孔管；———!）管柱结构如图"!!所示。该管柱与图"!$所示的管柱相似，增加了一个封隔器，可用于两个生产层需分层生产、合层生产或改造措施的油井，射流泵用钢丝投捞，动力液采用反循环方式。管柱上所用工具的作用及符号代表的意义与图"!$基本相同。管柱结构如图"!%所示。该管柱中长管上部滑套、短管滑套均可下入射流泵，动力液由油套环空同时供给长、短管射流泵。该管柱的最大特点就是当油井生产条件发生变化时，可通过开关长、短管滑套对’两油层实施分采、合采和互采，还可进行油层测试。）管柱结构如图"!(所示。该管柱适应于产量较高且不易进行动管柱作业的油井。电!)液力投捞射（$）排酸射!

%

(采油$—滑套*射流泵；—缩短节%—封隔器；—单流阀；—电泵管柱结构如图"!"所示。该管柱常用于海上油田油井的排酸。由于是液力投捞作业，中的海水漏入地层。该排酸射流泵管柱排酸效果良好，完全能满足排酸设计要求，在渤海-+$油田$口井的酸化排酸过程中，成功率达2，射流泵排量高达每天13%。）管柱结构如图" +所示。该管柱用于海上油田不宜动原管柱作业且需实施增产措! 图!$正循环连续油管射流泵采油管的油井。该管柱是在原生产油管中下入连续油管及其密封总成，再在连续油管中下入连续油管射流泵。连续油管射流泵采用正循环方式生产，起业通过液力投捞方式来实现。）钢丝作业基本工具串包括钢丝绳帽、加重杆、震击器和万向节。钢丝作业的投捞工具可连接在基本工具的下面，完成投泵和捞泵作业。基本工具串上的工具及投捞工具的顶部均加工有打捞颈，一旦井下脱扣，便于打捞。在要切断销钉或打捞井下落物，此时需要很强的力量，仅仅靠钢丝或钢丝绳拉力是远远不够的，只有靠震击器的震击力才能完成。充液式震击器的液体为油，要选择合适的油以适应井下温度，要保证有#秒的延时时间。决不要将充液式震击器接在链式机械震击器之下，这会由于充液式震击器有减震作用而减弱链式震击器的向下震击能力；另外，在浅井作业时，由于钢丝伸长量小，如果使用充液式震击器，就需使用震击。该震击器结构如图$&’所示，用于向上震击作用。在下井前，根据预计的井下情况调节所需向上拉力，在井下需要向上震击时用绞车拉到拉力设定值加上钢丝及其井下工具重量后，震击杆上行一点距离后就可与下部锁定机构脱开，在钢丝的大拉力下产生很大的震击力。震击完毕后，下放震击杆，由于控制锁定机构的弹簧力小，震击杆很容易插入锁定机构。!滑套开关工具：目前海上油田常用的射流泵的工作筒有+的,-和,.型滑套以及0(12!型滑套。图$&3所示的滑套开关工具为+滑套开关工具常有的几种工具，如将其接在基本工具串下可对井下滑套进行开关作业。有的滑套通过向下震击使滑套的内套筒下移而打开滑套；有的则是向上震击使滑套的内套筒上移而打开滑套。滑套类型及开关工具见表$&"$类特开关工类特开关工向上打12向上打向下打$颈；—动壳体；—簧杆；——；—— ）"型或#型下入工具：适用于’系列锁心（、(）或系列锁心（#、(，）./下入工具：适用于0120$2型锁心，该工具通过制动爪起作用，其结3, 3!%锁心的捞泵工具：由于带%锁心顶端属于内打捞颈，故捞泵时选&系列打捞工具，&系列工具’&%型两种，’型靠向上震击作用剪切销钉脱开装置，&%(’系列投捞工具，其规范见表)———————；———#公称尺锁心参考外可捞内最大外顶部螺工具投捞’+++0(.(.(.0/#,...)# 型打捞工具，78型为向下震击剪切销钉，78型又分为783和78%3）%铅模：铅模是装在一个管套内充填铅的工具，为防止脱落，用销钉将其固定，铅模是利用铅的特性，当碰到井下硬度较高的落物时，可产生变形，将落物顶部的尺寸与形状记录下来。选用铅模外径应注意小于管柱最小内径，作业时不要重复震击，避免铅模变形造成软卡。）$下泵工具串组成：下泵工具串组成是由基本工具串加上下泵工具以及射流泵总成，具体如下：绳帽:加重杆:震击器:万向节（可不选:下泵工具:射流泵总成（锁心:射流泵）钢丝：钢丝的选择取决于其作业环境，包括钢丝强度，钢丝直径一般为。目前海上射流泵投捞作业一般选用）钢丝（2）绳帽：绳帽大小的选择应于钢丝相配套，直径为）钢丝一般选"的绳帽）加重杆的选择：加重杆的选择要考虑钢丝直径，密封系统的摩擦力，工具串浮力和液体向上的携带力。除平衡钢丝或钢丝绳受井口压力作用的力可按下列公式精确计算外，其它因素比较复杂，为平衡其它因素的力，一般钢丝作业增加，钢丝绳作业增加。!式中，下泵工具：对于锁心，选用E型或$型下入工具。对于34536(（G）射流泵总成：对于%滑套，射流泵总成为%的E6—$$$”*————）基本工具的选择同上，不同的是震击器的选择，对浅井一般选择链式震击器，对深井一般选择充液式或强力震击器。对的3$4型打捞工具。对"#$#））油井下射流泵一般有两种情况。一种是自喷井转抽；另一种需调参，捞泵后下泵，后一种情况比前一种情况少一道开滑套程序。下面以自喷井转抽为例说明下泵施工程序。!（#）选用合适的刮管器通（））"开滑套（#）选用合适的滑套开关,0),（%）移位工具通过震击（向上或向下）后，观察油套压力是否变化，变化，说明滑）取出滑套开关工具，检查销钉是否切断，如销钉未切断，且油套压无变化，此时反打动力液确定滑套是否打开。若反打动力液油管有水反出，说明滑套已开；）),#（$）下泵前组装好射流泵总））工具串提出后，检查下入工具上的销钉是否掉入井筒中，若下入工具上的销钉掉入井筒，则应下打捞工具捞泵；若下入工具上的销钉未掉入井筒，则可调整地面流程试泵。）#选择合适的震’必要，按下泵程序重新下泵—!液力投捞作业适于自由式射流泵作业，其特点是其下泵不需动管柱，靠动力液正、反循环来实现。目前海上油田常用的液力投捞作业是连续油管射流泵和排酸射流泵的作业。下面介绍的是连续油管射流泵的液力投捞作业。井口流程示意图如图$!!将动力液打入连续油管使射"将动力液打入连续油管和油#关闭动力液管线，可使连续油管或使连续油管与油管的环空泄$&

$井口安装捕捉器，能捕捉和）捕捉器安装在井口，是用来完#下入封隔器总成：连接封隔器总成，如图$!’下入封隔器总成速度要缓慢，尤其是在内径小的部位，如气举工作筒、井下安全阀等；投球坐封；$利用连续油管下入回接筒密封总成、单流阀及射流泵工作筒：连接回接筒密封总成、单流阀及射流泵工作筒，如图$!$所示；缓慢下入连续油管，当回接筒至封隔器抛光杆顶部时上提、下放，注意负荷变化，同时环空试压，确认抛光杆是否插入回接筒密封总成。&安装井口流程。’）)（）从井口捕捉器处投入—!））( $%&%$射流泵测试一般是指用钢丝进行投捞作业的射流泵井。这种井测试较电泵井复杂，其原因就是要用钢丝投捞射流泵。根据测试仪器悬挂位置的不同又可分为射流泵底部测试和泵底部测试是将测试仪器悬挂在射流泵的底部，用钢丝随射流泵下到滑套处，根据需要可测得泵吸流压（泵坐封后起泵）或静压（不起泵。这种测试程序较在+*

—"!!"捞出射流泵$起泵生产，测流压或关井&再次将泵下入，并坐封于滑套处；常规射流泵管柱一般在靠近油藏顶部的管柱上安装有)(工作筒，作为测试仪器的挂坐。参见常规射流泵管柱图（图!#。!"捞出射流泵#将测试仪器下入并丢手，坐)($下射流泵%启射流泵生产，可测得生产时的流动压力和关第三 射流泵动力液及地面供给系#%

处理射流泵动力液的目的就是延长地面设备和井射流泵所用的动力液的不同，其要求的标准亦不动力液的质量，尤其是动力液的固体杂质含量是影响地面设备和井下射流泵使用的一个重要因素，另外动力液中有天然气或腐蚀物质存在，也影响地面和井下泵的运转。所以要对动力液进行物理处理和化学处理，使其尽可能不含天然气、固体杂质等物质。表!*$列出了水及油作为动力液目前，海上应用的生产污水或海水做动力液，其供液系统都与注水系统共用，也可单独形成系统，由于注水水质要求标准均达到和超过动力液水质要求。动力液从注水系统中引出—"!$ 水动力液标"—最大总固体含量，／*,最大含盐量+，／最大颗粒尺寸(,$生产油嘴调整到合适的大$缓慢打开动力液管线上的0&泵在运转过程中，套压升高，可能是油嘴堵塞，现场根据实际情况作出判断。四、动力液辅助系统+1动力液分配动力液分配系统是指利用高压动力液管汇的截止阀和流量控制阀，使各井的动力液量保持在所设定的目标值上。 -型可调式节动力液计量系统是指利用高压动力液管汇上的流量计对各井的动力液进行计量以及利用装在井口的压力表对各井的动力力进行记录。目前海上油田常用的动力液流量计主要有两种，一种是差压孔板式流量计，一种是涡轮式流量计。（+）差压孔差压孔板式流量计是由孔板节流装置、差压计和辅助装置组成。差压孔板式流量计测量方法简单，没有可动部件，工作可靠，一般测量精度可达5。—!涡轮式流量计是一种速度式流量仪表，由涡轮变换器部分（含涡轮计和检测线圈）和显示仪表部分（含前置放大器和计数、运算、显示部分）组成。涡轮式流量计比孔板式流量计的计量精度要高，精度可达$第四节射流泵工作原理如图%#’所示。影响和反映射流泵工作特性的主要工作参数有喷射率或流量比!、面积比"、压头比或举升比#、喷嘴流量、泵效、气蚀流量比(和气蚀面积比等。通过考虑喷嘴、吸入通道、喉管和扩散管的能量方程和动能方程，可推导出射流泵参数方程。"和喷嘴动力力梯度&#之比的乘积，即!!!

（%+）式 !流量比或喷射率，无量纲..井筒力梯度或动力力梯度或）射流泵喷嘴的面积%7与喉管面积%3之比称为面积比，用"

（%+）式 喷嘴流动面积’或’；喉管流动面积’))’）#又称举升率，是指井筒液通过泵出口获得的压力增量与动力液在泵内损失的压

)’)#

（%+式 !)井筒液井筒液通过泵获得的压力增量或!)动力液动力液通过泵损失的压力或— 压力或—*! #! (）式 井口动力力或!动力力梯度或! ( ! ! ()!——关于’的计算详见附录。） !! (!式 — 压力——）

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() 式 -喷嘴损失系数，一般取- 气蚀指数，其值在3之间，建议取.:。）气蚀吸入压力表示发生气蚀时的吸入压力值 *

’ +,当!高于!时不会发生气蚀。） （+）当泵送气液两相时，( -+* !-

（+,（+,式中,-,-可用给出的气液体积的地层体积系数关系式计 =（*/）%&［’*&（+,），；系数’地面气液比；——溶解气油比气体体积系数,-也可用（’ !,-!’— 压力?

］*& （+,0!!- 2(!

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式中,-

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［ ’* （+ ） !%!&!!!射流泵具有多种不同型号的喷嘴和喉管，不同的喷嘴与喉管组合可以得到不同的排量和扬程，射流泵选型一般应遵循以下原则：!选择合适的喷喉面积*值，常用的射流泵面积*值在之间。*值大于的泵用于深井或井底压力低而举升扬程高的井；值小于+的泵用于浅井#选泵时要注意防止气蚀现象。研究表明，在射流泵喉管处常常形成非常低的压力，并且喉管的吸入压力低于泵的吸入压力，当泵内压力低于液体蒸汽压力时，会发生气蚀，气蚀现象会严重损坏泵的部件，所以应避免气蚀现象的发生。一般情况下，当泵的面积比*值一定时，增加动力力，气蚀的可能性增大；当动力力、泵排出压力(和泵吸入压力!一定时*值小的泵由于其气蚀流量比+（气蚀流量比）产生气蚀；当泵的工作点的流量比+值小于+"值时，不会产生气蚀；当泵吸入压力!高于气蚀吸入压力"值时，不会产生气蚀。(*泵型及参数确定（$）喷嘴和每个射流泵厂家都提供有不同的喷嘴和喉管组合。表+$$列出、..环形空间面积数据公司和公司射流泵的环形空间面积数据。）5油管柱长度-油管内径油管外径返出管柱内径A水相对密度动力液梯度油梯度水梯度!水粘度!!，气油比#,地面温度0温度0，／,*，表!"#"$-公司射流泵值及喉管环行空间面积）喷喉#喉7=#喉7=:#5喉7=:*#4喉7=:*><9#3喉=:*><9?#2喉*><9?*@#6喉><9?*@#0喉9?*@:#—,续*喉*+!"喉!#喉!.$喉+!%喉+!*/&喉+!’喉+!(喉+!)喉+!表!#$公司射流泵喉管环行空间面积喷55789:,.+20/40343+24*02—$续喷!!#$%&’+1,0!#$,）喷2!#$%&*-1,0/0+*’0—!）— "%!$—，’） ［ "$$* && 步骤&—从表’)"查出面积比*接近/.)的一种喷嘴／喉管组合，使喉管环空—，—’）"，

1"—’" ’"& 0!!"""步骤2—返回步骤’、步骤，重新计算喷嘴压力’"、喷嘴流量"，直到连续的第二个’4步骤—&!"计算返出液的梯度$计算返出液的气液比：5

! ! "$ ! ! "$*!—/!计算返出流体的粘度!：#"$%#—!，，!! !式中!返出流体的摩阻可由表、*查出或由公式计算出。—，!—） !!—’）’） ］"

#步骤-—参考图’)，检验步骤)和步骤’所计算出的,值和-值是否落在一条标准曲线上。利用纵轴上的压力比 -值和步骤—比较步骤’和步骤-的-值，如果二者差值在允许误差范围内，则按第三部分继续计算，否则根据下式重新计算.*值：（新

（-利用修正后的（新）；再返回到步骤，并重新计算，直到步骤’和步骤-的流量 —"& — （! !)* 步骤%—根据公式"$+）计算泵的功率&：&!油井基本数据垂直下泵深度，&油管柱长度*0油管内径+，2油管外径+%，2返出管柱内径+，2地面出油管线回压(，1气体相对密度原油重度99<，动力液相对密度原油相对密度水相对密度动力液梯度，／&油梯度水梯度原油粘度=，:水粘度"，:气油比#地层液含水率>地面温度/，B温度预计地层产液量 采油指数 正循"射流泵选泵—步骤—计算泵的 梯度 ! ［—(）［ &!$*］ && (大于&*+值的喷嘴尺寸/。取公司为制造厂家，/ 步骤—选择动力液地面压力(4，作为起始压力点—.）!，4%! (! —.(） (! 步骤6—从附录图表中查出摩阻,!值 ,! —，!，7步骤—确定泵的排出压力%’"’!%& ’" 其中&%计算返出液的梯度!& $%计算返出液的含水率$$$ $$ $%计算返出液的气液比$

$ $$* %计算返出流体的粘度#$

$ —"，#， "步骤&—若，则利用垂向多相流梯度相关式计算(" —.） !!

—’’）］# + #) （ 步骤-—参考图’)#!值向右移动与最远的一条曲线相交，!%值和*值。 步骤+—比较步骤’和步骤-的%值，如果二者差值在允许误差范围内，则按第三部分继续计算，否则根据下式重新计算"值。

（旧%-

’ -利用修正后的（新）；再返回到步骤#，并重新计算，直到步骤’和步骤-的流量比） ,.（选择公司,型喉管— （ , ,35 步骤—根据公式’）计算泵的功率 — % 泵型（喷 喉管组合）为公司+,型，具体参数如下*- !第五 射流泵工况分析及故障处—/$是射流泵的无量纲特性曲线，表示喷喉比为、、%和)时，"和泵效#$等工作参数与流量比%的关系曲线。&从图!#$可以看出，对于每一个!值