10机械采油技术.ppt

1、第十章 机械采油技术,有杆泵采油基础 无杆泵采油基础,有杆泵采油典型特点： 地面能量通过抽油杆、抽油泵传递给井下流体。,(1) 常规有杆泵采油：抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵。,(2) 地面驱动螺杆泵采油：井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。,有杆泵采油分类：,常规有杆泵采油是目前我国最广泛应用的采油方式，大约有80%以上的油井采油采用该举升方式。,第一节 有杆泵采油基础,一、抽油装置,抽油机,抽油杆,抽油泵,其它附件,抽油过程介绍,工作时，动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄作低速旋转。曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下摆动。挂在驴头上的悬绳器便

2、带动抽油杆柱作上下往复运动。,(一)抽油机,有杆深井泵采油的主要地面设备，它将电能转化为机械能，包括游梁式抽油机和无游梁式抽油机两种。,游梁式抽油机组成,游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装置,工作原理,游梁式抽油机分类,后置式和前置式,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。,新型抽油机：为了节能和加大冲程。,异相型游梁式抽油机,异形游梁式抽油机,双驴头游梁式抽油机,链条式抽油机,宽带传动抽油机,液压抽油机,

3、游梁式抽油机系列型号表示方法,CYJ 123.370(H) F(Y，B，Q),(2)抽油泵：机械能转化为流体压能的设备,工作筒(外筒和衬套)、柱塞及游动阀(排出阀)和固定阀(吸入阀),a.结构简单，强度高，质量好，连接部分密封可靠；,一般要求,按照抽油泵在油管中的固定方式可分为：管式泵和杆式泵,主要组成,分类,b.制造材料耐磨和抗腐蚀性好，使用寿命长；,c.规格类型能满足油井排液量的需要，适应性强；,d.便于起下；,e.结构上应考虑防砂、防气，并带有必要的辅助设备。,A-管式泵,B-杆式泵,管式泵：外筒和衬套在地面组装好接在油管下部先下入井内，然后投入固定阀，最后再把柱塞接在抽油杆柱下端下入泵

4、内。,管式泵特点：结构简单、成本低，排量大。但检泵时必须起出油管，修井工作量大，故适用于下泵深度不很大，产量较高的油井。,杆式泵：整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱的下端整体通过油管下入井内，由预先装在油管预定深度(下泵深度)上的卡簧固定在油管上，检泵时不需要起油管。,杆式泵特点：结构复杂，制造成本高，排量小，修井工作量小。杆式泵适用于下泵深度大、产量较小的油井。,(3)抽油杆：能量传递工具。,1-外螺纹接头； 2-卸荷槽； 3-推承面台肩； 4-扳手方径； 5-凸缘； 6-圆弧过渡区,抽油杆的杆体直径分别为13、16、19、22、25、28mm，,抽油杆的长度一般为8000mm或7620mm，

5、另外，为了调节抽油杆柱的长度，还有长度不等的抽油杆短节。,接箍是抽油杆组合成抽油杆柱时的连接零件。按其结构特征可分为：普通接箍、异径接箍和特种接箍。,普通接箍：连接等直径的抽油杆,异径接箍：用于连接不同直径的抽油杆,特种接箍：主要有滚轮式接箍和滚珠式接箍，用于斜井或普通油井中降低抽油杆柱与油管之间的摩擦力，减少对油管的磨损,扶正器,抽油杆的强度：C级杆(570MPa)、D级杆(810MPa),超高强度抽油杆,玻璃钢抽油杆,空心抽油杆,电热抽油杆,连续抽油杆,柔性抽油杆：如钢丝绳抽油杆,二、泵的工作原理,(一)泵的抽汲过程,抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受管内液柱压力和自重作用而关闭。

6、,泵吸入的条件： 泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。,1)上冲程,泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力(沉没压力)与泵内压力之差的作用下被打开。,泵内吸入液体、井口排出液体。,2)下冲程,柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。,泵排出的条件： 泵内压力(排出压力)高于柱塞以上的液柱压力。,柱塞上下抽汲一次为一个冲程，在一个冲程内完成进油与排油的过程。,光杆冲程：光杆从上死点到下死点的距离。,泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开。,柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。,（二)泵的理论排量,泵的工作过程是由三个基本环节所组成，即柱塞在泵内让出容积，井内液体进泵

7、和从泵内排出井内液体。,在理想情况下，活塞上、下一次进入和排出的液体体积都等于柱塞让出的体积：,每分钟的排量为：,每日排量:,泵的理论排量,冲次：一分钟的时间内抽油泵吸入与排出的周期数。,1.泵效：在抽油井生产过程中，实际产量与理论产量的比值。,2.影响泵效的因素,(3) 漏失影响,(1) 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩,(2) 气体和充不满的影响,(4) 体积系数的影响,三、泵效及其影响因素,3.提高泵效的措施,(1)选择合理的工作方式,选用大冲程、小冲次，减小气体影响，降低悬点载荷，特别是稠油的井。,连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。,深井抽汲时，S和N的选择一定要避开不利配合区。

8、,(2)确定合理沉没度。,(3)改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。,(4)使用油管锚减少冲程损失,(5)合理利用气体能量及减少气体影响,四、地面示功图分析,示功图：载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。,地面示功图或光杆示功图：悬点载荷与位移关系的示功图。,(一)理论示功图及其分析,1.静载荷作用下的理论示功图,循环过程：下死点A加载完成B上死点C卸载完成D下死点A,图10-5 静载理论示功图,ABC为上冲程静载荷变化线。AB为加载过程，加载过程中，游动凡尔和固定凡尔处于关闭状态；在B点加载完毕，变形结束，柱塞与泵筒开始发生相对位移，固定凡尔打开而吸入液体。BC为吸入过程（BC=s

9、P为泵的冲程），游动凡尔处于关闭状态。,CDA为下冲程静载荷变化线。CD为卸载过程，游动凡尔和固定凡尔处于关闭状态；在D点卸载完毕，变形结束，柱塞与泵筒发生向下相对位移，游动凡尔被顶开、排出液体。DA为排出过程，固定凡尔处于关闭状态。,2.考虑惯性载荷后的理论示功图,图10-6 考虑惯性和振动后的理论示功图,S/2,(二)典型示功图分析,典型示功图：某一因素的影响十分明显，其形状代表了该因素影响下的基本特征的示功图。,1.气体和充不满对示功图的影响,图10-8 有气体影响的示功图,气体影响示功图,充满系数：,气锁,充不满影响的示功图,充不满现象：地层产液在上冲程末未充满泵筒的现象。,液击现象：

10、泵充不满生产时，柱塞与泵内液面撞击引起抽油设备受力急剧变化的现象。,充不满的示功图,2.漏失对示功图的影响, 排出部分的漏失,图10-9 泵排出部分漏失,柱塞的有效吸入行程：,泵效：, 吸入部分漏失,图10-10 吸入凡尔漏失,柱塞的有效吸入行程：,泵效：,图10-11 吸入凡尔严重漏失,吸入部分和排出部分同时漏失,图10-12 吸入凡尔和排出凡尔同时漏失,3.柱塞遇卡的示功图,柱塞在泵筒内被卡死在某一位置时，在抽汲过程中柱塞无法移动而只有抽油杆的伸缩变形，图形形状与被卡位置有关。,活塞卡在泵筒中部,4.带喷井的示功图,在抽汲过程中，游动阀和固定阀处于同时打开状态，液柱载荷基本加不到悬点。示功

11、图的位置和载荷变化的大小取决于喷势的强弱及抽汲液体的粘度。,喷势强、油稀带喷,喷势弱、油稠带喷,5.抽油杆断脱,抽油杆断脱后的悬点载荷实际上是断脱点以上的抽油杆柱重量，只是由于摩擦力，才使上下载荷线不重合。图形的位置取决于断脱点的位置。,抽油杆柱的断脱位置可根据下式来估算：,抽油杆断脱,出砂井,6.其它情况,结蜡井,管式泵活塞脱出工作筒,防冲距过小活塞碰 固定凡尔的示功图,第二节 无杆泵采油基础,一、电动潜油离心泵采油,(1) 能量传递过程,(2) 地层流体举升过程,电潜泵举升方式的主要优点：,(1) 排量大；,(2) 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；,

12、(4) 在防蜡方面有一定的作用。,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；,(2) 比较昂贵，初期投资高；,(3) 作业费用高和停产时间过长；,(4) 电机、电缆易出现故障；,(5) 日常维护要求高。,图10-14 开式水力活塞泵采油系统,二 水力活塞泵采油,液马达,高压泵机组,井下器具管柱结构,井口,高压控制管汇,计量装置,动力液处理装置,地面管线,抽油泵,滑阀控制机构,系统组成,油井装置,地面流程,水力活塞泵井下机组,工作原理：,动力液地面加压；,油管或专用动力液管输送；,动力液被传至井下液马达处；,滑阀控制机构换向；,动力液驱动液马达；,液马

13、达做往复运动；,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。,适应条件,主要缺点：,油层深度与排量范围大；,含蜡；,稠油；,井斜。,(1) 机组结构复杂，加工精度要求高；,(2) 地面流程大，投资高(规模效益)；,(2) 按动力液循环分类,(3) 按动力液性质分类,水力活塞泵采油系统类型分类：,(1) 按系统井数分类,乏动力液不与产出液混合。,乏动力液与产出液混合。,单井流程系统；,多井集中泵站系统；,大型集中泵站系统。,闭式循环方式：,开式循环方式：,原油动力液水力活塞泵采油系统,水基动力液水力活塞泵采油系统,(4) 按井下泵的安装方式分类,固定式安装：整个泵随油管下入井内，优点

14、是泵径大、排量大，缺点是起泵必须起油管。,插入式安装：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。,投入式安装：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。,最常用的三种水力活塞泵抽油装置,(1) 开式循环单管封隔器投入式水力活塞泵采油系统；,(2) 闭式循环平行管柱投入式水力活塞泵采油系统；,(3) 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。,平行管通到封隔器下部，以排放封隔器下部聚集的气体。,图10-14 开式水力活塞泵采油系

15、统,图10-15 闭式水力活塞泵采油系统,图10-16 射流泵采油井下系统示意图,三、水力射流泵采油,高压泵机组,井下器具管柱结构,井口,高压控制管汇,计量装置,动力液处理装置,地面管线,系统组成,油井装置,地面流程,射流泵,井下射流泵工作示意图,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：(1) 没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大,(2) 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。,水力射流泵举升原理,(3) 对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性。,图10-17 井下射流泵工作示意图,射流泵工作原理：,动力液地面加压；,油管或专用动力液管

16、输送；,动力液被传至井下喷嘴；,通过喷嘴将压能转换动能；,嘴后形成低压区；,动力液与油层产出液在喉管中混合；,经扩散管动能转换成压能；,混合液的压力提高后被举升到地面。,水力射流泵排量、扬程取决于喷嘴面积与喉管面积的比值。,(完),螺杆泵采油系统,地面驱动单螺杆泵采油系统,潜油电机驱动单螺杆泵采油系统,什么是螺杆泵？ 螺杆泵又叫渐进式容积泵，由定子和转子组成，两者的螺旋状过盈配合形成连续密封的腔体，通过转子的旋转运动实现对介质的传输。,井下单螺杆泵由哪几部分组成？,井下单螺杆泵由定子和转子组成。定子由钢制外套和橡胶衬套组成，定子内表面呈双螺旋曲面，与转子外表面相配合。转子由合金钢的棒料经过精车

17、、镀铬并抛光加工而成。转子有空心转子和实心转子两种。,1-下接头； 2-限位销； 3-定子； 4-转子； 5-上接头,沿着螺杆泵的全长，在转子外表面与定子橡胶衬套内表面间形成多个密封腔室；随着转子的转动，在吸入端转子与定子橡胶衬套内表面间会不断形成密封腔室，并向排出端推移，最后在排出端消失，油液在吸入端压差的作用下被吸入，并由吸入端推挤到排出端，压力不断升高，流量非常均匀 。螺杆泵工作的过程本质上也就是密封腔室不断形成、推移和消失的过程。,螺杆泵工作原理是什么？,螺杆泵定、转子的线数,目前所应用的螺杆泵线数均采用N/N+1形式，即定子的线数总是比转子的线数多一线，这是由空间啮合理论所决定的。螺

18、杆泵的线数与螺杆数量是两个根本不同的概念，不应混为一谈。,1：2结构 2：3结构 3：4结构 4：5结构,螺杆泵有哪些结构参数？,e 转子偏心距，mm； D 转子截圆直径，mm； T 定子导程，mm。,螺杆泵三个重要的结构参数：,在螺杆泵参数设计过程中，这三个基本结构参数的合理选择及相互之间的合理配比显得尤为重要，它们直接影响着螺杆泵的工作特性和使用寿命。,GLB500-14K为抽油杆地面驱动空心转子螺杆泵，每转排量500毫升，级数14； GLB120-27(2:3)为抽油杆地面驱动多头螺杆泵， 转子与定子头数比为2:3，每转排量 120毫升，级数27。,例如,螺杆泵规格型号是如何规定的？,空

19、心转子用“K”；实心省略；等壁厚定子用“D”；金属定子用“J” 转子与定子头数比，用阿拉伯数字表示，单头省略 泵的总级数 泵的几何排量，ml/r 单螺杆抽油泵,“螺”和“泵”两字汉语拼音第一个字母 泵的驱动方式：抽油杆地面驱动，用“杆”字汉语拼音第一个字母G表示；潜油电机井下驱动，用“潜”字汉语拼音第一个字母Q表示,LB ,( ),螺杆泵井设备与工作原理 | 二、 螺杆泵采油系统 | (一)螺杆泵基础知识,现场应用中，根据选用泵的型号可计算出理论排量， 公式如下：,式中： Q螺杆泵理论排量，m3/d； q螺杆泵每转排量，ml/r； n转子转速，r/min。,螺杆泵理论排量如何计算 ？,理论每转

20、排量公式如下：,类型划分,按原动 机分为,电动机机械驱动,液压驱动,内燃机驱动,按井口 连接方 式 分,卡箍连接,法兰连接,按装置调速方式可分为：,无级调速驱动装置：无级调速方式根据实现方法的不同又有机械式无级调速、变频电机式无级调速、液压式无级调速； 有级调速驱动装置：目前国内油田应用的主要类型是电动机机械驱动、有级调速、井口法兰连接的地面驱动装置。,地面驱动单螺杆泵采油系统由哪几部分组成？,1电控箱； 2-电机； 3-皮带； 4-方卡子； 5-光杆； 6-减速箱； 7-专用井口； 8-抽油杆； 9-抽油杆扶正器； 10-油管扶正器； 11-油管； 12-螺杆泵； 13-套管； 14-定位销； 15-锚定装置；16-筛管,可分为地面