1、第十章 機(jī)械采油技術(shù),有桿泵采油基礎(chǔ) 無(wú)桿泵采油基礎(chǔ),有桿泵采油典型特點(diǎn)： 地面能量通過(guò)抽油桿、抽油泵傳遞給井下流體。,(1) 常規(guī)有桿泵采油：抽油機(jī)懸點(diǎn)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)抽油桿傳遞給井下柱塞泵。,(2) 地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油：井口驅(qū)動(dòng)頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)抽油桿傳遞給井下螺桿泵。,有桿泵采油分類(lèi)：,常規(guī)有桿泵采油是目前我國(guó)最廣泛應(yīng)用的采油方式，大約有80%以上的油井采油采用該舉升方式。,第一節(jié) 有桿泵采油基礎(chǔ),一、抽油裝置,抽油機(jī),抽油桿,抽油泵,其它附件,抽油過(guò)程介紹,工作時(shí)，動(dòng)力機(jī)將高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)皮帶和減速箱傳給曲柄軸，帶動(dòng)曲柄作低速旋轉(zhuǎn)。曲柄通過(guò)連桿經(jīng)橫梁帶動(dòng)游梁作上下擺動(dòng)。掛在驢頭上的懸繩器便

2、帶動(dòng)抽油桿柱作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。,(一)抽油機(jī),有桿深井泵采油的主要地面設(shè)備，它將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，包括游梁式抽油機(jī)和無(wú)游梁式抽油機(jī)兩種。,游梁式抽油機(jī)組成,游梁-連桿-曲柄機(jī)構(gòu)、減速箱、動(dòng)力設(shè)備和輔助裝置,工作原理,游梁式抽油機(jī)分類(lèi),后置式和前置式,運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同后置式上、下沖程的時(shí)間基本相等；前置式上沖程較下沖程慢。,后置式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,前置式氣動(dòng)平衡抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,游梁和連桿的連接位置不同。,不同點(diǎn)：,平衡方式不同后置式多采用機(jī)械平衡；前置式多采用氣動(dòng)平衡。,新型抽油機(jī)：為了節(jié)能和加大沖程。,異相型游梁式抽油機(jī),異形游梁式抽油機(jī),雙驢頭游梁式抽油機(jī),鏈條式抽油機(jī),寬帶傳動(dòng)抽油機(jī),液壓抽油機(jī),游梁

3、式抽油機(jī)系列型號(hào)表示方法,CYJ 123.370(H) F(Y，B，Q),(2)抽油泵：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為流體壓能的設(shè)備,工作筒(外筒和襯套)、柱塞及游動(dòng)閥(排出閥)和固定閥(吸入閥),a.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，強(qiáng)度高，質(zhì)量好，連接部分密封可靠；,一般要求,按照抽油泵在油管中的固定方式可分為：管式泵和桿式泵,主要組成,分類(lèi),b.制造材料耐磨和抗腐蝕性好，使用壽命長(zhǎng)；,c.規(guī)格類(lèi)型能滿(mǎn)足油井排液量的需要，適應(yīng)性強(qiáng)；,d.便于起下；,e.結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮防砂、防氣，并帶有必要的輔助設(shè)備。,A-管式泵,B-桿式泵,管式泵：外筒和襯套在地面組裝好接在油管下部先下入井內(nèi)，然后投入固定閥，最后再把柱塞接在抽油桿柱下端下入泵內(nèi)。

4、,管式泵特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，排量大。但檢泵時(shí)必須起出油管，修井工作量大，故適用于下泵深度不很大，產(chǎn)量較高的油井。,桿式泵：整個(gè)泵在地面組裝好后接在抽油桿柱的下端整體通過(guò)油管下入井內(nèi)，由預(yù)先裝在油管預(yù)定深度(下泵深度)上的卡簧固定在油管上，檢泵時(shí)不需要起油管。,桿式泵特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，排量小，修井工作量小。桿式泵適用于下泵深度大、產(chǎn)量較小的油井。,(3)抽油桿：能量傳遞工具。,1-外螺紋接頭； 2-卸荷槽； 3-推承面臺(tái)肩； 4-扳手方徑； 5-凸緣； 6-圓弧過(guò)渡區(qū),抽油桿的桿體直徑分別為13、16、19、22、25、28mm，,抽油桿的長(zhǎng)度一般為8000mm或7620mm，另外

5、，為了調(diào)節(jié)抽油桿柱的長(zhǎng)度，還有長(zhǎng)度不等的抽油桿短節(jié)。,接箍是抽油桿組合成抽油桿柱時(shí)的連接零件。按其結(jié)構(gòu)特征可分為：普通接箍、異徑接箍和特種接箍。,普通接箍：連接等直徑的抽油桿,異徑接箍：用于連接不同直徑的抽油桿,特種接箍：主要有滾輪式接箍和滾珠式接箍，用于斜井或普通油井中降低抽油桿柱與油管之間的摩擦力，減少對(duì)油管的磨損,扶正器,抽油桿的強(qiáng)度：C級(jí)桿(570MPa)、D級(jí)桿(810MPa),超高強(qiáng)度抽油桿,玻璃鋼抽油桿,空心抽油桿,電熱抽油桿,連續(xù)抽油桿,柔性抽油桿：如鋼絲繩抽油桿,二、泵的工作原理,(一)泵的抽汲過(guò)程,抽油桿柱帶著柱塞向上運(yùn)動(dòng)，柱塞上的游動(dòng)閥受管內(nèi)液柱壓力而關(guān)閉。,泵吸入的條件

6、： 泵內(nèi)壓力(吸入壓力)低于沉沒(méi)壓力。,A-上沖程,1)上沖程,泵內(nèi)壓力降低，固定閥在環(huán)形空間液柱壓力(沉沒(méi)壓力)與泵內(nèi)壓力之差的作用下被打開(kāi)。,泵內(nèi)吸入液體、井口排出液體。,B-下沖程,2)下沖程,柱塞下行，固定閥在重力作用下關(guān)閉。,泵排出的條件： 泵內(nèi)壓力(排出壓力)高于柱塞以上的液柱壓力。,柱塞上下抽汲一次為一個(gè)沖程，在一個(gè)沖程內(nèi)完成進(jìn)油與排油的過(guò)程。,光桿沖程：光桿從上死點(diǎn)到下死點(diǎn)的距離。,泵內(nèi)壓力增加，當(dāng)泵內(nèi)壓力大于柱塞以上液柱壓力時(shí)，游動(dòng)閥被頂開(kāi)。,柱塞下部的液體通過(guò)游動(dòng)閥進(jìn)入柱塞上部，使泵排出液體。,（二)泵的理論排量,泵的工作過(guò)程是由三個(gè)基本環(huán)節(jié)所組成，即柱塞在泵內(nèi)讓出容積，井

7、內(nèi)液體進(jìn)泵和從泵內(nèi)排出井內(nèi)液體。,在理想情況下，活塞上、下一次進(jìn)入和排出的液體體積都等于柱塞讓出的體積：,每分鐘的排量為：,每日排量:,泵的理論排量,沖次：一分鐘的時(shí)間內(nèi)抽油泵吸入與排出的周期數(shù)。,1.泵效：在抽油井生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值。,2.影響泵效的因素,(3) 漏失影響,(1) 抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮,(2) 氣體和充不滿(mǎn)的影響,(4) 體積系數(shù)的影響,三、泵效及其影響因素,3.提高泵效的措施,(1)選擇合理的工作方式,選用大沖程、小沖次，減小氣體影響，降低懸點(diǎn)載荷，特別是稠油的井。,連噴帶抽井選用大沖數(shù)快速抽汲，以增強(qiáng)誘噴作用。,深井抽汲時(shí)，S和N的選擇一定要避開(kāi)不

8、利配合區(qū)。,(2)確定合理沉沒(méi)度。,(3)改善泵的結(jié)構(gòu)，提高泵的抗磨、抗腐蝕性能。,(4)使用油管錨減少?zèng)_程損失,(5)合理利用氣體能量及減少氣體影響,四、地面示功圖分析,示功圖：載荷隨位移的變化關(guān)系曲線(xiàn)所構(gòu)成的封閉曲線(xiàn)圖。,地面示功圖或光桿示功圖：懸點(diǎn)載荷與位移關(guān)系的示功圖。,(一)理論示功圖及其分析,1.靜載荷作用下的理論示功圖,循環(huán)過(guò)程：下死點(diǎn)A加載完成B上死點(diǎn)C卸載完成D下死點(diǎn)A,圖10-5 靜載理論示功圖,ABC為上沖程靜載荷變化線(xiàn)。AB為加載過(guò)程，加載過(guò)程中，游動(dòng)凡爾和固定凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)；在B點(diǎn)加載完畢，變形結(jié)束，柱塞與泵筒開(kāi)始發(fā)生相對(duì)位移，固定凡爾打開(kāi)而吸入液體。BC為吸入過(guò)程

9、（BC=sP為泵的沖程），游動(dòng)凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)。,CDA為下沖程靜載荷變化線(xiàn)。CD為卸載過(guò)程，游動(dòng)凡爾和固定凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)；在D點(diǎn)卸載完畢，變形結(jié)束，柱塞與泵筒發(fā)生向下相對(duì)位移，游動(dòng)凡爾被頂開(kāi)、排出液體。DA為排出過(guò)程，固定凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)。,2.考慮慣性載荷后的理論示功圖,圖10-6 考慮慣性和振動(dòng)后的理論示功圖,S/2,(二)典型示功圖分析,典型示功圖：某一因素的影響十分明顯，其形狀代表了該因素影響下的基本特征的示功圖。,1.氣體和充不滿(mǎn)對(duì)示功圖的影響,圖10-8 有氣體影響的示功圖,氣體影響示功圖,充滿(mǎn)系數(shù)：,氣鎖,充不滿(mǎn)影響的示功圖,充不滿(mǎn)現(xiàn)象：地層產(chǎn)液在上沖程末未充滿(mǎn)泵筒的現(xiàn)象。,

10、液擊現(xiàn)象：泵充不滿(mǎn)生產(chǎn)時(shí)，柱塞與泵內(nèi)液面撞擊引起抽油設(shè)備受力急劇變化的現(xiàn)象。,充不滿(mǎn)的示功圖,2.漏失對(duì)示功圖的影響, 排出部分的漏失,圖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,圖10-10 吸入凡爾漏失,柱塞的有效吸入行程：,泵效：,圖10-11 吸入凡爾嚴(yán)重漏失,吸入部分和排出部分同時(shí)漏失,圖10-12 吸入凡爾和排出凡爾同時(shí)漏失,3.柱塞遇卡的示功圖,柱塞在泵筒內(nèi)被卡死在某一位置時(shí)，在抽汲過(guò)程中柱塞無(wú)法移動(dòng)而只有抽油桿的伸縮變形，圖形形狀與被卡位置有關(guān)。,活塞卡在泵筒中部,4.帶噴井的示功圖,在抽汲過(guò)程中，游動(dòng)閥和固定閥處于同時(shí)打開(kāi)狀態(tài)，液柱載荷基本加不到

11、懸點(diǎn)。示功圖的位置和載荷變化的大小取決于噴勢(shì)的強(qiáng)弱及抽汲液體的粘度。,噴勢(shì)強(qiáng)、油稀帶噴,噴勢(shì)弱、油稠帶噴,5.抽油桿斷脫,抽油桿斷脫后的懸點(diǎn)載荷實(shí)際上是斷脫點(diǎn)以上的抽油桿柱重量，只是由于摩擦力，才使上下載荷線(xiàn)不重合。圖形的位置取決于斷脫點(diǎn)的位置。,抽油桿柱的斷脫位置可根據(jù)下式來(lái)估算：,抽油桿斷脫,出砂井,6.其它情況,結(jié)蠟井,管式泵活塞脫出工作筒,防沖距過(guò)小活塞碰 固定凡爾的示功圖,地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵井采油技術(shù),60年代中期以來(lái)，隨著石油鉆采機(jī)械和采油工藝技術(shù)的發(fā)展，螺桿泵采油技術(shù)得到了迅速發(fā)展。地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油與其它采油方式相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)部件少、液流平穩(wěn)、系統(tǒng)效率高和能耗小等特點(diǎn)，且

12、對(duì)稠油井、出砂井及含氣井等有很好的適應(yīng)性。地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油方式在全國(guó)許多油田中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，但地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵抽油井的設(shè)計(jì)理論卻不夠完善，礦場(chǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及抽汲參數(shù)的選擇等長(zhǎng)期處于半經(jīng)驗(yàn)狀態(tài)，致使油井生產(chǎn)能力得不到充分發(fā)揮，并造成系統(tǒng)資源和能源的浪費(fèi)。,1 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的劃分,求解點(diǎn)設(shè)置在下泵深度處。 油層、井筒與抽油設(shè)備的協(xié)調(diào)條件： 質(zhì)量守恒 能量守恒 熱量守恒,2 主要計(jì)算模型,通過(guò)對(duì)地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵井生產(chǎn)系統(tǒng)工作的分析，相對(duì)于常規(guī)有桿泵井而言，其不同點(diǎn)主要表現(xiàn)在泵的工作特性、抽油桿柱運(yùn)動(dòng)規(guī)律和受力狀況以及地面設(shè)備工作原理等三個(gè)方面，所以在其生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的計(jì)算模型特殊性主要在于泵效

13、組成分析和抽油桿柱設(shè)計(jì)(組合)計(jì)算方法。,2.1 抽油桿柱軸向力計(jì)算模型,桿柱載荷： 折算液 柱載荷： 桿液的 摩擦載荷： 井口軸向力：,舉升井筒流體的扭矩： 啟動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)抽油桿柱的扭矩： 正常生產(chǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)抽油桿柱的扭矩：,2.2 抽油桿柱扭矩計(jì)算模型,桿液的摩擦扭矩： 啟動(dòng)時(shí)，抽油桿柱井口總扭矩： 正常生產(chǎn)時(shí)，抽油桿柱井口總扭矩：,2.3 抽油桿柱設(shè)計(jì)強(qiáng)度理論,對(duì)抽油桿截面的力學(xué)分析可知，其危險(xiǎn)點(diǎn)為二向應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)第四強(qiáng)度理論，抽油桿柱的強(qiáng)度條件為：,2.4 泵效組成分析,實(shí)際泵效 氣體的影響 體積系數(shù)變化的影響 漏失的影響,第二節(jié) 無(wú)桿泵采油基礎(chǔ),一、電動(dòng)潛油離心泵采油,(1) 能量傳遞過(guò)程

14、,(2) 地層流體舉升過(guò)程,電潛泵舉升方式的主要優(yōu)點(diǎn)：,(1) 排量大；,(2) 操作簡(jiǎn)單，管理方便；,(3) 能夠較好地運(yùn)用于斜井與水平井以及海上采油；,(4) 在防蠟方面有一定的作用。,電潛泵舉升方式的主要缺點(diǎn)：,(1) 下入深度受電機(jī)功率、油套管直徑、井筒高溫等的限制；,(2) 比較昂貴，初期投資高；,(3) 作業(yè)費(fèi)用高和停產(chǎn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；,(4) 電機(jī)、電纜易出現(xiàn)故障；,(5) 日常維護(hù)要求高。,圖10-14 開(kāi)式水力活塞泵采油系統(tǒng),二 水力活塞泵采油,液馬達(dá),高壓泵機(jī)組,井下器具管柱結(jié)構(gòu),井口,高壓控制管匯,計(jì)量裝置,動(dòng)力液處理裝置,地面管線(xiàn),抽油泵,滑閥控制機(jī)構(gòu),系統(tǒng)組成,油井裝置,地

15、面流程,水力活塞泵井下機(jī)組,工作原理：,動(dòng)力液地面加壓；,油管或?qū)Ｓ脛?dòng)力液管輸送；,動(dòng)力液被傳至井下液馬達(dá)處；,滑閥控制機(jī)構(gòu)換向；,動(dòng)力液驅(qū)動(dòng)液馬達(dá)；,液馬達(dá)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；,液馬達(dá)通過(guò)活塞桿帶動(dòng)抽油泵做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；,原油被增壓舉升。,適應(yīng)條件,主要缺點(diǎn)：,油層深度與排量范圍大；,含蠟；,稠油；,井斜。,(1) 機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度要求高；,(2) 地面流程大，投資高(規(guī)模效益)；,(2) 按動(dòng)力液循環(huán)分類(lèi),(3) 按動(dòng)力液性質(zhì)分類(lèi),水力活塞泵采油系統(tǒng)類(lèi)型分類(lèi)：,(1) 按系統(tǒng)井?dāng)?shù)分類(lèi),乏動(dòng)力液不與產(chǎn)出液混合。,乏動(dòng)力液與產(chǎn)出液混合。,單井流程系統(tǒng)；,多井集中泵站系統(tǒng)；,大型集中泵站系統(tǒng)。,閉式循

16、環(huán)方式：,開(kāi)式循環(huán)方式：,原油動(dòng)力液水力活塞泵采油系統(tǒng),水基動(dòng)力液水力活塞泵采油系統(tǒng),(4) 按井下泵的安裝方式分類(lèi),固定式安裝：整個(gè)泵隨油管下入井內(nèi)，優(yōu)點(diǎn)是泵徑大、排量大，缺點(diǎn)是起泵必須起油管。,插入式安裝：泵工作筒隨大直徑油管下入井內(nèi)，而沉沒(méi)泵機(jī)組則用小直徑油管下入，插到泵工作筒內(nèi)。,投入式安裝：又分單管封隔式和平行管柱式，泵工作筒隨油管下至井底，沉沒(méi)泵機(jī)組則從油管中投入，使用液力下泵和起泵，優(yōu)點(diǎn)是起下泵方便，缺點(diǎn)是泵徑受到限制，排量較小。,最常用的三種水力活塞泵抽油裝置,(1) 開(kāi)式循環(huán)單管封隔器投入式水力活塞泵采油系統(tǒng)；,(2) 閉式循環(huán)平行管柱投入式水力活塞泵采油系統(tǒng)；,(3) 開(kāi)式循環(huán)平行管柱投入式水力活塞泵采油系統(tǒng)。,平行旁通管為乏動(dòng)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氣體。,圖10-14 開(kāi)式水力活塞泵采油系統(tǒng),圖10-15 閉式水力活塞泵采油系統(tǒng),圖10-16 射流泵采油井下系統(tǒng)示意圖,三、水力射流泵采油,高壓泵機(jī)組,井下器具管柱結(jié)構(gòu),井口,高壓控制管匯,計(jì)量裝置,動(dòng)力液處理裝置,地面管線(xiàn),系統(tǒng)組成,油井裝置,地面流程,射流泵,通過(guò)注入井內(nèi)的高壓動(dòng)力液的能量傳遞給井下油層產(chǎn)出液。,優(yōu)