1、第十章 機械采油技術(shù),有桿泵采油基礎(chǔ) 無桿泵采油基礎(chǔ),有桿泵采油典型特點： 地面能量通過抽油桿、抽油泵傳遞給井下流體。,(1) 常規(guī)有桿泵采油：抽油機懸點的往復(fù)運動通過抽油桿傳遞給井下柱塞泵。,(2) 地面驅(qū)動螺桿泵采油：井口驅(qū)動頭的旋轉(zhuǎn)運動通過抽油桿傳遞給井下螺桿泵。,有桿泵采油分類：,常規(guī)有桿泵采油是目前我國最廣泛應(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,抽油桿,抽油泵,其它附件,抽油過程介紹,工作時，動力機將高速旋轉(zhuǎn)運動通過皮帶和減速箱傳給曲柄軸，帶動曲柄作低速旋轉(zhuǎn)。曲柄通過連桿經(jīng)橫梁帶動游梁作上下擺動。掛在驢頭上的懸繩器便

2、帶動抽油桿柱作上下往復(fù)運動。,(一)抽油機,有桿深井泵采油的主要地面設(shè)備，它將電能轉(zhuǎn)化為機械能，包括游梁式抽油機和無游梁式抽油機兩種。,游梁式抽油機組成,游梁-連桿-曲柄機構(gòu)、減速箱、動力設(shè)備和輔助裝置,工作原理,游梁式抽油機分類,后置式和前置式,運動規(guī)律不同后置式上、下沖程的時間基本相等；前置式上沖程較下沖程慢。,后置式抽油機結(jié)構(gòu)簡圖,前置式氣動平衡抽油機結(jié)構(gòu)簡圖,游梁和連桿的連接位置不同。,不同點：,平衡方式不同后置式多采用機械平衡；前置式多采用氣動平衡。,新型抽油機：為了節(jié)能和加大沖程。,異相型游梁式抽油機,異形游梁式抽油機,雙驢頭游梁式抽油機,鏈條式抽油機,寬帶傳動抽油機,液壓抽油機,

3、游梁式抽油機系列型號表示方法,CYJ 123.370(H) F(Y，B，Q),(2)抽油泵：機械能轉(zhuǎn)化為流體壓能的設(shè)備,工作筒(外筒和襯套)、柱塞及游動閥(排出閥)和固定閥(吸入閥),a.結(jié)構(gòu)簡單，強度高，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,b.制造材料耐磨和抗腐蝕性好，使用壽命長；,c.規(guī)格類型能滿足油井排液量的需要，適應(yīng)性強；,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

4、內(nèi)。,管式泵特點：結(jié)構(gòu)簡單、成本低，排量大。但檢泵時必須起出油管，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：整個泵在地面組裝好后接在抽油桿柱的下端整體通過油管下入井內(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，檢泵時不需要起油管。,桿式泵特點：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-推承面臺肩； 4-扳手方徑； 5-凸緣； 6-圓弧過渡區(qū),抽油桿的桿體直徑分別為13、16、19、22、25、28mm，,抽油桿的長度一般為8000mm或7620mm，

5、另外，為了調(diào)節(jié)抽油桿柱的長度，還有長度不等的抽油桿短節(jié)。,接箍是抽油桿組合成抽油桿柱時的連接零件。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，減少對油管的磨損,扶正器,抽油桿的強度：C級桿(570MPa)、D級桿(810MPa),超高強度抽油桿,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)泵的抽汲過程,抽油桿柱帶著柱塞向上運動，柱塞上的游動閥受管內(nèi)液柱壓力和自重作用而關(guān)閉。

6、,泵吸入的條件： 泵內(nèi)壓力(吸入壓力)低于沉沒壓力。,1)上沖程,泵內(nèi)壓力降低，固定閥在環(huán)形空間液柱壓力(沉沒壓力)與泵內(nèi)壓力之差的作用下被打開。,泵內(nèi)吸入液體、井口排出液體。,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沖程，在一個沖程內(nèi)完成進油與排油的過程。,光桿沖程：光桿從上死點到下死點的距離。,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，游動閥被頂開。,柱塞下部的液體通過游動閥進入柱塞上部，使泵排出液體。,（二)泵的理論排量,泵的工作過程是由三個基本環(huán)節(jié)所組成，即柱塞在泵內(nèi)讓出容積，井內(nèi)液體進泵

7、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)過程中，實際產(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，以增強誘噴作用。,深井抽汲時，S和N的選擇一定要避開不利配合區(qū)。

8、,(2)確定合理沉沒度。,(3)改善泵的結(jié)構(gòu)，提高泵的抗磨、抗腐蝕性能。,(4)使用油管錨減少沖程損失,(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)系曲線所構(gòu)成的封閉曲線圖。,地面示功圖或光桿示功圖：懸點載荷與位移關(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)過程：下死點A加載完成B上死點C卸載完成D下死點A,圖10-5 靜載理論示功圖,ABC為上沖程靜載荷變化線。AB為加載過程，加載過程中，游動凡爾和固定凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)；在B點加載完畢，變形結(jié)束，柱塞與泵筒開始發(fā)生相對位移，固定凡爾打開而吸入液體。BC為吸入過程（BC=s

9、P為泵的沖程），游動凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)。,CDA為下沖程靜載荷變化線。CD為卸載過程，游動凡爾和固定凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)；在D點卸載完畢，變形結(jié)束，柱塞與泵筒發(fā)生向下相對位移，游動凡爾被頂開、排出液體。DA為排出過程，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.氣體和充不滿對示功圖的影響,圖10-8 有氣體影響的示功圖,氣體影響示功圖,充滿系數(shù)：,氣鎖,充不滿影響的示功圖,充不滿現(xiàn)象：地層產(chǎn)液在上沖程末未充滿泵筒的現(xiàn)象。,液擊現(xiàn)象：

10、泵充不滿生產(chǎn)時，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。,充不滿的示功圖,2.漏失對示功圖的影響, 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 吸入凡爾嚴重漏失,吸入部分和排出部分同時漏失,圖10-12 吸入凡爾和排出凡爾同時漏失,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，在抽汲過程中柱塞無法移動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,在抽汲過程中，游動閥和固定閥處于同時打開狀態(tài)，液柱載荷基本加不到懸點。示功

11、圖的位置和載荷變化的大小取決于噴勢的強弱及抽汲液體的粘度。,噴勢強、油稀帶噴,噴勢弱、油稠帶噴,5.抽油桿斷脫,抽油桿斷脫后的懸點載荷實際上是斷脫點以上的抽油桿柱重量，只是由于摩擦力，才使上下載荷線不重合。圖形的位置取決于斷脫點的位置。,抽油桿柱的斷脫位置可根據(jù)下式來估算：,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,防沖距過小活塞碰 固定凡爾的示功圖,第二節(jié) 無桿泵采油基礎(chǔ),一、電動潛油離心泵采油,(1) 能量傳遞過程,(2) 地層流體舉升過程,電潛泵舉升方式的主要優(yōu)點：,(1) 排量大；,(2) 操作簡單，管理方便；,(3) 能夠較好地運用于斜井與水平井以及海上采油；,

12、(4) 在防蠟方面有一定的作用。,電潛泵舉升方式的主要缺點：,(1) 下入深度受電機功率、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)費用高和停產(chǎn)時間過長；,(4) 電機、電纜易出現(xiàn)故障；,(5) 日常維護要求高。,圖10-14 開式水力活塞泵采油系統(tǒng),二 水力活塞泵采油,液馬達,高壓泵機組,井下器具管柱結(jié)構(gòu),井口,高壓控制管匯,計量裝置,動力液處理裝置,地面管線,抽油泵,滑閥控制機構(gòu),系統(tǒng)組成,油井裝置,地面流程,水力活塞泵井下機組,工作原理：,動力液地面加壓；,油管或?qū)Ｓ脛恿σ汗茌斔停?動力液被傳至井下液馬達處；,滑閥控制機構(gòu)換向；,動力液驅(qū)動液馬達；,液馬

13、達做往復(fù)運動；,液馬達通過活塞桿帶動抽油泵做往復(fù)運動；,原油被增壓舉升。,適應(yīng)條件,主要缺點：,油層深度與排量范圍大；,含蠟；,稠油；,井斜。,(1) 機組結(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) 按動力液循環(huán)分類,(3) 按動力液性質(zhì)分類,水力活塞泵采油系統(tǒng)類型分類：,(1) 按系統(tǒng)井?dāng)?shù)分類,乏動力液不與產(chǎn)出液混合。,乏動力液與產(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)。,閉式循環(huán)方式：,開式循環(huán)方式：,原油動力液水力活塞泵采油系統(tǒng),水基動力液水力活塞泵采油系統(tǒng),(4) 按井下泵的安裝方式分類,固定式安裝：整個泵隨油管下入井內(nèi)，優(yōu)點

14、是泵徑大、排量大，缺點是起泵必須起油管。,插入式安裝：泵工作筒隨大直徑油管下入井內(nèi)，而沉沒泵機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，沉沒泵機組則從油管中投入，使用液力下泵和起泵，優(yōu)點是起下泵方便，缺點是泵徑受到限制，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 開式水力活塞泵采油系

15、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,高壓泵機組,井下器具管柱結(jié)構(gòu),井口,高壓控制管匯,計量裝置,動力液處理裝置,地面管線,系統(tǒng)組成,油井裝置,地面流程,射流泵,井下射流泵工作示意圖,通過注入井內(nèi)的高壓動力液的能量傳遞給井下油層產(chǎn)出液。,優(yōu)點：(1) 沒有運動部件，結(jié)構(gòu)緊湊，泵排量范圍大,(2) 由于可利用動力液的熱力及化學(xué)特性，適用于高凝油、稠油、高含蠟油井。,水力射流泵舉升原理,(3) 對定向井、水平井和海上叢式井的舉升有良好的適應(yīng)性。,圖10-17 井下射流泵工作示意圖,射流泵工作原理：,動力液地面加壓；,油管或?qū)Ｓ脛恿σ汗?/p>

16、輸送；,動力液被傳至井下噴嘴；,通過噴嘴將壓能轉(zhuǎn)換動能；,嘴后形成低壓區(qū)；,動力液與油層產(chǎn)出液在喉管中混合；,經(jīng)擴散管動能轉(zhuǎn)換成壓能；,混合液的壓力提高后被舉升到地面。,水力射流泵排量、揚程取決于噴嘴面積與喉管面積的比值。,(完),螺桿泵采油系統(tǒng),地面驅(qū)動單螺桿泵采油系統(tǒng),潛油電機驅(qū)動單螺桿泵采油系統(tǒng),什么是螺桿泵？ 螺桿泵又叫漸進式容積泵，由定子和轉(zhuǎn)子組成，兩者的螺旋狀過盈配合形成連續(xù)密封的腔體，通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)對介質(zhì)的傳輸。,井下單螺桿泵由哪幾部分組成？,井下單螺桿泵由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子由鋼制外套和橡膠襯套組成，定子內(nèi)表面呈雙螺旋曲面，與轉(zhuǎn)子外表面相配合。轉(zhuǎn)子由合金鋼的棒料經(jīng)過精車

17、、鍍鉻并拋光加工而成。轉(zhuǎn)子有空心轉(zhuǎn)子和實心轉(zhuǎn)子兩種。,1-下接頭； 2-限位銷； 3-定子； 4-轉(zhuǎn)子； 5-上接頭,沿著螺桿泵的全長，在轉(zhuǎn)子外表面與定子橡膠襯套內(nèi)表面間形成多個密封腔室；隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，在吸入端轉(zhuǎn)子與定子橡膠襯套內(nèi)表面間會不斷形成密封腔室，并向排出端推移，最后在排出端消失，油液在吸入端壓差的作用下被吸入，并由吸入端推擠到排出端，壓力不斷升高，流量非常均勻 。螺桿泵工作的過程本質(zhì)上也就是密封腔室不斷形成、推移和消失的過程。,螺桿泵工作原理是什么？,螺桿泵定、轉(zhuǎn)子的線數(shù),目前所應(yīng)用的螺桿泵線數(shù)均采用N/N+1形式，即定子的線數(shù)總是比轉(zhuǎn)子的線數(shù)多一線，這是由空間嚙合理論所決定的。螺

18、桿泵的線數(shù)與螺桿數(shù)量是兩個根本不同的概念，不應(yīng)混為一談。,1：2結(jié)構(gòu) 2：3結(jié)構(gòu) 3：4結(jié)構(gòu) 4：5結(jié)構(gòu),螺桿泵有哪些結(jié)構(gòu)參數(shù)？,e 轉(zhuǎn)子偏心距，mm； D 轉(zhuǎn)子截圓直徑，mm； T 定子導(dǎo)程，mm。,螺桿泵三個重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)：,在螺桿泵參數(shù)設(shè)計過程中，這三個基本結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理選擇及相互之間的合理配比顯得尤為重要，它們直接影響著螺桿泵的工作特性和使用壽命。,GLB500-14K為抽油桿地面驅(qū)動空心轉(zhuǎn)子螺桿泵，每轉(zhuǎn)排量500毫升，級數(shù)14； GLB120-27(2:3)為抽油桿地面驅(qū)動多頭螺桿泵， 轉(zhuǎn)子與定子頭數(shù)比為2:3，每轉(zhuǎn)排量 120毫升，級數(shù)27。,例如,螺桿泵規(guī)格型號是如何規(guī)定的？,空

19、心轉(zhuǎn)子用“K”；實心省略；等壁厚定子用“D”；金屬定子用“J” 轉(zhuǎn)子與定子頭數(shù)比，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單頭省略 泵的總級數(shù) 泵的幾何排量，ml/r 單螺桿抽油泵,“螺”和“泵”兩字漢語拼音第一個字母 泵的驅(qū)動方式：抽油桿地面驅(qū)動，用“桿”字漢語拼音第一個字母G表示；潛油電機井下驅(qū)動，用“潛”字漢語拼音第一個字母Q表示,LB ,( ),螺桿泵井設(shè)備與工作原理 | 二、 螺桿泵采油系統(tǒng) | (一)螺桿泵基礎(chǔ)知識,現(xiàn)場應(yīng)用中，根據(jù)選用泵的型號可計算出理論排量， 公式如下：,式中： Q螺桿泵理論排量，m3/d； q螺桿泵每轉(zhuǎn)排量，ml/r； n轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min。,螺桿泵理論排量如何計算 ？,理論每轉(zhuǎn)

20、排量公式如下：,類型劃分,按原動 機分為,電動機機械驅(qū)動,液壓驅(qū)動,內(nèi)燃機驅(qū)動,按井口 連接方 式 分,卡箍連接,法蘭連接,按裝置調(diào)速方式可分為：,無級調(diào)速驅(qū)動裝置：無級調(diào)速方式根據(jù)實現(xiàn)方法的不同又有機械式無級調(diào)速、變頻電機式無級調(diào)速、液壓式無級調(diào)速； 有級調(diào)速驅(qū)動裝置：目前國內(nèi)油田應(yīng)用的主要類型是電動機機械驅(qū)動、有級調(diào)速、井口法蘭連接的地面驅(qū)動裝置。,地面驅(qū)動單螺桿泵采油系統(tǒng)由哪幾部分組成？,1電控箱； 2-電機； 3-皮帶； 4-方卡子； 5-光桿； 6-減速箱； 7-專用井口； 8-抽油桿； 9-抽油桿扶正器； 10-油管扶正器； 11-油管； 12-螺桿泵； 13-套管； 14-定位銷； 15-錨定裝置；16-篩管,可分為地面