采油工程第4章无杆泵采油

第四章无杆泵采油第一节电动潜油离心泵采油第二节水力活塞泵采油第三节水力射流泵采油举升动力传输的方式不同有杆泵采油气举采油人工举升采油地面能量通过抽油杆提供给抽油泵，将井底原油举升至地面的采油方式。利用气举气体的膨胀使井筒中的混合液密度降低。将流到井内的原油举升到地面无杆泵采油地面能量不通过抽油杆提供给抽油泵，将井底原油举升至地面的采油方式。？第一节电动潜油离心泵采油(1)能量传递过程潜油电机保护器分离器多级离心泵潜油电缆井下机组部分变压器控制屏接线盒地面控制部分泄油阀单流阀电力传输部分(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；(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。第一节电动潜油离心泵采油(一)潜油电机一、电潜泵采油装置作用：产生旋转磁场。(2)转子系统：转子铁芯、转子绕组、转轴、扶正轴承、短路环(3)止推轴承：作用：承受电机的轴向力。(4)润滑油循环系统：轴孔、定转子间隙、通油孔(1)定子系统：定子铁芯、定子绕组、电机壳体作用：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，润滑油从空心轴内流入，从轴承处各通油孔流出，润滑各轴承；然后进入定转子间隙。由于转子的高速旋转，润滑油获得离心力以及润滑油重力作用，从而使润滑油下降到电机底部，补充到空心轴内反复循环，起到润滑和冷却作用。主要结构组成及其作用(2)外廓尺寸细长；(3)转子和定子分节；(4)保证潜油电机的严格密封；(5)润滑油循环系统比较特殊。(1)两极、三相鼠笼式异步感应电机；潜油电机主要结构特点：一、电潜泵采油装置(二)多级离心泵1.泵的结构潜油多级离心泵结构示意图上接头壳体叶轮导轮转轴轴套下接头泵吸入口一、电潜泵采油装置结构特点：(1)直径小、级数多、长度大；(2)轴向卸载、径向扶正；(3)泵吸入口装有特殊装置，如油气、油砂分离器等；(4)泵出口上部装有单流阀和泄油阀。一、电潜泵采油装置潜油多级离心泵的工作原理与地面离心泵相同。当充满在叶轮流道内的液体在离心力作用下，从叶轮中心沿叶片间的流道甩向叶轮四周时，液体受叶片的作用，使压力和速度同时增加，并经导轮的流道被引向次一级叶轮，这样，逐级流过所有的叶轮和导轮，进一步使液体的压能增加获得一定的扬程。2.泵的增压原理一、电潜泵采油装置3.泵的工作特性离心泵的特性曲线：扬程、功率和泵效随排量的变化关系曲线。潜油离心泵特性曲线图一、电潜泵采油装置泵的工作特性曲线的校核：纯水→油、气、水混合物(1)水、油、气混合物有效运动粘度的校核wowwo3wggww/of)1(f11)H1()H21(wow3wggoo/wf)1(1f11)H1()H21(一、电潜泵采油装置泵的工作特性曲线的校核：(2)泵排量、压头和效率的校核QwmnQKHKKwmwHmwQmKHKHQKQnmQw潜油离心泵粘度校正诺谟图一、电潜泵采油装置(三)保护器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。主要是通过隔离腔连接井液与电机油来完成这一功能。保护器类型：连通式、沉淀式和胶囊式保护器(四)油气分离器油气分离器安装在泵的液体吸入口处，当混气流体进入多级离心泵之前，先通过分离器，把自由气体分离出来，防止和减少气体进泵，保证电潜泵具有良好的工作特性。常用的分离器有两种：沉降式和旋转（离心）式一、电潜泵采油装置(五)潜油电缆潜油电缆结构特点：要求便于起下，且不易损坏；要求耐油、气、水，耐高温、高压；电缆终端有与电机插配的特殊密封接头—电缆头；为满足油井对机组尺寸的要求，潜油电缆一般采用圆型和扁型，扁型和扁型联接在一起的复合结构；要能适应施工和环境温度，进行起下作业时，电缆保护套层不破裂。作用：地面向井下机组传输电力。一、电潜泵采油装置二、电潜泵油井生产系统设计节点系统分析方法（一）电潜泵油井生产系统组成(1)油层系统(2)井筒流动系统(3)潜油离心泵系统流入动态（IPR）气—液多相管流流动规律H－Q和η－Q特性曲线（二）电潜泵油井生产系统设计方法1.设计任务确定下泵深度，选择泵型、电机、电缆和地面设备等。2.目标满足配产要求，效率最高、能耗最小。3.约束条件(1)泵的实际排量在所选泵的推荐范围内；(2)下泵深度不大于油层中部深度；(3)；pcDD(4)进泵气液比。%8piR二、电潜泵油井生产系统设计4.设计内容(10)电潜泵抽油井生产工况参数的预测与优化。(2)抽油设备的初选，包括离心泵、电机、电缆等；(7)计算设计排量和扬程下所需要的泵的级数；(1)油层产能分析；(3)井筒流体压力、温度、流体物性分布计算；(4)下泵深度的确定；(6)泵的增压要求量计算；(5)离心泵特性曲线的校正；(8)电缆电压降计算，确定地面电压，选择控制屏；(9)计算变压器的容量，确定变压器的型号和规格；二、电潜泵油井生产系统设计1.含气液体对电泵工作特性的影响（三）影响电泵工作特性的因素分析◆扬程、排量及效率下降；◆游离气体过多时，叶轮流道的大部分空间被气体占据，将会使离心泵停止排液。2.液体粘度对电泵工作特性的影响◆液体粘度大使得泵的举升功率增加；◆同时泵的扬程、排量和效率也有所下降。二、电潜泵油井生产系统设计3.温度对电泵工作特性的影响4.砂、蜡等对电泵工作特性的影响◆流体温度对电机和电缆的绝缘程度有较大的影响；◆流体温度高需要选择耐温等级高的电机和电缆，增加采油成本。◆电泵生产要求含砂小于0.05%；◆蜡沉积堵塞叶导轮流道，井液阻力增加。电机负荷增加，严重时过载停机。泵排量下降。5.其它如沉没度、井下压力等与气体影响有关。二、电潜泵油井生产系统设计开式水力活塞泵采油系统第二节水力活塞泵采油一、水力活塞泵采油系统举升原理高压泵机组高压控制管汇动力液处理装置计量装置地面管线地面流程井口井下器具管柱结构水力活塞泵井下机组油井装置液马达抽油泵滑阀控制机构工作原理：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。一、水力活塞泵采油系统举升原理开式水力活塞泵采油系统适应条件主要缺点：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)；一、水力活塞泵采油系统举升原理(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一、水力活塞泵采油系统举升原理(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。一、水力活塞泵采油系统举升原理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；一、水力活塞泵采油系统举升原理(2)闭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。一、水力活塞泵采油系统举升原理(3)开式循环平行管柱投入式水力活塞泵采油系统。平行管通到封隔器下部，以排放封隔器下部聚集的气体。一、水力活塞泵采油系统举升原理开式水力活塞泵采油系统闭式水力活塞泵采油系统一、水力活塞泵采油系统举升原理二、水力活塞泵井下机组(1)液马达：将动力液的压能转换为机械能带动泵工作。(2)泵：将液马达传递给它的机械能转换成液体的压能，用来提高油层产出液的压能。(3)主控滑阀：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。单作用泵工作原理示意图三、水力活塞泵油井生产系统设计(2)决定开式或闭式系统；(3)决定油井气体全部泵出，还是放气；(4)选择合适的井下装置；(5)系统工况参数确定；(6)决定建设泵站还是单井系统；(7)选择地面泵组；(8)设计动力液系统。(1)油井产能分析；井筒流体物性分布下泵深度井筒压力分布井筒温度分布动力液排量泵效功率与举升效率第三节水力射流泵采油一、水力射流泵采油系统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。水力射流泵举升原理一、水力射流泵采油系统射流泵采油井下系统示意图优点：(1)没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大。(2)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。(3)对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性。井下射流泵工作示意图二、水力射流泵工作特性(一)射流泵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。井下射流泵工作示意图水力射流泵排量、扬程取决于喷嘴面积与喉管面积的比值。二、水力射流泵工作特性（二）射流泵基本方程(1)井筒流体温度分布计算：(2)泵效：)()(211323PPqPPqHME(3)喷嘴与喉管直径：1311/)(06082.0PPqAn/2nnAdRAAnt//2ttAd与水力活塞泵井筒流体温度分布计算相同。地层液与动力液得失能量之比。喷嘴:喉管:面积比二、水力射流泵工作特性环空过流面积越小，油井产出流体流过该面积的速度就越高。流体的压力随其流速增加而下降，在高流速下压力将下降到流体的蒸汽压，导致蒸汽穴的形成，该过程称之为气蚀。(4)气蚀气蚀节流作用气蚀损害极限环空过流面积12n113A5.1214qPP二、水力射流泵工作特性井下射流泵工作示意图射流泵无量纲特性曲线（三）射流泵特性曲线13qqM)PP()PP(H2132二、水力射流泵工作特性三、水力射流泵油井生产系统设计(7)水力射流泵油井工况参数预测。(2)从井底向上计算井筒压力分布，由泵的泵入口压力确定下泵深度(考虑到极限气蚀泵吸入口压力的影响)。(4)井筒流体温度分布计算。(3)根据泵特性曲线的最佳点确定动力液的排量。(5)由混合液井口压力计算泵的混合液出口压力。(6)由混合液出口压力计算动力液的井口压力。(1)油层IPR曲线计算，并确定设计产液量下的井底流压。在油田开发过程中，越来越多的油井自身能量不足以将原油从井下举升到地面，需要人工地补充举升能量。人工举升的目的就是人为地为油藏流体补充能量、维持一个低的井底流压，使得油层能够提供所要求量的流体(特别是油量)，并将其举升到地面。目前矿场应用的人工举升方法多种多样，选择一个合适的方式对油井和油田的长期效益是非常重要的。常用人工举升方式的综合对比分析方法指标游梁式抽油机有杆泵采油电潜泵采油水力活塞泵采油水力喷射泵采油气举采油系统示意图组成抽油机抽油杆抽油泵井下部分地面部分中间部分动力元件执行元件控制装置辅助装置地面部分喷射泵地面部分气举管柱工作原理略略略略略能量传递电网—电机—曲柄轴—驴头—抽油杆—井下泵—流体电网—电缆—潜油电机—离心泵—流体动力液—液马达—井下泵—流体动力液—喷射泵—混合室—喉管—流体高压气—气举凡尔—流体基本参数冲程、冲数、泵径、下泵深度、泵效、载荷、扭矩、功率、能耗排量、扬