采油工程2(2)

水力活塞泵是一种液压传动的无杆抽油设备，适用于高气油比、出砂、高凝油、含蜡、稠油、深井、斜井及水平井。水力活塞泵采油一、水力活塞泵装置的组成和分类主要由三部分组成：地面部分、井下部分和连接地面井下的中间部分。地面部分由地面动力液罐、三缸高压泵、控制管汇、井口控制阀和井下泵组成，起着供给和处理动力液的作用。井下部分是该系统的核心部件，由沉没泵、泵筒、固定阀三个部分组成，起着抽油的主要作用；中间部分包括将动力液从地面部分送到井下机组的中心油管，以及将抽取的原油和工作过的废动力液一起排出地面的专门通道。如图所示。一、水力活塞泵装置的组成和分类典型水力活塞泵采油系统开式水力活塞泵采油系统高压泵机组高压控制管汇计量装置井下器具管柱结构动力液处理装置地面流程油井装置液马达抽油泵滑阀控制机构水力活塞泵井下机组(一)动力液系统及动力液1．动力液系统动力液系统有多种类型，不同系统的地面流程和设备及处理能力不同，选择时要考虑现有设备、场地和投资等因素。一、水力活塞泵装置的组成和分类2.动力液一般采用油或水作动力液。用相对密度为0.825～0.876的原油作动力液，杂质含量在15mg/L以下，油的润滑性较好，地面柱塞油泵的维护较少；用水作动力液，要求杂质粒径小于15μm，含盐的质量分数小于1.2％，水对环境污染小，安全性好，但水一般不具备润滑性，易产生腐蚀，粘度低，使井下泵更易漏失。(一)动力液系统及动力液一、水力活塞泵装置的组成和分类水力活塞泵井下机组在井中的安装型式有:两种基本类型：固定安装和自由安装。固定安装又分为:固定插入式和固定套管式两种；自由安装也分为:平行管自由式和套管自由式两种。(二)井下泵装置类型一、水力活塞泵装置的组成和分类常用的井下泵装置1．插入固定式水力活塞泵井下机组随动力油管从油管中下入井底。动力液从直径较小的动力油管中注入井底。原油和工作过的废动力液从动力油管和油管间的环形空间返出地面。2．套管固定式水力活塞泵井下机组随动力油管下入井底，并固定在一个套管封隔器上。固定式泵装置是将井下泵固定在油管底部，随油管一起下入井中。3．平行管自由(投入)式包括两个平行管柱。水力活塞井下机组从大直径管柱中循环至井底，并在一个固定阀座上形成密封，上部的密封也进入油管内壁的一个专用环箍处。动力液从大直径管柱中进入井下机组的液动机，而原油和废动力液从小直径管柱中排到地面。自由气从套管中导出。4．套管自由式只需一条管柱下到一个套管封隔器上。水力活塞泵井下机组从管柱中循环至井底并在一个固定阀座上形成密封，上部的密封也进入油管内壁的一个专用环箍处。二、水力活塞泵井下机组工作原理(一)水力活塞泵的结构井下水力活塞泵由液马达和泵通过空心活塞杆相连组成，液马达和泵可以有一个或多个。(1)泵单作用泵仅在上冲程或下冲程时向地面排液，双作用泵在上冲程和下冲程都向地面排液。双作用水力活塞泵1—马达排出口；2，5—阀作业孔；3—马达阀；4—阀杆；6—马达钢套；7，12—活塞润滑孔；8—中活塞杆；9，13一泵排出阀；10，14—泵吸人阀；11—泵钢套；15—下活塞杆；16—平衡管(2)液马达马达活塞面积与泵柱塞面积可以不同，马达活塞面积越大，泵的排出压头越高，泵柱塞面积越大，泵的排量越高。为了使液马达往复运动，动力液必须交替注入马达活塞上下腔，马达阀用于完成这一功能。（二）水力活塞泵的工作原理1．水力活塞泵系统的工作原理高压动力液经动力液管柱注入井中，驱动水力活塞泵上的液马达，使动力液高压势能转变为往复运动的机械能。马达驱动泵，泵将机械能转变为液体的静压，使产出流体采到地面。2．液马达的工作原理在下冲程中，马达阀处于下部位置，高压动力液进入马达活塞上腔，马达活塞下腔的低压动力液从马达排出口排出。马达活塞到达下冲程末端，马达阀向上换位。阀杆顶部的阀作业孔与马达阀控制腔连通，动力液进入马达阀控制腔，马达阀下端面积大于上端面积，使马达阀向上运动到上部位置，动力液流动倒向。3．泵的工作原理SHBф3/200型自由式双作用水力活塞泵为例。(1)上冲程该泵由三个主要部分：上液缸、下液缸的主控制滑阀组成。上液缸的下室和下液缸的上室作为液动力机，以进出动力液；而上液缸的上室和下液缸的下室作为泵，以吸排原油。上冲程：主控制滑阀位于下死点，这时，高压动力液从中心油管经过通道17和8，进入上液缸的活塞下室，推动活塞组进行上冲程。上液缸活塞上室的原油通过上排出阀（这时吸入阀关闭），排至油管和套管和环形空间。与此同时，套管封隔器以下的原油通过固定阀、下吸入阀，进入下液缸的活塞下室。由于主控制滑阀下端的承压面积大于上端的承压面积，在同样压力的高压动力液作用下，下面的总压力必然大于上面的总压力，这样就使主控制滑阀推向上死点，这时就开始进行下冲程。(2)下冲程主控制滑阀位于上死点，这时，高压动力液从中心油管，经过通道17、主控制滑阀和活塞杆间的环形空间、孔21及通道22，进入下液缸活塞的的上室,推动活塞组进行下冲程。下液缸活塞下室中的原油通过下排出阀（这时下吸入阀关闭），排到油管和套管的环形空间。与此同时，上液缸活塞下室中工作过的废动力液则通过通道8、主控制滑阀外表面中部的空间、孔19及20，被排至油管和套管环形空间。原油通过吸入通道及上吸入阀进入上液缸活塞的上室。当活塞组向下运动接近下死点时，活塞杆上部的控制槽18将孔11同卸压孔12连通，使主控制滑阀的下端和低压相通。于是，主控制滑阀在上端高压动力液的压力作用下，重新向下运动到下死点。这样，又开始转入活塞组的上冲程。SHBф43／200型自由式双作用水力活塞泵1—油管；2—井下机组；3—油层套管；4—上排出阀；5—上吸人阀；6—上液缸；7—活塞杆；8，17，22—通道；9—滑阀；10—阀芯；11，19，20—孔；12—泄压孔；13—吸人流道；14—下液缸；15—下吸入阀；16—下排出阀；18—上部换向槽；21—滑阀开孔；23—下部换向槽；24—泵工作筒；25—固定阀；26—套管封隔器4．水力活塞泵的气锁水力活塞泵也存在气锁。当吸入流体含游离气时，在泵排出冲程末端，一部分流体会存留在余隙容积中，压力等于泵排出压力。泵柱塞反向运动，余隙容积中的气体膨胀，压力同时降低。压力未降到泵的吸人压力，吸入阀不会打开，泵的有效冲程长度减少，严重时会使吸入阀打不开，这种现象称作气锁。三、水力活塞泵的起下操作水力活塞泵在油井投产之前，把井口流程倒成正循环方式，用动力液进行正循环洗井，直至把井筒洗清洁为止，这时可进行下泵投产。(一)下泵操作规程1．下泵前的准备（1）首先要与地面高压泵站联系，提供充足的动力液进行动力液循环。单体水力活塞泵应有水泥车、罐车保证投泵需要。(2)新井投产或作业后开井，先进行动力液地面循环，检泵井冬季地面循环不允许中断。(3)打开清蜡闸门，投入固定阀后关闭，再开生产闸门，使固定阀落入井中。(4）新井或作业后油井开井时先正循环洗井，根据泵挂深度和套管内径，确定洗井排量和所需总液量，一般洗井液能够在井筒中循环三周以上。(5)老井检泵，待井下泵起出后循环洗井l小时，然后正循环洗井两周。(6）将水力泵装入防喷管内，安装好捕捉器，反时针旋转吊环，直至锁住水力活塞泵为止。2．投泵操作(1)检查防喷管上放空闸门是否关严。(2）缓慢打开投泵高压控制阀，使高动力液由防喷管顶部进入防喷管，同时检查各连接部位有无渗漏，如有渗漏，要关闭投泵高压控制阀，放空后处理。(3)打开清蜡闸门，把清蜡闸门全部打开。(4)顺时针旋转捕捉器吊环，释放捕捉器使泵投入井中。(5）缓慢关小生产闸门，当听到井下泵通过采油树四通后再开大生产闸门，缓慢试关清蜡闸门，待井下泵确实已入井后关死清蜡闸门。(6）关闭投泵高压控制阀，打开放喷管放空阀门放空，吊住放喷管，卸开活接头或螺纹，卸下防喷管。(7）投泵完毕后，检泵工通知计量站值班工人注意观察泵的工作情况，发现问题及时汇报。水力活塞泵的起下操作(二)起泵操作规程（1）将井口流程倒成反循环，即动力液从油套环形空间进入，从油管返出。（2）缓慢提高排量，排量控制在4～5米3／小时，观察反循环干线压力变化判断井下泵是否离开泵座，起泵干线压力一般不超过5兆帕，若超过时，则认为起泵不正常。（3）对起泵不正常井，可采用提高排量，提高干压的办法试行。（4）在起泵的整个过程中，要有专人在流量控制管汇调节流量，确保其正常工作。（5）井下泵循环到井口后，保持动力液反循环，值班人员通知检泵班，开始起泵、换泵。（6）地面装配防喷管，反时针方向旋转捕捉器吊环至锁紧位置，挂好投捞泵吊线，吊起。井口安装好防喷管，连接高压和低压连通管线。（7）先倒地面循环，再全部打开清蜡闸门，慢开起泵控制阀，缓慢关小同侧生产闸门，利用油管压力和动力液循环压力将井下泵推入防喷管。（8）当听到井下泵撞击捕捉器被捉住的声音后，开生产闸门、慢关清蜡闸门，再关起泵控制阀。防喷管先放空后，再卸开捕捉器堵头，吊出井下泵。四、水力活塞泵使用范围及故障分析对比其他型式的抽油设备，水力活塞泵的一个重要优点是具有较高的效率，而且随着油井动液面的降低，它的效率减小不多。(一)水力活塞泵使用范围1．深井和超深井的开采2．定向井的开采3．小井眼油井的开采4．稠油的开采5．多蜡井的开采水力活塞泵的缺点是需向井中下放双层油管(指固定插入式和平行管自由式)，增加了设备的金属消耗量和投资，提高了井下修理劳动量和维修费用；同时又限制了井下机组的尺寸，使结构复杂化。(二)水力活塞泵抽油井故障分析水力活塞泵在正常工作状态下，其主要技术参数均近似于理论技术参数，如工作压力、动力液流量、混合液流量、冲次等。如实测数据与此相等，则抽油井工作基本正常。如实测数据偏离理论数据，就要分析原因，排除故障，以保证正常工作。水力活塞泵抽油井常见故障及其排除方法见下表:水力活塞泵故障及其排除方法故障可能原因消除方法抽油泵容积效率明显降低（1）吸入阀、排除阀漏失（2）排出液和地层液之间的密封损坏（3）吸入阀、排出阀的端面不密封起泵检查，修理或更换，压紧端面沉没机组突然不工作，泵压突然上升憋压拉杆和阀芯、阀芯和滑阀、滑阀和阀体、活塞和缸套被砂或脏物卡死起泵检修，清洗或更换零件泵突然不出油地层出砂严重，造成油层被砂堵冲砂多次检泵只能短期正常工作泵座密封面损坏起泵，更换泵座