機械采油技術(shù)

機械采油技術(shù)第1頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一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2頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第一節(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設(shè)備組成抽油過程介紹第3頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一工作時，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第4頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一③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①游梁和連桿的連接位置不同。不同點：②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。第5頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一新型抽油機：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節(jié)能加大沖程第6頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一游梁式抽油機系列型號表示方法CYJ12—3.3—70(H)F(Y，B，Q)游梁式抽油機系列代號CYJ-常規(guī)型CYJQ-前置型CYJY-異相型懸點最大載荷，10kN光桿最大沖程，m減速箱曲柄軸最大允許扭矩,kN.m減速箱齒輪形代號，H為點嚙合雙圓弧齒輪，省略漸開線人字齒輪平衡方式代號F：復(fù)合平衡Y：游梁平衡B：曲柄平衡Q：氣動平衡第7頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一(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。第8頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一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)。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。第9頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一(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)第10頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一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，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)第11頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一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：如鋼絲繩抽油桿特種抽油桿第12頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一二、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。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。第13頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2)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。第14頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一（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)。第15頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一1.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、泵效及其影響因素第16頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一3.提高泵效的措施(1)選擇合理的工作方式①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。②連噴帶抽井選用大沖數(shù)快速抽汲，以增強誘噴作用。③深井抽汲時，S和N的選擇一定要避開不利配合區(qū)。(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第17頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一四、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=sP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)。第18頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2.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第19頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一(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①氣體影響示功圖充滿系數(shù)：氣鎖第20頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一②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：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。充不滿的示功圖第21頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2.漏失對示功圖的影響①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：第22頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一②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：第23頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一圖10-11吸入凡爾嚴重漏失第24頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一③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第25頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一3.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)?；钊ㄔ诒猛仓胁康?6頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一4.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、油稠帶噴第27頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一5.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：抽油桿斷脫第28頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一出砂井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29頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)無桿泵采油基礎(chǔ)第30頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一一、電動潛油離心泵采油(1)能量傳遞過程潛油電機保護器分離器多級離心泵潛油電纜井下機組部分變壓器控制屏接線盒地面控制部分泄油閥單流閥電力傳輸部分(2)地層流體舉升過程第31頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一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；(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。第32頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一圖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第33頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一工作原理：動力液地面加壓；油管或?qū)Ｓ脛恿σ汗茌斔?；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。第34頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一適應(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)；第35頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一(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)井數(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)第36頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一(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。第37頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一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。第38頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一圖10-14開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)第39頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一圖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第40頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一井下射流泵工作示意圖第41頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一通過注入井內(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。第42頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一圖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汗茌斔?；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)第43頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一螺桿泵采油系統(tǒng)第44頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一地面驅(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)

第45頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一什么是螺桿泵？

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。第46頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一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、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-上接頭第47頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一

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？第48頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一螺桿泵定、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)第49頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一螺桿泵有哪些結(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。

TDe第50頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一

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，用阿拉伯數(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)知識第51頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一

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)排量公式如下：第52頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一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。第53頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一地面驅(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