第4章无杆泵采油.ppt

举升动力传输的方式不同举升动力传输的方式不同有杆泵采油有杆泵采油气举采油气举采油人人工工举举升升采采油油地面能量通过地面能量通过抽油杆抽油杆提供给抽提供给抽油泵，将井底原油举升至地面油泵，将井底原油举升至地面的采油方式的采油方式利用气举气体的膨胀使井筒中利用气举气体的膨胀使井筒中的的混合液密度混合液密度降低将流到井降低将流到井内的原油举升到地面内的原油举升到地面无杆泵采油无杆泵采油地面能量地面能量不通过抽油杆不通过抽油杆提供给提供给抽油泵，将井底原油举升至地抽油泵，将井底原油举升至地面的采油方式面的采油方式1第一节第一节 电动潜油离心泵采油电动潜油离心泵采油(1) (1) 能量传递过程能量传递过程潜油电机潜油电机保护器保护器分离器分离器多级离心泵多级离心泵潜油电缆潜油电缆井井下下机机组组部部分分变压器变压器控制屏控制屏接线盒接线盒地地面面控控制制部部分分泄油阀泄油阀单流阀单流阀电力传电力传输部分输部分(2) (2) 地层流体举升过程地层流体举升过程2电潜泵举升方式的主要优点：电潜泵举升方式的主要优点：(1) (1) 排量大；排量大；(2) (2) 操作简单，管理方便；操作简单，管理方便；(3) (3) 能够较好地运用于斜井与水平井以及海上采油；能够较好地运用于斜井与水平井以及海上采油；(4) (4) 在防蜡方面有一定的作用。

在防蜡方面有一定的作用电潜泵举升方式的主要缺点：电潜泵举升方式的主要缺点：(1) (1) 下入深度受电机功率、油套管直径、井筒高温等的限制；下入深度受电机功率、油套管直径、井筒高温等的限制；(2) (2) 比较昂贵，初期投资高；比较昂贵，初期投资高；(3) (3) 作业费用高和停产时间过长；作业费用高和停产时间过长；(4) (4) 电机、电缆易出现故障；电机、电缆易出现故障；(5) (5) 日常维护要求高日常维护要求高第一节第一节 电动潜油离心泵采油电动潜油离心泵采油3( (一一) ) 潜油电机潜油电机一、电潜泵采油装置一、电潜泵采油装置作用：产生旋转磁场作用：产生旋转磁场2) (2) 转子系统：转子系统：转子铁芯、转子绕组、转轴、扶正轴承、短路环转子铁芯、转子绕组、转轴、扶正轴承、短路环(3) (3) 止推轴承：止推轴承：作用：承受电机的轴向力作用：承受电机的轴向力4) (4) 润滑油循环系统：润滑油循环系统：轴孔、定转子间隙、通油孔轴孔、定转子间隙、通油孔(1) (1) 定子系统：定子系统：定子铁芯、定子绕组、电机壳体定子铁芯、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：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，起到润滑和冷却润滑和冷却作用主要主要结构结构组成组成及其及其作用作用4(2) (2) 外廓尺寸细长；外廓尺寸细长；(3) (3) 转子和定子分节；转子和定子分节；(4) (4) 保证潜油电机的严格密封；保证潜油电机的严格密封；(5) (5) 润滑油循环系统比较特殊润滑油循环系统比较特殊1) (1) 两极、三相鼠笼式异步感应电机；两极、三相鼠笼式异步感应电机；潜油电机主要结构特点：潜油电机主要结构特点：一、电潜泵采油装置一、电潜泵采油装置5( (二二) ) 多级离心泵多级离心泵一、电潜泵采油装置一、电潜泵采油装置1.1.泵的结构泵的结构 潜油多级离心泵结构示意图潜油多级离心泵结构示意图上接头上接头壳壳 体体叶叶 轮轮导导 轮轮转转 轴轴轴轴 套套下接头下接头泵吸入口泵吸入口6结构特点结构特点：：(1) (1) 直径小、级数多、长度大；直径小、级数多、长度大；(2) (2) 轴向卸载、径向扶正；轴向卸载、径向扶正；(3) (3) 泵吸入口装有特殊装置，如油气、油砂分离器等；泵吸入口装有特殊装置，如油气、油砂分离器等；(4) (4) 泵出口上部装有单流阀和泄油阀。

泵出口上部装有单流阀和泄油阀一、电潜泵采油装置一、电潜泵采油装置7 潜油多级离心泵的工作原理与地面离心泵相同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，中心沿叶片间的流道甩向叶轮四周时，液体受叶片的液体受叶片的作用，使压力和速度同时增加，作用，使压力和速度同时增加，并经导轮的流道被引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，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进一步使液体的压能增加获得一定的扬程2.2.泵的增压原理泵的增压原理一、电潜泵采油装置一、电潜泵采油装置83.3.泵的工作特性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潜油离心泵特性曲线图一、电潜泵采油装置一、电潜泵采油装置9( ( ( (一一一一) ) ) )电机：电机：电机：电机： 两极三相鼠笼感应电机，用于驱动离心泵转动两极三相鼠笼感应电机，用于驱动离心泵转动安装在井液流过的地方安装在井液流过的地方. . 一、电潜泵采油装置一、电潜泵采油装置10( (二二) ) 保护器保护器 保护器是利用井液与电机油的密度差异，以保护器是利用井液与电机油的密度差异，以防止井液进入电防止井液进入电机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机油来完成这一功能保护器类型：保护器类型：连通式、沉淀式和胶囊式保护器连通式、沉淀式和胶囊式保护器( (三三) ) 油气分离器油气分离器 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：常用的分离器有两种：沉降式和旋转（离心）式沉降式和旋转（离心）式一、电潜泵采油装置一、电潜泵采油装置11( (四四) ) 潜油电缆潜油电缆潜油电缆结构特点：潜油电缆结构特点：  要求便于起下，且不易损坏；要求便于起下，且不易损坏； 要求耐油、气、水，耐高温、高压；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终端有与电机插配的特殊密封接头——电缆头；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；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。

不破裂作用：地面向井下机组传输电力作用：地面向井下机组传输电力一、电潜泵采油装置一、电潜泵采油装置12( (五五) ) 控制屏控制屏一、电潜泵采油装置一、电潜泵采油装置组成：组成：由电机启动器、过载和欠载保护、手动开关、时间继由电机启动器、过载和欠载保护、手动开关、时间继电器、电流表组成电器、电流表组成作用：作用：控制井下电机的运行，自动控制潜油电泵系统的启动和控制井下电机的运行，自动控制潜油电泵系统的启动和停机停机具有短路、过载、欠载保护功能，以及欠载延时自动启具有短路、过载、欠载保护功能，以及欠载延时自动启动功能通过电器仪表随时测量电流和电压，可以跟踪系动功能通过电器仪表随时测量电流和电压，可以跟踪系统运行状况，应用变频控制屏可以改变传给井下电机的统运行状况，应用变频控制屏可以改变传给井下电机的频率，灵活调节和控制产量的大小频率，灵活调节和控制产量的大小13( (六六) ) 变压器变压器一、电潜泵采油装置一、电潜泵采油装置作用：作用：将交流电的电源电压转变为井下电机所需要的电压将交流电的电源电压转变为井下电机所需要的电压将交流电的电源电压转变为井下电机所需要的电压将交流电的电源电压转变为井下电机所需要的电压工作原理：电磁感应原理。

工作原理：电磁感应原理工作原理：电磁感应原理工作原理：电磁感应原理类型类型: :三个单相变压器、三相标准变压器和三相自耦变压器三个单相变压器、三相标准变压器和三相自耦变压器三个单相变压器、三相标准变压器和三相自耦变压器三个单相变压器、三相标准变压器和三相自耦变压器 ( (七七) ) 接线盒接线盒•作用：作用：ØØ连接控制屏到井口之间的电缆；连接控制屏到井口之间的电缆；连接控制屏到井口之间的电缆；连接控制屏到井口之间的电缆；ØØ将井下电缆芯线内上升至井口的天然气放空，防止天然将井下电缆芯线内上升至井口的天然气放空，防止天然将井下电缆芯线内上升至井口的天然气放空，防止天然将井下电缆芯线内上升至井口的天然气放空，防止天然气直接进入控制屏，使控制屏产生电火花时引起爆炸气直接进入控制屏，使控制屏产生电火花时引起爆炸气直接进入控制屏，使控制屏产生电火花时引起爆炸气直接进入控制屏，使控制屏产生电火花时引起爆炸•安装位置：安装位置：在井口和控制屏之间在井口和控制屏之间在井口和控制屏之间在井口和控制屏之间14( (八八) )单流阀单流阀一、电潜泵采油装置一、电潜泵采油装置•在泵内不工作时保持油管柱充满流体，易于起泵，消耗在泵内不工作时保持油管柱充满流体，易于起泵，消耗功率最小功率最小•防止停泵后液体倒流，使机组反转防止停泵后液体倒流，使机组反转 ( (九九) )泄油阀泄油阀 安装在单流阀之上，以防止起泵时油管柱中的井液在安装在单流阀之上，以防止起泵时油管柱中的井液在卸油管时流到地面上。

通过剪断销钉连通上下油管，将原卸油管时流到地面上通过剪断销钉连通上下油管，将原油卸入井筒油卸入井筒15( (十十) )扶正器扶正器一、电潜泵采油装置一、电潜泵采油装置 扶扶正正泵泵和和电电机机，，使使机机组组处处于于井井筒筒中中间间，，以以便便电电机机很很好好冷冷却，防止电缆与套管内壁摩擦损坏却，防止电缆与套管内壁摩擦损坏16l标准安装方式：标准安装方式： 从下往上依次是电机、保护器、气液分离器、从下往上依次是电机、保护器、气液分离器、多级离心泵及其它附属部件，主要用于油井采油多级离心泵及其它附属部件，主要用于油井采油 l底部吸入口安装方式：底部吸入口安装方式： 从上到下依次是电机、保护器、排出口、泵、从上到下依次是电机、保护器、排出口、泵、吸入口吸入口 ，用于油管摩阻损失大或泵径大的井，用于油管摩阻损失大或泵径大的井 l底部排出口安装方式底部排出口安装方式 ：： 从上到下依次是电机、保护器、吸入口、泵、从上到下依次是电机、保护器、吸入口、泵、排出口排出口 ，用于将上部层位的地层水转注到下部层位，，用于将上部层位的地层水转注到下部层位，适用于油田注水开发或气井排水采气适用于油田注水开发或气井排水采气 4.1 电潜泵系统安装方式安装方式171.1.含气液体对电泵工作特性的影响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（三）影响电泵工作特性的因素分析◆ 扬程、排量及效率下降；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，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。

将会使离心泵停止排液2.2.液体粘度对电泵工作特性的影响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；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二、电潜泵油井生产系统设计183.3.温度对电泵工作特性的影响温度对电泵工作特性的影响4.4.砂、蜡等对电泵工作特性的影响砂、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电泵生产要求含砂小于0.05%0.05%；；◆ 蜡沉积堵塞叶导轮蜡沉积堵塞叶导轮流道，井液阻力增加流道，井液阻力增加电机负荷增加，严重时过载停机电机负荷增加，严重时过载停机泵排量下降泵排量下降5.5.其它如沉没度、井下压力等与气体影响有关其它如沉没度、井下压力等与气体影响有关二、电潜泵油井生产系统设计二、电潜泵油井生产系统设计19三、潜油电泵井的管理三、潜油电泵井的管理1. 1. 1. 1. 潜油电泵井的工作制度潜油电泵井的工作制度潜油电泵井的工作制度潜油电泵井的工作制度原则原则：潜油电泵应在最高排量范围内工作，泵的：潜油电泵应在最高排量范围内工作，泵的排液能力应与油井的供液能力协调一致。

排液能力应与油井的供液能力协调一致l当油井产量在泵的最佳范围内时，应采用连当油井产量在泵的最佳范围内时，应采用连续生产工作制度，让泵连续运转续生产工作制度，让泵连续运转 l当泵排量大于油井供液能力时，可以采用间当泵排量大于油井供液能力时，可以采用间歇生产工作制度，或在地面从套管环空注入一歇生产工作制度，或在地面从套管环空注入一部分液体，也可以采用更换小排量泵的方法部分液体，也可以采用更换小排量泵的方法 20三、潜油电泵井的管理三、潜油电泵井的管理2. 2. 潜油电泵井的清蜡潜油电泵井的清蜡•玻璃油管防蜡玻璃油管防蜡•刮蜡片清蜡刮蜡片清蜡•热油循环清蜡热油循环清蜡•热电缆清蜡热电缆清蜡•加药剂清蜡加药剂清蜡 21三、潜油电泵井的管理三、潜油电泵井的管理3. 3. 潜油电泵井故障原因及处理方法潜油电泵井故障原因及处理方法潜油电泵井部分故障原因及处理方法见表潜油电泵井部分故障原因及处理方法见表4-14-1 4. 4. 潜油电泵井的运行和电流卡片分析潜油电泵井的运行和电流卡片分析22开式水力活塞泵采油系统开式水力活塞泵采油系统第二节第二节 水力活塞泵采油水力活塞泵采油一、水力活塞泵采油系统举升原理一、水力活塞泵采油系统举升原理高压泵机组高压泵机组高压控制管汇高压控制管汇动力液处理装置动力液处理装置计量装置计量装置地面管线地面管线地面流程地面流程井口井口井下器具管柱结构井下器具管柱结构水力活塞泵井下机组水力活塞泵井下机组油井装置油井装置液马达液马达抽油泵抽油泵滑阀控制机构滑阀控制机构23工作原理：工作原理：动力液地面加压；动力液地面加压；油管或专用动力液管输送；油管或专用动力液管输送；动力液被传至井下液马达处；动力液被传至井下液马达处；滑阀控制机构换向；滑阀控制机构换向；动力液驱动液马达；动力液驱动液马达；液马达做往复运动；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；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。

原油被增压举升一、水力活塞泵采油系统举升原理一、水力活塞泵采油系统举升原理开式水力活塞泵采油系统开式水力活塞泵采油系统24适适应应条条件件主要缺点：主要缺点：油层深度与排量范围大；油层深度与排量范围大；含蜡；含蜡；稠油；稠油；井斜1) (1) 机组结构复杂，加工精度要求高；机组结构复杂，加工精度要求高；(2) (2) 地面流程大，投资高地面流程大，投资高( (规模效益规模效益) )；；一、水力活塞泵采油系统举升原理一、水力活塞泵采油系统举升原理25(2) (2) 按动力液循环分类按动力液循环分类(3) (3) 按动力液性质分类按动力液性质分类水力活塞泵采油系统类型分类水力活塞泵采油系统类型分类：：(1) (1) 按系统井数分类按系统井数分类动力液不与产出液混合动力液不与产出液混合动力液与产出液混合动力液与产出液混合单井流程系统；单井流程系统； 多井集中泵站系统；多井集中泵站系统；大型集中泵站系统大型集中泵站系统闭式循环方式：闭式循环方式：开式循环方式：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一、水力活塞泵采油系统举升原理26(4) (4) 按井下泵的安装方式分类按井下泵的安装方式分类固定式安装：固定式安装：整个泵随油管下入井内，优点是泵径大、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。

排量大，缺点是起泵必须起油管插入式安装：插入式安装：泵工作筒随大直径油管下入井内，而沉没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，插到泵工作筒内泵机组则用小直径油管下入，插到泵工作筒内投入式安装：投入式安装：又分单管封隔式和平行管柱式，泵工作筒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，下泵和起泵，优点是起下泵方便，缺点是泵径受到限制，排量较小排量较小一、水力活塞泵采油系统举升原理一、水力活塞泵采油系统举升原理27最常用的三种水力活塞泵抽油装置最常用的三种水力活塞泵抽油装置(1) (1) 开式循环单管封隔器投入式水力活塞泵采油系统；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一、水力活塞泵采油系统举升原理28(2) (2) 闭式循环平行管柱投入式水力活塞泵采油系统；闭式循环平行管柱投入式水力活塞泵采油系统；平行旁通管为废动力液的流道平行旁通管为废动力液的流道一、水力活塞泵采油系统举升原理一、水力活塞泵采油系统举升原理29(3) (3) 开式循环平行管柱投入式水力活塞泵采油系统。

开式循环平行管柱投入式水力活塞泵采油系统 平行管通到封平行管通到封隔器下部，以排放隔器下部，以排放封隔器下部聚集的封隔器下部聚集的气体一、水力活塞泵采油系统举升原理一、水力活塞泵采油系统举升原理30 开式水力活塞泵采油系统开式水力活塞泵采油系统 闭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一、水力活塞泵采油系统举升原理31二、水力活塞泵井下机组二、水力活塞泵井下机组(1) (1) 液马达：液马达：将动力液的压能转换为机械能带动泵工作将动力液的压能转换为机械能带动泵工作2) (2) 泵：泵：将液马达传递给它的机械能转换成液体的压能，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用来提高油层产出液的压能3) (3) 主控滑阀：主控滑阀：利用液压差动原理控制液马达和泵柱塞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做往复运动的换向控制机构32单单作作用用泵泵工工作作原原理理示示意意图图33第三节第三节 水力射流泵采油水力射流泵采油一、水力射流泵采油系统一、水力射流泵采油系统高压泵机组高压泵机组井下器具管柱结构井下器具管柱结构井口井口高压控制管汇高压控制管汇计量装置计量装置动力液处理装置动力液处理装置地面管线地面管线系统组成系统组成油井装置油井装置地面流程地面流程射流泵射流泵34 通过注入井内的高压通过注入井内的高压动力液的能量传递给井下动力液的能量传递给井下油层产出液。

油层产出液水力射流泵举升原理水力射流泵举升原理一、水力射流泵采油系统一、水力射流泵采油系统射流泵采油井下系统示意图射流泵采油井下系统示意图35优点：优点：(1) (1) 没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大(2) (2) 由于可利用动力液的热力及化学特性，适用于高由于可利用动力液的热力及化学特性，适用于高凝油、稠油、高含蜡油井凝油、稠油、高含蜡油井3) (3) 对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性一、水力射流泵采油系统一、水力射流泵采油系统36 井下射流泵工作示意图井下射流泵工作示意图二、水力射流泵工作特性二、水力射流泵工作特性( (一一) )射流泵工作原理射流泵工作原理动力液地面加压；动力液地面加压；油管或专用动力液管输送；油管或专用动力液管输送；动力液被传至井下喷嘴；动力液被传至井下喷嘴；通过喷嘴将压能转换动能；通过喷嘴将压能转换动能；嘴后形成低压区；嘴后形成低压区；动力液与油层产出液在喉管中混合；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；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。

混合液的压力提高后被举升到地面37 井下射流泵工作示意图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、水力射流泵工作特性38 在油田开发过程中，越来越多的油井自身能量不足在油田开发过程中，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人工举升的目的就是人为地为油藏流体补充能量、维持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( (特别是油量特别是油量) )，并将其举升到地面并将其举升到地面 目目前前矿矿场场应应用用的的人人工工举举升升方方法法多多种种多多样样，，选选择择一一个个合合适的方式对油井和油田的长期效益是非常重要的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常用人工举升方式的综合对比分析39常用人工举升方式的综合对比分析常用人工举升方式的综合对比分析40常用人工举升方式的综合对比分析常用人工举升方式的综合对比分析41常用人工举升方式的综合对比分析常用人工举升方式的综合对比分析42常用人工举升方式的综合对比分析常用人工举升方式的综合对比分析美国推荐的采油方式适应性图版43。