石油开采潜油电泵采油课件.pptx

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,重庆科技学院石油工程学院制作,第,#,页,渤海石油系列培训教材多媒体课件,单击此处编辑母版标题样式,第,1,页,电潜泵管柱工作示意图,表述电潜泵性能的主要参数有：额定排量,Q,、额定扬程（压头）,H,、额定轴功率,P,、额定效率、额定转速,n,等参数电潜泵的额定排量和效率取决于泵型，额定扬程决定于泵型和级数，额定轴功率由额定排量和扬程确定，额定转速取决于电机结构第,2,页,潜油电泵工作原理,潜油电泵采油原理是潜油电泵机组下入油井内一定深度，在一定的沉没压力下，电动机带动离心泵高速旋转；与此同时，井内油流经过分离器分离出部分游离的气体后，进入多级离心泵，油流在多级离心泵多级增压形成足够的压头，并被举升至地面第,3,页,一、潜油电泵的结构组成,潜油电泵系统由三部分组成：潜油电泵机组、地面电气设备和动力电缆潜油电泵的全称为沉没式潜油电动离心泵，简称潜油电泵或电潜泵，英语中简称,ESP,（即,ELECTRICAL SUBMERSIBLE PUMP,的缩写），它是一种无杆式抽油泵，主要由电动机、保护器、分离器、和离心泵四个部件组成第,4,页,潜油电泵组成,电潜泵井下系统主要由电机、潜油泵、保护器、分离器、测压装置（,PSI,PHD,）、动力电缆、单流阀、泄油阀、扶正器等组成。

第,5,页,1,电机,电潜泵电机又叫潜油电机，它是电潜泵机组的原动机，一般位于最下端它是三相鼠笼异步电机，把电能转变成机械能它与普通电机相比，具有以下特点：机身细长，一般直径,160mm,以下，长度,5,10m,，；转轴为空心，便于循环冷却电机；启动转矩大，,0.3s,即可达到额定转速；电机内腔充满电机油以隔绝井液和便于散热；有专门的井液与电机油的隔离密封装置,保护器第,6,页,电机系统组成及作用,潜油电机为立式悬挂结构，主要由定子、转子、止推轴承、扶正轴承、电机头、下接头等组成潜油电机为密闭式，腔内充满高纯度、高介电强度的矿物油，它在电机内起润滑、绝缘和传递热量的作用1,）定子,定子的功能是产生旋转磁场，将电能转变成磁能，主要包括定子铁芯、黄铜夹段和定子绕组等第,7,页,潜油电机的结构图,第,8,页,潜油电机结构示意图,1-,止推轴承,2-,轴,3-,电缆头,4-,引线,5-,定子,6-,转子,7-,扶正轴承,8-,壳体,第,9,页,潜油电机,-,循环冷却系统,4,）循环冷却系统,潜油电机冷却系统由润滑叶轮、滤网、定子油道、油孔和空心电机轴及电机油等组成，带走电机定子和转子在交流和涡流作用下产生的热量，达到冷却电机和保护绝缘材料的作用，延长电机寿命。

第,10,页,潜油电机的工作原理,潜油电机工作原理：当三相交流电通过电缆输送到电机定子绕组时，流入电机的电流在气隙内产生一同步旋转磁场，该磁场与转子切割时，转子绕组中有感应电流产生，由于通电导体在磁场内产生一同步旋转磁场，该磁场与转子切割时，转子绕组中有感应电流产生，由于通电导体在磁场内受磁力作用，转子就会跟着磁场旋转，如果电机轴端带有机械负载，电机就输出机械功率，从而将电能转化为机械能第,11,页,2.,潜油泵,电潜泵具有以下特点：直径小，排量范围大，外径一般为,85.5,102mm,，排量范围可达,30,8000m,3,d,；级数多，长度长，扬程范围宽，扬程一般在,150,4500m,；泵吸口有气体分离，防止气蚀和提高泵效第,12,页,潜油泵 结构组成,潜油泵为多级离心泵，包括固定和转动两大部分固定部分由导轮、泵壳和轴承外套组成；转动部分包括叶轮、轴、键、摩擦垫、轴承和卡簧电潜泵每级就是一个离心泵潜油泵按叶轮是否固定分为浮动式、半浮动式和固定式三种第,13,页,潜油泵,l,）叶轮,叶轮是电潜泵的核心部分，它是将机械能转变成生产流体压能的关键部件，液体通过叶轮时，液体的压能和动能都得到增加。

第,14,页,潜油泵,2,）导轮,导轮是泵的固定部分，它一方面将动能转变成压能和降低速度减小摩阻损失；一方面改变流向，将流体导人下一级叶轮人口第,15,页,3.,油气分离器,对于含气电泵井而言，井液在进入潜油泵之前，要先通过油气分离器进行气、液分离，以减少气体对潜油泵工作性能的影响其作用：一是作为多级离心泵的吸入口通道；二是将游离气从井液中分离出来，减少气体对离心泵的影响，提高泵效，保证离心泵正常工作第,16,页,油气分离器的结构原理图,位于潜油泵的下端，是泵的入口，其作用是将油井生产流体中的自由气分离出来，以减少气体对泵的排量、扬程和效率等特性参数的影响，和避免气蚀发生按不同的工作原理，可将其分为沉降式（重力式）和旋转式（离心式）两种第,17,页,油气分离器原理,气、液混合物进入分离器后，由叶轮来提高其扬程和旋转速度，然后由倒流轮再进一步提高其旋转速度，使气、液混合物在高速旋转的条件下，质量越大，所受到的离心力也越大这样，质量较大的液体被甩到分离腔的外缘，而气体则被外缘的液体挤向分离腔中部，两者均呈螺旋上升从而实现气、液分离第,18,页,4.,保护器,保护器又叫潜油电机保护器，是电潜泵所特有的。

其位于电机与气体分离器之间，上端与分离器相连，下端与电机相连，起保护电机作用第,19,页,保护器结构图,各类保护器腔体内的呼吸通道都是多级迷宫式结构电机内腔压力与井液压力相差很小，基本处于平衡状态起到密封作用第,20,页,保护器的作用,保护器主要是保护潜油电机的，最终目的是阻止井液进入潜油电机，避免烧毁潜油电机保护器在潜油电泵机组中主要有以下四个作用：,（,1,）密封潜油电机轴的动力输出端，防止井液进入潜油电机2,）保护器的充油腔体与油井相连通，从而平衡潜油电机和保护器中各密封部位两端的压差当潜油电机因温度升高而使润滑油体积膨胀时，润滑油可通过保护器溢出；当潜油电机因停机温度下降时，保护器可向潜,.,油电机补充润滑油3,）内设一个推力轴承，承担作用在泵轴、分离器轴和保护器轴向下的轴向力4,）连接潜油电机轴与泵轴（或分离器轴），连接潜油电机壳体（或分离器壳体）第,21,页,保护器的呼吸过程,在使用时，保护器各级腔体内都注满电机油待下入井中后，电动机、保护器的环境温度逐步升高，其内的电机油便逐步膨胀，于是保护器腔体内多余的电机油便由保护器呼吸孔溢入井筒中当电动机工作时，电动机和保护器的工作温度大幅度上升，于是电动机停机后，其温度逐渐下降，其内的电机油也逐渐收缩，其电机油空缺部分由保护器内的电机油回流来补充；而保护器内电机油的空缺则由井液通过呼吸孔流入填充，但由于保护器腔体的特殊构造，回流井液开始只限制在特定的腔体内。

再开机时，电动机、保护器的工作温度再次升高，这时电动机腔体因膨胀而多出的电机油又排入保护器，保护器则先将井液排出，其中也会排出少量的电机油，直到电动机、保护器工作温度趋于稳定后，保护器停止呼吸、保护器的每次呼吸与电动机、保护器开停前后的温度成正比第,22,页,6.,动力电缆,动力电缆是电机与地面控制系统相联系传送电力纽带和,测压,信号的通道，工作于油套管之间分为小扁电缆、大扁电缆和圆电缆按温度等级可以分为,90,、,120,、,150,等,3,个等级，,第,23,页,7.,单流阀,其作用主要是：保护足够高的回压，使得泵在启动后能很快在额定点工作；防止停泵以上流体回落引起机组反转脱扣；便于生产管柱验封一般安装在泵出口,12,跟油管处，采用标准油管扣于上下油管连接第,24,页,8.,泄油阀,泄油阀一般安装在单流阀以上,12,跟油管处，它是检泵作业上提管柱时油管内流体的排放口，以减轻修井机符合和防止井液污染平台甲板和环境第,25,页,9.,辅助工具,扶正器,扶正器主要用于斜井，位于电机尾部，使电机居中，使得电机外部过流均匀，散热环境好，防止电机局部高温而损坏第,26,页,二、地面系统组成及作用,电潜泵采油系统的地面部分由配电盘、变压器、控制柜或变频器。

接线盒和采油树井口组成，1.,变压器,有两种变压器系统，一种是一台变压器对一台电潜泵供电的单一变压器，一种是一台变压器对多台电潜泵供电的公用变压器第,27,页,2.,控制柜,潜油泵控制柜是一种专门用于电潜泵启停、运行参数监测和电机保护的控制设备，分手动和自动两种方式具有短路保护、三相过载保护、单相保护、欠载停机保护延时再启动第,28,页,3.,变频器,变频器是电潜泵采油系统的一种新型控制设备用于电潜泵采油系统的变频器有两种，一种是恒压源的，一种是恒流源（常称,PWM,）的恒流源变频器输出的电流特性比恒压源好具有以下几大特点：,输出频率可在,30,90Hz,范围内连续变化，使得电机的转速,1700,5130r,min,内变化，泵排量变化范围是额定排量的,0.6,1.8,倍，扬程范围为,0.36,3.24,倍；,可以在,8,10Hz,频率下启动电机，达到恒转矩软启动的目的，启动电流只有额定电流的,1,1.5,倍，大大减少了电机启动时的电流和机械冲击，利于延长电机寿命；,第,29,页,辅助部分,接线盒,接线盒是电潜泵井下电缆与地面电缆之间的过渡连接装置，其作用是排放通过电缆保护套渗到地面的天然气，防止天然气沿电缆进人控制柜而发生爆炸。

火灾等不安全事故；另一个作用是方便地面接线工作它必须安放在通风良好、空气干燥的环境，必须具有防滴、防渗和气体排放等功能第,30,页,电潜泵,洗井管汇,2,洗井管汇及流程,对于电潜泵井来说，检泵作业是必然的，必须配备压井和洗井作业设备和流程，要求管线压力等级必须满足洗井压力等级的需要，视油井深度和油层压力而定一般油田的洗井流程和管汇是固定的，为了节约投资，部分油田采用临时洗井管线第,31,页,5.,电潜泵故障诊断与排除,(1),电机及保护器故障诊断与处理,电机损坏分电气损坏、电机轴断和机械磨损等情况电气损坏故障表现十分明显，通常是控制柜过载停机，电流卡片上的电流突然上升后又突然掉下来（如图）三相对地绝缘电阻为零，直阻很不平衡，只能通过检泵作业恢复生产电机电气损坏电流卡片,第,32,页,机械磨损故障表现为控制柜显示过载停机，机组电气性能良好，电流卡片（如图）显示为电流逐渐上升，停机冷却一段时间后又能重新开机生产运行较长时间，但每次的运行时间间隔逐渐缩短，可以等待适当时机进行检泵作业电机机械磨损实际上是轴承磨损，与泵、保护器的轴承磨损一致，很难区分开来发生电机轴断故障时，通常表现为井口无产液，无油压，运行电流低于电机空载电流，电流卡片不光滑，控制柜显示欠载停机，机组电气性能检测时一切正常。

电机磨损电流卡片,第,33,页,(2),电缆故障诊断与排除,当电缆发生故障时，一般表现为地面控制柜过载停机，有时配电盘也跳闸，电流卡片上的电流曲线突然上升，与电机电气损坏相似，进行机组电气性能检测时，三相对地绝缘电阻为零，电阻平衡电缆损坏常有两种情况：一种是在井口或油管挂处损坏，表现为直阻不超过,l,，一种是远离井口，直阻为,2,3,（视井深而定），具体损坏处可以根据每米电缆的阻值进行测算得出对于在井口损坏情况，可以采取重新接缆来解决；如果在采油树帽以下到几根油管处，可以采取上提油管重新接缆来处理；如果损坏深度较深，则必须检泵作业第,34,页,(3),电泵故障诊断与处理,在油田现场实际生产中，电泵故障主要是叶轮磨损、断轴、窜轴、轴承磨损等现象泵叶轮磨损时表现为产量和油压逐渐降低，运行电流逐渐变小，电流卡片比较光滑（如图），也可能出现欠载停机，进行正挤憋压时压力很快升高发生这种故障时可以继续生产以等待作业换泵这种故障发生在机组连续运行时间很长、油井轻微出砂或井液有腐蚀情况泵轴断出现的几率很小，往往是由于油特别稠或油井出砂严重电泵叶轮磨损电流卡片,第,35,页,对于新防砂完井后就下电泵生产的井，可能是由于完井作业后充填砂为冲洗干净所致，可以采取以下措施解决：上调过载设定值，停机进。