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1、第六章 机械采油石油工程概论采油工程第一节第一节 抽油装置及泵的工作原理抽油装置及泵的工作原理第二节第二节 抽油机悬点运动规律抽油机悬点运动规律第三节第三节 影响泵效的因素及影响泵效的因素及提高泵效的措施提高泵效的措施有有 杆杆 泵泵 采采 油油第四节第四节 无杆泵采油基础无杆泵采油基础第一节第一节 抽油装置及泵的工作原理抽油装置及泵的工作原理一、抽油装置其它附件其它附件设设 备备 组组 成成抽抽油机（地面）油机（地面）抽抽油杆（传动动力）油杆（传动动力）抽抽油泵（井筒内）油泵（井筒内）工作时，动力（电动机）设备的高速旋转运动通过减速箱和游梁连杆曲柄转化成抽油机驴头的低速往复运动，通过抽油杆带
2、动井下深井泵作上下往复运动，把油抽到地面。1 1、抽油机、抽油机抽油机是有杆深井泵采油的主要地面设备，它将电能转化为机械能，包括游梁式抽油机和无游梁式抽油机两种。工作原理分类后置式和前置式后置式前置式运动规律运动规律不同不同后置式后置式上、下冲程的时间基本相上、下冲程的时间基本相 等；前置式上冲程较下冲等；前置式上冲程较下冲程慢。程慢。后置式抽油机结构简图后置式抽油机结构简图前置式气动平衡抽油机结构简图前置式气动平衡抽油机结构简图游梁和连杆的游梁和连杆的连接位置连接位置不同。不同。不同点：不同点：平衡方式平衡方式不同不同后置式多采后置式多采用机械平衡；前置式多采用气用机械平衡；前置式多采用气
3、动平衡。动平衡。新型抽油机：新型抽油机：为了节能和加大冲程。为了节能和加大冲程。异相型游梁式抽油机异相型游梁式抽油机异形游梁式抽油机异形游梁式抽油机双驴头游梁式抽油机双驴头游梁式抽油机链条式抽油机链条式抽油机宽宽带传动抽油机带传动抽油机液压抽油机液压抽油机节能节能加大冲程加大冲程1)1)、抽油机、抽油机（游梁式）（游梁式）2)2)、抽油机、抽油机（无游梁式）（无游梁式）2 2、抽油杆：、抽油杆：能量传递工具能量传递工具普通抽油杆、玻璃纤维抽油杆和空 心抽油杆用于连接驴头与井下抽油泵，对强度 有一定的要求。作用种类抽油杆的杆体直径抽油杆的杆体直径分别为分别为1313、1616、1919、2222
4、、2525、2828mmmm，抽油杆的长度抽油杆的长度一般为一般为80008000mmmm或或76207620mmmm，另外，为了调节另外，为了调节抽油杆柱的长度，还有长度不等的抽油杆短节。抽油杆柱的长度，还有长度不等的抽油杆短节。接箍接箍是抽油杆组合成抽油杆柱时的连接零件。按其结构是抽油杆组合成抽油杆柱时的连接零件。按其结构特征可分为：普通接箍、异径接箍和特种接箍。特征可分为：普通接箍、异径接箍和特种接箍。抽油杆的强度：抽油杆的强度：C C级杆级杆(570(570MPa)MPa)、D D级杆级杆(810(810MPa)MPa)抽油杆的规格：普通抽油杆普通抽油杆：由普通碳钢或合金钢制造，特点：
5、结：由普通碳钢或合金钢制造，特点：结构简单、制造容易、成本低；直径小，有利于在油构简单、制造容易、成本低；直径小，有利于在油管中上下运行。管中上下运行。 -主要用与常规有杆泵抽油方式主要用与常规有杆泵抽油方式玻璃纤维抽油杆玻璃纤维抽油杆：耐腐蚀，有利于延长寿命；重量轻：耐腐蚀，有利于延长寿命；重量轻，有利于降低抽油机悬点载荷和节约能量；弹性模量，有利于降低抽油机悬点载荷和节约能量；弹性模量小，可实现超冲程，有利于提高泵效。小，可实现超冲程，有利于提高泵效。空心抽油杆：空心抽油杆：由空心园钢管组成，成本较高，适用于由空心园钢管组成，成本较高，适用于高含蜡、高凝固点的稠油井。可用于热油循环、热电高
6、含蜡、高凝固点的稠油井。可用于热油循环、热电缆加热、或向井内加化学添加剂。缆加热、或向井内加化学添加剂。3 3、抽油泵、抽油泵工作筒(外筒和衬套)、柱塞、游动凡尔（游 动阀）、固定凡尔（固定阀）管式泵和杆式泵（按与油管连接方式）主要 组成分类抽油泵是机械能转化为流体压能的设备抽油泵是机械能转化为流体压能的设备管式泵A-管式泵1油管；3柱塞；4游动凡尔； 5工作筒；6固定凡尔 管式泵：管式泵：外筒和衬套在地外筒和衬套在地 面组装好接在油管下部先面组装好接在油管下部先 下入井内，然后投入固定下入井内，然后投入固定 阀，最后再把柱塞接在抽阀，最后再把柱塞接在抽 油杆柱下端下入泵内油杆柱下端下入泵内。
7、管式抽油泵管式抽油泵缺点工作筒在地面组装好后接在油管 柱下端，随油管一起下入井内， 然后投入固定凡尔，最后把柱塞 接在抽油杆柱下端下入泵筒内。特点特点优点优点结构简单，制造成本低，在相同 油管直径允许下入的泵径较杆式 泵大，因而排量大。检泵时要起出全部油管，费工费 时，适用于浅井、大排量（高产 ）、中等下泵深度的油井。杆式泵B-杆式泵1油管；2锁紧卡；3柱塞 4游动凡尔；5工作筒；6固定凡尔 杆式泵：杆式泵：整个泵在地面组装好整个泵在地面组装好 后接在抽油杆柱的下端整体通后接在抽油杆柱的下端整体通过油管下入井内，由预先装在过油管下入井内，由预先装在 油管预定深度油管预定深度( (下泵深度下泵深
8、度) )上的上的 卡簧固定在油管上，检泵时不卡簧固定在油管上，检泵时不 需要起油管。需要起油管。杆式抽油泵：下泵深度较大的低产油井杆式抽油泵：下泵深度较大的低产油井缺点把活塞、固定凡尔和工作筒组装 成一个整体，接在抽油杆柱的下 端整体通过油管下入井内特点特点优点优点检泵、提泵时不必起出油管，大 大缩短了作业时间，同时没有固 定凡尔打捞装置，余隙小，适用 于含气井。结构复杂，成本高，相同油管直 径允许下入的泵径小。二、泵的工作原理二、泵的工作原理（一）泵的抽汲过程（一）泵的抽汲过程抽油杆柱带活柱塞一起向上运动，由于油管内活塞以上的液柱压力作用在柱塞上，游动 阀受管内液柱压力而关闭，液体排出井口。
9、泵内进液的条件：泵内进液的条件：泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。1 1、上冲程、上冲程泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力(沉没压力)与泵内压力之差的作用下被打开 ,液体进入泵内。2 2、下冲程、下冲程柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开。柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵向油管排出液体。泵排出的条件：泵排出的条件：泵内压力高于柱塞以上的液柱压力。二、泵的工作原理二、泵的工作原理二、泵的工作原理二、泵的工作原理柱塞上、下抽汲一次为一个冲程，可分为上冲程和下冲程，在一个冲程内完成进油与排油的过程。冲程是描述抽油泵工作的参数。一
10、分钟内完成的冲程次数叫冲数（N）第三节第三节 影响泵效的因素及提高泵效的措施影响泵效的因素及提高泵效的措施(3) 漏失影响(1) 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩(2) 气体和充不满的影响(4) 体积系数的影响一、泵效及其影响因素一、泵效及其影响因素泵效：泵效：其影响因素其影响因素从泵的三个基本环节（从泵的三个基本环节（活塞让出活塞让出体积、原油进泵和泵内排液体积、原油进泵和泵内排液）可归纳为：可归纳为：3 3、抽油杆振动对活塞冲程的影响、抽油杆振动对活塞冲程的影响液柱载荷交变作用抽油杆柱变速运动抽油杆柱振动抽油杆柱变形2 2、惯性载荷对活塞冲程的影响、惯性载荷对活塞冲程的影响1 1、静载荷对活塞冲
11、程的影响、静载荷对活塞冲程的影响在上下冲程中由于活塞以上的液柱重量交替地作用于油管和抽油杆上，引起油管和抽油杆周期性地增载和减载，从而引起弹性伸缩。（一）抽油杆和油管弹性伸缩对活塞冲程的影响（一）抽油杆和油管弹性伸缩对活塞冲程的影响气体对冲满程度的影响（二）气体对泵效的影响（二）气体对泵效的影响 抽油泵吸入口压 力常低于饱和压 力，有气体进泵 。影响进泵的液 体量，使得泵效 降低。 “气锁”现象（二）气体对泵效的影响（二）气体对泵效的影响 表示泵的充满程度，其值为泵内吸入液体与活塞让出体积之比：充满系数：充满系数： 上冲程活塞让出的容积上冲程活塞让出的容积 每冲程吸入泵内的液体体积每冲程吸入泵
12、内的液体体积充满系数越大，泵效就越高。正常情况下，泵效在0.7-0.8.(1)排出部分漏失（游动凡尔、活塞衬套 ）(2)吸入部分漏失（吸入凡尔 ）(3)其它部分漏失（油管丝扣、泵的连接部分、泄油器）（三）漏失的影响（三）漏失的影响 (1)(1)选择合理的工作方式选择合理的工作方式选用大冲程、小冲次，减小气体影响，降低悬点载荷选用大冲程、小冲次，减小气体影响，降低悬点载荷 ，特别是稠油的井。，特别是稠油的井。连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。深井抽汲时，深井抽汲时，S S和和N N的选择一定要避开不利配合区。的选择一定要避开不利配合区。(
13、2)(2)确定合理沉没度。确定合理沉没度。(3)(3)改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。(4)(4)使用油管锚减少冲程损失使用油管锚减少冲程损失(5)(5)合理利用气体能量及减少气体影响合理利用气体能量及减少气体影响二、提高泵效的措施二、提高泵效的措施 设计原则：设计原则：使抽油泵的排量与油层的供液使抽油泵的排量与油层的供液能力相匹配。同时，保证抽油设 能力相匹配。同时，保证抽油设备安全、 备安全、高效的工作。高效的工作。设计内容：设计内容：确定泵径、冲程、冲数、下泵深确定泵径、冲程、冲数、下泵深度、抽油杆直径及不同直径杆的 度、抽油杆直径及不同直
14、径杆的组合方式。 组合方式。油井的监测：动液面和示功图油井的监测：动液面和示功图三、抽油机的设计与管理三、抽油机的设计与管理 动液面动液面：是指油井生产时油套环形空间的是指油井生产时油套环形空间的 油气界面深度。可以折算井底压力。油气界面深度。可以折算井底压力。示功图：是反映抽油机悬点做功大小的测示功图：是反映抽油机悬点做功大小的测 试图。是用示功仪在抽油机悬点上测得的试图。是用示功仪在抽油机悬点上测得的 。反映深井泵的工作情况。反映深井泵的工作情况。三、抽油机的设计与管理三、抽油机的设计与管理 静液面深度静液面深度：是指油井关井时油套环形空间是指油井关井时油套环形空间 的油气界面深度。可以折
15、算地层压力。的油气界面深度。可以折算地层压力。第四节第四节 无杆泵采油基础无杆泵采油基础一、电动潜油离心泵采油一、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下机组部分井下机组部分变压器变压器控制柜控制柜接线盒接线盒地面控制部分地面控制部分泄油阀泄油阀 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
16、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。开式水力活塞泵采油系统开式水力活塞泵采油系统二二 水力活塞泵采油水力活塞泵采油液马达液马达高压泵机组高压泵机组井
