精品课程石油工程11

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1、第十一章 其它人工举升方法,潜油电泵 螺杆泵 水力活塞泵 射流泵 气举 排水采气,全称为电动潜油离心泵(简称电泵)， 优点：排量大、自动化程度 是重要的机械采油方法。,第一节 潜油电泵采油,(1) 地面部分: 包括变压器、控制屏、接线盒和特殊井口装置等。 (2) 中间部分: 主要有油管和电缆。 (3) 井下部分: 主要有多级离心泵、油气分离器、潜油电机和保护器。,1. 系统组成,一、 系统组成及设备装置,系统工作过程,(1) 离心泵,离心泵是由多级组成的，其中每一级包括一个固定的导轮和一个可转动的叶轮。 叶轮的型号决定了泵的排量 叶轮的级数决定了泵的扬程和电机所需的功率。,2. 系统的设备装置

2、,叶轮有固定式和浮动式两种。 浮动式叶轮可以轴向窜动，每级叶轮产生的轴向力被叶轮和导轮上的止推轴承承受。整节泵所产生的轴向推力由保护器中的止推轴承承受。 固定式叶轮固定在泵轴上，既不能轴向窜动，也不能靠在导轮的止推垫上。叶轮及压差所产生的全部推力，都由装在保护器内的止推轴承承受。,保护器是电泵机组正常运转不可缺少的重要部件之一。根据结构和作用原理不同，可将其分为连通式、沉降式和胶囊式三种类型。,作用： 密封电机轴的动力输出端，防止井液进入电机 在电泵机组启、停过程中，为电机油的热胀冷缩提供一个补偿油的储藏空间。 通过连接电机驱动轴与泵轴,起传递扭矩的作用 保护器内的止推轴承可承受泵的轴向力。,

3、(2) 保护器,(3) 油气分离器 自由气进入离心泵后，将使泵的排量、扬程和效率下降，工作不稳定，而且容易发生气蚀损害叶片。因此，常用气体分离器作为泵的吸入口，以便将气体分离出来。按分离方式不同，分离器分可为沉降式和旋转式两种类型。,旋转式分离器是靠旋转时产生的离心力进行油气分离的，分离效果较好。 Rgl 90%,适用于低含砂井。,沉降式分离器是靠重力分异进行油气分离的，其效果较差。当Vg/Vl10%，分离效率会下降。,潜油电缆作为电泵机组输送电能的通道部分，长期工作在高温、高压和具有腐蚀性流体的环境中，因此，要求潜油电缆具有较高的芯线电性、绝缘层的介电性，较好的整体抗腐、耐磨以及耐高温等稳定

4、的物理化学性能。,潜油电缆包括潜油动力电缆和潜油电机引接线。动力电缆分为圆电缆和扁电缆两种类型，而电机引接线只有扁电缆一种。井径较大者用圆电缆，井径较小者可用扁电缆。,(4) 电缆, 控制屏是对潜油电泵机组的启动、停机以及在运行中实行一系列控制的专用设备，可分为手动和自动两种类型。它可随时测量电机的运行电压、电流参数，并自动记录电机的运行电流，使电泵管理人员及时掌握和判断潜油电机的运行状况。,(5) 控制屏,1) 为防止短路烧坏电机，提供短路速断保护； 2) 欠载时实际排量将小于设计排量，电机将因工作时产生的热量不能全部散发而烧坏，因此控制屏提供欠载保护； 3) 过载时电机超负荷运转容易烧坏，

5、因此控制屏还提供过载保护； 4) 潜油电泵不允许反转，因此三相电机的相序要正确，对此控制屏提供了相序保护； 5) 控制屏还设有延时再启动装置，对于间歇生产的井实行自动延时再启动控制。,控制屏的功能,潜油电泵的工作特性曲线是指泵的扬程、功率和效率同排量之间的关系曲线，它是选泵设计的重要依据。 潜油电泵的工作特性曲线是使泵在一定转速下运转，对排出端进行节流，以改变流量的办法试验测得的。试验介质是清水。在实际应用时，由于其使用条件与试验条件不相符，尤其是当用电泵抽取粘度很高的液体时，从而使特性曲线发生变化。因此，实际使用时应根据使用条件对工作特性曲线进行校正。,二、 潜油电泵的工作特性曲线,（1）对

6、已投产井，下泵深度已知的，需检验计算是否合理； （2）对欲转抽或新井，需确定下泵深度。 考虑因素：泵吸入口处的气液比、分离器的类型和分离能力以及沉没度。,1. 下泵深度的确定,三、 系统设计原理,泵吸入口处气液比,体积含水率,生产气油比,原油的体积系数,天然气的体积系数,泵吸入口处溶解气油比,根据上面公式，就可以计算出不同下泵深度所对应的泵吸入口处的气液比大小，并可以做出下泵深度与泵吸入口处气液比的关系曲线。,确定下泵深度时，首先要满足沉没度的要求，然后在分离器的分离能力条件下根据下泵深度与泵吸入口处气液比的关系曲线便可以确定下泵深度。 2. 泵排出口压力的确定 泵排出口压力一般要根据井口压力

7、及产量按单相管流或多相流管进行计算。 当井筒中不含气时，一般把油水混合物的流动处理成单相流动，当油水形成乳状液时，由于其物性参数难以准确确定，将带来较大的误差； 当井筒中含有游离气时，应按气、液两相管流或油、气、水三相管流进行计算。,两种方法： （1）是由井底根据流压按多相管流计算到泵吸入口，求出泵吸入口压力； （2）是由井口沿油、套管环形空间计算到泵吸入口，求出泵吸入口压力。后者涉及到环空中静气柱与沉没段液体压力的计算。,3. 泵吸入口压力的确定,总动压头（总扬程）：泵在设计排量下工作时所需要产生的总压头。 它是泵送流体到目的地所需要的排出口压头与吸入口压头之差 。,4. 总动压头(总扬程)

8、的确定,多级离心泵的选择：泵型和总级数的确定。 泵型选择，主要根据泵的设计排量，在相应的套管直径及电源频率等条件下的标准工作特性曲线来选择。,泵的总级数Z可由下述公式求得： 式中：Hj单级扬程，可由泵型的标准工作特性曲线查得。,(1) 多级离心泵,5. 系统的设备选择, 当多级离心泵的型号、扬程及所需的总级数确定以后，潜油电机所需的功率Pr（ kW）为:,由泵的标准工作特性曲线查出单级功率Pj后，计算需要的电机功率：,(2) 潜油电机,规格和型号主要决定于电缆的载流能力和工作环境。下表为不同电缆的载流能力。,电缆的长度一般为下泵深度加上2030 m地面用电缆的长度。,(3) 潜油电缆,式中U电

9、缆的电压损失， V； I电机的工作电流， A； L电缆的长度， km； R导体的有效阻抗， /km； 有功功率因数； X导体的电抗， /km； 无功功率因数。,电缆的电压损失可按如下公式计算：,变压器的容量必须能够满足电机最大负载的启动，应根据电机的负载来确定变压器的容量。可用下式计算：,4）变压器,记录的电流与潜油电机的工作电流成线性关系，它的变化情况能够反映潜油电机的运行状况。,按运行时间分，电流卡片有24 h和7 d两种规格。 对于新投产或作业的井，由于电泵运转状况还不够稳定，需要随时监测，因此采用24 h的电流卡片。当电泵机组运行状况稳定后，一般用7 d电流卡片。 用于分析的电流卡片，

10、一般是指24 h电流卡片。,四、 电流卡片分析,三相感应电机在载荷固定的情况下，其电流是恒定的。正常运转时，电流线上的电流可能稍高或稍低于铭牌电流，但是它应是平稳对称的。,1. 机组正常运转,机组正常运转时，电机输出功率是比较稳定的。 如果电源电压出现波动，那么电流也将相应产生波动，以便满足电机功率的需要。,电源电压波动的常见原因：是动力系统出现周期性重负载，如大功率注水泵的启动。 为避免由于电压波动对电泵机组造成不利的影响，应尽量间隔开这些负载。,2. 电源电压波动,A启动阶段，此时环形空间的液面很高，由于液柱的动压头下降，所以排量和电流都高于正常值。 B正常工作阶段，其排量接近设计要求。,

11、D电流值既低又不稳定，这是由于液面接近泵的吸入口，气体进泵量增加并且不稳定，而导致电泵欠载且波动，最终机组欠载停机。,C排量低于额定排量，并产生波动，这是由于液面下降而使泵吸入口压力降低，气体开始进泵,因而电流下降。,3. 气锁,1.提高下泵深度。,3.如果两种办法都不能奏效的话，可实行间歇生产方式。对于这样的井，下次起泵时应重新选泵。,2.如果不能增加下泵深度，则可以装油嘴限产使液面高提高。,解决的方法：,A、B、C三段与“气锁”卡片的分析情况基本相同，有所不同的是因游离气少而未引起波动。D段表明液面,这种情况说明机组选得过大。解决办法除与“气锁”办法相同之外，还可以对该井采取增产措施，提高

12、油井的产能。如图11-8 。,接近吸入口，排量和电流下降最后导致欠载停机。延时再启动后，液面稍有回升，但液面很快下降再次抽空停机。,4. 抽空,机组在接近设计值之下工作，并且井液中含有气体。曲线的波动是由于井液中含有大量的游离气造成的。在这种情况下，通常会使总的排液量降低。当井泵的液体被乳化时，由于乳化液进泵阻力过大，也会产生这种类似的电流卡片。,5. 油井含气,机组启动后，运转很短时间便欠载停机。 这是由于流体的密度或流量太小而导致欠载，或时间继电器出现故障所致。,6. 瞬时欠载停机,水力活塞泵是一种液压传动的无杆抽油设备。地面动力泵通过油管将动力液送到井下驱动油缸和换向阀，从而带动抽油泵抽

13、油工作。 应用：稠油井和高含蜡井、深井和定向井，且效率较高。,第二节 水力活塞泵采油,井下部分: 水力活塞泵的主要机组，它由液动机、水力活塞泵和滑阀控制机构三个部件组成，起着抽油的主要作用； 地面部分: 地面动力泵、各种控制阀及动力液处理设备等组成，起着供给和处理动力液的作用； 中间部分: 中心动力油管以及供原油和工作过的乏动力液一起返回到地面的专门通道。,一、 系统组成及泵的工作原理,分离出的气体排走，油则流回储罐。一部分油送到选油站，另一部分油滤清后再进入地面动力泵，作动力液使用。,1、工作过程：,（1）下冲程如图1112(a),主控滑阀位于下死点。高压动力液从中心油管经通道a进入液动机下

14、缸，作用在活塞的环形端面上；同时，高压动力液经过通道b进入腔室c，再由通道d进入液动机上缸，作用在活塞上端面上。由于活塞上、下两端作用面积不同而产生压差，使液动机带动泵柱塞向下运动。活塞杆实际上是一个辅助控制滑阀，在杆身的上、下部开有控制槽e和f。当活塞杆接近下死点时，上部控制槽e沟通了主控滑阀上、下端的腔室c和g，使高压动力液由控制槽e进入主控滑阀的下端腔室g。因主控滑阀下端面的面积大于上端面的面积，在高压动力液作用下便产生压差，使主控滑阀推向上死点，从而完成下冲程。,2. 泵的工作原理,如图，主控滑阀位于上死点。高压动力液从中心油管经过通道a进入液动机下缸。由于主控滑阀堵塞了通道b，使高压

15、动力液不能进入液动机的上缸。液动机上缸通过通道d、主控滑阀中部的环形空间h与抽取的原油相沟通。在液动机上、下缸的压差作用下，液动机活塞带动泵的柱塞向上运动。上缸中工作过的乏动力液和抽取的原油混合后举升到地面。当活塞杆接近上死点时，下部控制槽f使主控滑阀的下腔室和抽取的原油相沟通，主控滑阀便被推向下死点，液动机重新开始转入下冲程，上冲程便结束。,(2) 上冲程,差动式单作用水力活塞泵的优缺点 优点: 结构简单，并可以自由式安装。 缺点: 直径一定时排量较小以及在工作中压力不平衡。, 水力活塞泵的安装方式可分为固定插入式、套管固定式、平行自由式和套管自由式四种。,二、 水力活塞泵的安装方式,固定式

16、泵：将泵连接到动力液油管上并同油管一起下放到井中。 自由式泵：将泵放置到动力液油管内，并且该泵可以自如地循环到井底，而再返回到地面。,区别：自由式泵的尺寸受动力液油管尺寸限制； 固定式泵，只要与套管内径配合得当，任何尺寸的固定式泵都能与油管尺寸相匹配。,水力活塞泵的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下机组，原油和乏动力液从动力油管和油管之间的环形空间返回地面，所有自由气都从油管和套管的环形空间导出。,1.固定插入式,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，动力液从动力油管送入井下机组，原油和乏动力液从动力油、套管的环形空间返回地面，所有的自由气须经水力活塞泵井下机组导出。,3. 平行自由式 平行自由式安装方式有两个平行管柱。水力活塞泵井下机组从大直径管柱中下入井底，并在一个固定阀座上形成密封，同时上部也进入油管内壁的一个专用环箍处形成密封。原油和乏动力液从小直径管柱中排到