某大学石油工程电子教案(11-12章).ppt

上一内容下一内容回主目录1第十一章第十一章其它人工举升方法其它人工举升方法潜油电泵潜油电泵螺杆泵螺杆泵水力活塞泵水力活塞泵射流泵射流泵气举气举排水采气排水采气上一内容下一内容回主目录2全称为电动潜油离心泵全称为电动潜油离心泵(简称电泵简称电泵)，优点：优点：排量大、自动化程度排量大、自动化程度是重要的机械采油方法。是重要的机械采油方法。第一节第一节 潜油电泵采油潜油电泵采油上一内容下一内容回主目录3(1)地面部分地面部分地面部分地面部分:包括变压包括变压器、控制屏、接线盒和特器、控制屏、接线盒和特殊井口装置等。殊井口装置等。(2)中间部分中间部分中间部分中间部分:主要有油主要有油管和电缆。管和电缆。(3)井下部分井下部分井下部分井下部分:主要有多主要有多级离心泵、油气分离器、级离心泵、油气分离器、潜油电机和保护器。潜油电机和保护器。1.系统组成系统组成一、一、系统组成及设备装置系统组成及设备装置上一内容下一内容回主目录4系统工作过程系统工作过程上一内容下一内容回主目录5 (1)离心泵离心泵 离心泵是由多级组成的，其中每一级包括一个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。固定的导轮和一个可转动的叶轮。叶轮的叶轮的型号型号决定了泵的排量决定了泵的排量叶轮的叶轮的级数级数决定了泵的扬程和电机所需的功率。决定了泵的扬程和电机所需的功率。2.系统的设备装置系统的设备装置上一内容下一内容回主目录6叶轮有叶轮有固定式固定式和和浮动式浮动式两种。两种。浮浮动动式式叶叶轮轮可可以以轴轴向向窜窜动动，每每级级叶叶轮轮产产生生的的轴轴向向力力被被叶叶轮轮和和导导轮轮上上的的止止推推轴轴承承承承受受。整整节节泵泵所产生的轴向推力由保护器中的止推轴承承受。所产生的轴向推力由保护器中的止推轴承承受。固固定定式式叶叶轮轮固固定定在在泵泵轴轴上上，既既不不能能轴轴向向窜窜动动，也也不不能能靠靠在在导导轮轮的的止止推推垫垫上上。叶叶轮轮及及压压差差所所产产生生的的全全部部推推力力，都都由由装装在在保保护护器器内内的的止止推推轴轴承承承受。承受。上一内容下一内容回主目录7 保护器保护器是电泵机组正常运转不可缺少的重是电泵机组正常运转不可缺少的重要部件之一。根据要部件之一。根据结构和作用原理结构和作用原理不同，可将不同，可将其分为其分为连通式、沉降式连通式、沉降式和和胶囊式胶囊式三种类型。三种类型。作用：作用：1)密封电机轴的动力输出端，防止井液进入电机密封电机轴的动力输出端，防止井液进入电机2)在在电电泵泵机机组组启启、停停过过程程中中，为为电电机机油油的的热热胀胀冷冷缩提供一个补偿油的储藏空间。缩提供一个补偿油的储藏空间。3)通过连接电机驱动轴与泵轴通过连接电机驱动轴与泵轴,起传递扭矩的作用起传递扭矩的作用4)保护器内的止推轴承可承受泵的轴向力。保护器内的止推轴承可承受泵的轴向力。(2)保护器保护器上一内容下一内容回主目录8(3)油气分离器油气分离器自自由由气气进进入入离离心心泵泵后后，将将使使泵泵的的排排量量、扬扬程程和和效效率率下下降降，工工作作不不稳稳定定，而而且且容容易易发发生生气气蚀蚀损损害害叶叶片片。因因此此，常常用用气气体体分分离离器器作作为为泵泵的的吸吸入入口口，以以便便将将气气体体分分离离出出来来。按按分分离离方方式式不不同同，分分离离器器分分可可为为沉沉降降式式和和旋转式旋转式两种类型。两种类型。旋转式分离器旋转式分离器旋转式分离器旋转式分离器是靠旋转时产生的离心力进行油气分离的，是靠旋转时产生的离心力进行油气分离的，分离效果较好。分离效果较好。Rgl90%,适用于低含砂适用于低含砂井。井。沉沉沉沉降降降降式式式式分分分分离离离离器器器器是是靠靠重重力力分分异异进进行行油油气气分分离离的的，其其效效果果较较差差。当当Vg/Vl10%，分离效率会下降分离效率会下降。上一内容下一内容回主目录9 潜潜油油电电缆缆作作为为电电泵泵机机组组输输送送电电能能的的通通道道部部分分，长长期期工工作作在在高高温温、高高压压和和具具有有腐腐蚀蚀性性流流体体的的环环境境中中，因因此此，要要求求潜潜油油电电缆缆具具有有较较高高的的芯芯线线电电性性、绝绝缘缘层层的的介介电电性性，较较好好的的整整体体抗抗腐腐、耐耐磨磨以及耐高温以及耐高温等稳定的物理化学性能。等稳定的物理化学性能。潜油电缆包括潜油电缆包括潜油动力电缆潜油动力电缆和和潜油电机引接线潜油电机引接线。动力电缆分为动力电缆分为圆电缆圆电缆和和扁电缆扁电缆两种类型，而两种类型，而电电机引接线机引接线只有扁电缆只有扁电缆一种。一种。井径较大者井径较大者用用圆圆电电缆，缆，井径较小者井径较小者可用可用扁扁电缆。电缆。(4)电缆电缆上一内容下一内容回主目录10 控控制制屏屏是是对对潜潜油油电电泵泵机机组组的的启启动动、停停机机以以及及在在运运行行中中实实行行一一系系列列控控制制的的专专用用设设备备，可可分分为为手手动动和和自自动动两两种种类类型型。它它可可随随时时测测量量电电机机的的运运行行电电压压、电电流流参参数数，并并自自动动记记录录电电机机的的运运行行电电流流，使使电电泵泵管管理理人人员员及及时时掌握和判断潜油电机的运行状况。掌握和判断潜油电机的运行状况。(5)控制屏控制屏上一内容下一内容回主目录11 1)为为防止短路防止短路烧坏电机，提供短路速断保护；烧坏电机，提供短路速断保护；2)欠欠载载时时实实际际排排量量将将小小于于设设计计排排量量，电电机机将将因因工工作作时时产产生生的的热热量量不不能能全全部部散散发发而而烧烧坏坏，因因此此控控制制屏屏提提供供欠欠载保护；载保护；3)过过载载时时电电机机超超负负荷荷运运转转容容易易烧烧坏坏，因因此此控控制制屏屏还还提提供过载保护；供过载保护；4)潜潜油油电电泵泵不不允允许许反反转转，因因此此三三相相电电机机的的相相序序要要正正确确，对此控制屏提供了相序保护；对此控制屏提供了相序保护；5)控控制制屏屏还还设设有有延延时时再再启启动动装装置置，对对于于间间歇歇生生产产的的井井实行自动延时再启动控制。实行自动延时再启动控制。控制屏的功能控制屏的功能上一内容下一内容回主目录12潜潜油油电电泵泵的的工工作作特特性性曲曲线线是是指指泵泵的的扬扬程程、功功率率和和效效率率同同排排量量之之间间的的关关系系曲曲线线，它它是是选选泵泵设设计计的的重重要要依依据据。潜潜油油电电泵泵的的工工作作特特性性曲曲线线是是使使泵泵在在一一定定转转速速下下运运转转，对对排排出出端端进进行行节节流流，以以改改变变流流量量的的办办法法试试验验测测得得的的。试试验验介介质质是是清清水水。在在实实际际应应用用时时，由由于于其其使使用用条条件件与与试试验验条条件件不不相相符符，尤尤其其是是当当用用电电泵泵抽抽取取粘粘度度很很高高的的液液体体时时，从从而而使使特特性性曲曲线线发发生生变变化化。因因此此，实实际际使使用用时时应根据使用条件对工作特性曲线进行校正。应根据使用条件对工作特性曲线进行校正。二、二、潜油电泵的工作特性曲线潜油电泵的工作特性曲线上一内容下一内容回主目录13上一内容下一内容回主目录14（1）对对已已投投产产井井，下下泵泵深深度度已已知知的的，需需检检验验计算是否合理；计算是否合理；（2）对欲转抽或新井，需确定下泵深度。对欲转抽或新井，需确定下泵深度。考考虑虑因因素素：泵泵吸吸入入口口处处的的气气液液比比、分分离离器器的的类型和分离能力以及沉没度。类型和分离能力以及沉没度。1.下泵深度的确定下泵深度的确定三、三、系统设计原理系统设计原理上一内容下一内容回主目录15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 根根据据上上面面公公式式，就就可可以以计计算算出出不不同同下下泵泵深深度度所所对对应应的的泵泵吸吸入入口口处处的的气气液液比比大大小小，并并可可以以做做出出下下泵泵深深度度与与泵吸入口处气液比的关系曲线。泵吸入口处气液比的关系曲线。上一内容下一内容回主目录16 确确定定下下泵泵深深度度时时，首首先先要要满满足足沉沉没没度度的的要要求求，然然后后在在分分离离器器的的分分离离能能力力条条件件下下根根据据下下泵泵深深度度与与泵泵吸吸入入口口处处气液比的关系曲线便可以确定下泵深度。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的确定 泵泵排排出出口口压压力力一一般般要要根根据据井井口口压压力力及及产产量量按按单单相相管管流流或多相流管进行计算。或多相流管进行计算。当当井井筒筒中中不不含含气气时时，一一般般把把油油水水混混合合物物的的流流动动处处理理成成单单相相流流动动，当当油油水水形形成成乳乳状状液液时时，由由于于其其物物性性参参数数难难以以准确确定，将带来较大的误差；准确确定，将带来较大的误差；当当井井筒筒中中含含有有游游离离气气时时，应应按按气气、液液两两相相管管流流或或油油、气气、水三相管流水三相管流进行计算。进行计算。上一内容下一内容回主目录17两种方法两种方法：（1）是是由由井井底底根根据据流流压压按按多多相相管管流流计计算算到到泵泵吸吸入入口口，求出泵吸入口压力；求出泵吸入口压力；（2）是是由由井井口口沿沿油油、套套管管环环形形空空间间计计算算到到泵泵吸吸入入口口，求求出出泵泵吸吸入入口口压压力力。后后者者涉涉及及到到环环空空中中静静气气柱柱与与沉沉没没段段液体压力的计算。液体压力的计算。3.泵吸入口压力的确定泵吸入口压力的确定上一内容下一内容回主目录18总的动压头示意图总的动压头示意图总总动动压压头头（总总扬扬程程）：泵泵在在设设计计排排量量下下工工作作时时所所需需要要产产生的总压头。生的总压头。它它是是泵泵送送流流体体到到目目的的地地所所需需要要的的排排出出口口压压头头与与吸吸入入口口压压头之差头之差。4.总动压头总动压头(总扬程总扬程)的确定的确定上一内容下一内容回主目录19多级离心泵的选择：多级离心泵的选择：泵型泵型和和总级数总级数的确定。的确定。泵泵型型选选择择，主主要要根根据据泵泵的的设设计计排排量量，在在相相应应的的套套管管直直径径及电源频率等条件下的标准工作特性曲线来选择。及电源频率等条件下的标准工作特性曲线来选择。泵的总级数泵的总级数Z可由下述公式求得：可由下述公式求得：式式中中：Hj单单级级扬扬程程，可可由由泵泵型型的的标标准准工工作作特特性性曲曲线线查得。查得。(1)多级离心泵多级离心泵5.系统的设备选择系统的设备选择上一内容下一内容回主目录20 当当多多级级离离心心泵泵的的型型号号、扬扬程程及及所所需需的的总总级级数数确确定定以以后，后，潜油电机所需的功率潜油电机所需的功率Pr（kW）为）为:由由泵泵的的标标准准工工作作特特性性曲曲线线查查出出单单级级功功率率Pj后后，计计算算需要的电机功率：需要的电机功率：(2)潜油电机潜油电机上一内容下一内容回主目录21规规格格和和型型号号主主要要决决定定于于电电缆缆的的载载流流能能力力和和工工作作环环境。下表为不同电缆的载流能力。境。下表为不同电缆的载流能力。电缆型号最大电流A电缆型号最大电流A1号铜电缆1154号铜电缆702/0号铝电缆1152号铝电缆702号铜电缆956号铜电缆551/0号铝电缆954号铝电缆55 电电缆缆的的长长度度一一般般为为下下泵泵深深度度加加上上2030m地地面面用用电电缆的长度。缆的长度。(3)潜油电缆潜油电缆上一内容下一内容回主目录22式中式中U电缆的电压损失，电缆的电压损失，V；I电机的工作电流，电机的工作电流，A；L电缆的长度，电缆的长度，km；R导体的有效阻抗，导体的有效阻抗，/km；有功功率因数；有功功率因数；X导体的电抗，导体的电抗，/km；无功功率因数。无功功率因数。电缆的电缆的电压损失电压损失可按如下公式计算可按如下公式计算：上一内容下一内容回主目录23 变变压压器器的的容容量量必必须须能能够够满满足足电电机机最最大大负负载载的的启启动动，应应根根据据电电机机的的负负载载来来确确定定变变压压器器的的容容量量。可可用用下下式式计计算：算：4 4）变压器变压器上一内容下一内容回主目录24记记录录的的电电流流与与潜潜油油电电机机的的工工作作电电流流成成线线性性关关系系，它的变化情况能够反映潜油电机的运行状况。它的变化情况能够反映潜油电机的运行状况。按运行时间按运行时间分，电流卡片有分，电流卡片有24h和和7d两种规格。两种规格。对于对于新投产或作业的井新投产或作业的井，由于电泵运转状况还不，由于电泵运转状况还不够稳定，需要随时监测，因此采用够稳定，需要随时监测，因此采用24h的电流卡片。的电流卡片。当电泵机组运行状况当电泵机组运行状况稳定后稳定后，一般用，一般用7d电流卡片。电流卡片。用于分析的电流卡片，一般是指用于分析的电流卡片，一般是指24h电流卡片。电流卡片。四、四、电流卡片分析电流卡片分析上一内容下一内容回主目录25上一内容下一内容回主目录26三三相相感感应应电电机机在在载载荷荷固固定定的的情情况况下下，其其电电流流是是恒恒定定的的。正正常常运运转转时时，电电流流线线上上的的电电流流可可能能稍稍高高或或稍稍低低于于铭铭牌牌电电流流，但但是是它它应应是是平平稳稳对对称的。称的。1.机组正常运转机组正常运转上一内容下一内容回主目录27机组正常运转时，电机输出功率是比较稳定的。机组正常运转时，电机输出功率是比较稳定的。如如果果电电源源电电压压出出现现波波动动，那那么么电电流流也也将将相相应应产产生生波波动动，以便满足电机功率的需要。以便满足电机功率的需要。电源电压波动的常见电源电压波动的常见原因原因：是动力系统出现周期性重是动力系统出现周期性重负载，如大功率注水泵的负载，如大功率注水泵的启动。启动。为避免由于电压波动对电为避免由于电压波动对电泵机组造成不利的影响，泵机组造成不利的影响，应尽量间隔开这些负载。应尽量间隔开这些负载。2.电源电压波动电源电压波动上一内容下一内容回主目录28A启启动动阶阶段段，此此时时环环形形空空间间的的液液面面很很高高，由由于于液液柱柱的的动动压头下降，所以排量和电流都高于正常值。压头下降，所以排量和电流都高于正常值。B正常工作阶段正常工作阶段，其排量接近设计要求。，其排量接近设计要求。D电流值既低又不稳定电流值既低又不稳定，这是，这是由于由于液面液面接近接近泵的吸入口，气体进泵泵的吸入口，气体进泵量增加并且不稳定，而导致量增加并且不稳定，而导致电泵电泵欠载且波动欠载且波动，最终机组欠载停机。，最终机组欠载停机。C排量低于额定排量，并产生波排量低于额定排量，并产生波动动，这是，这是由于液面由于液面下降下降而使泵吸而使泵吸入口入口压力降低压力降低，气体开始进泵，气体开始进泵,因因而电流下降。而电流下降。3.气锁气锁上一内容下一内容回主目录291.提高下泵深度。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。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。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如果不能增加下泵深度，则可以装油嘴限产使液面高提高。高提高。解决的方法：解决的方法：上一内容下一内容回主目录30 A、B、C三三段段与与“气气锁锁”卡卡片片的的分分析析情情况况基基本本相相同同，有所有所不同的是不同的是因游离气少而未引起波动。因游离气少而未引起波动。D段表明液面段表明液面这种情况这种情况说明说明机组选得过大。机组选得过大。解决办法除与解决办法除与“气锁气锁”办法办法相同之外，还可以对该井采相同之外，还可以对该井采取增产措施，提高油井的产取增产措施，提高油井的产能。如图能。如图11-8。接近吸入口，排量和电流下降接近吸入口，排量和电流下降最后导致欠载停机。延时再启最后导致欠载停机。延时再启动后，液面稍有回升，但液面动后，液面稍有回升，但液面很快下降再次抽空停机。很快下降再次抽空停机。4.抽空抽空上一内容下一内容回主目录31 机机组组在在接接近近设设计计值值之之下下工工作作，并并且且井井液液中中含含有有气气体体。曲曲线线的的波波动动是是由由于于井井液液中中含含有有大大量量的的游游离离气气造造成成的的。在在这这种种情情况况下下，通通常常会会使使总总的的排排液液量量降降低低。当当井井泵泵的的液液体体被被乳乳化化时时，由由于于乳乳化化液液进进泵泵阻阻力力过过大大，也也会会产产生生这这种种类类似似的的电电流流卡片。卡片。5.油井含气油井含气上一内容下一内容回主目录32机机 组组 启启 动动后后，运运转转很很短短时时间便欠载停机。间便欠载停机。这这 是是 由由 于于流流体体的的密密度度或或流流量量太太小小而而导导致致欠欠载载，或或时时间间继继电电器出现故障所致。器出现故障所致。6.6.瞬时欠载停机瞬时欠载停机上一内容下一内容回主目录33 水水力力活活塞塞泵泵是是一一种种液液压压传传动动的的无无杆杆抽抽油油设设备备。地地面面动动力力泵泵通通过过油油管管将将动动力力液液送送到到井井下下驱驱动动油油缸缸和和换换向向阀阀，从从而而带带动动抽抽油油泵泵抽抽油油工作。工作。应应用用：稠稠油油井井和和高高含含蜡蜡井井、深深井井和和定定向向井，且效率较高井，且效率较高。第二节第二节 水力活塞泵采油水力活塞泵采油上一内容下一内容回主目录34井井下下部部分分:水水力力活活塞塞泵泵的的主主要要机机组组，它它由由液液动动机机、水水力力活活塞塞泵泵和和滑滑阀阀控控制制机机构构三三个个部部件件组组成成，起起着着抽抽油油的的主主要要作用；作用；地地面面部部分分:地地面面动动力力泵泵、各各种种控控制制阀阀及及动动力力液液处处理理设设备备等等组组成成，起起着着供供给给和和处处理理动动力液力液的作用；的作用；中中间间部部分分:中中心心动动力力油油管管以以及及供供原原油油和和工工作作过过的的乏乏动动力力液液一一起起返返回回到到地地面面的的专专门门通通道。道。一、一、系统组成及泵的工作原理系统组成及泵的工作原理上一内容下一内容回主目录35分分离离出出的的气气体体排排走走，油油则则流流回回储储罐罐。一一部部分分油油送送到到选选油油站站，另另一一部部分分油油滤滤清清后后再再进进入入地地面动力泵，作动力液使用。面动力泵，作动力液使用。1 1、工作过程：、工作过程：上一内容下一内容回主目录36（1）下冲程）下冲程如图如图1112(a)主控滑阀位于主控滑阀位于下死点下死点。高压动力液从中。高压动力液从中心油管经通道心油管经通道a进入液动机下缸，作用在活塞进入液动机下缸，作用在活塞的环形端面上；同时，高压动力液经过通道的环形端面上；同时，高压动力液经过通道b进入腔室进入腔室c，再由通道，再由通道d进入液动机上缸，作进入液动机上缸，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、下部开有控制槽滑阀，在杆身的上、下部开有控制槽e和和f。当。当活塞杆接近下死点时，上部控制槽活塞杆接近下死点时，上部控制槽e沟通了主沟通了主控滑阀上、下端的腔室控滑阀上、下端的腔室c和和g，使高压动力液由，使高压动力液由控制槽控制槽e进入主控滑阀的下端腔室进入主控滑阀的下端腔室g。因主控滑。因主控滑阀下端面的面积大于上端面的面积，在高压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。上死点，从而完成下冲程。2.泵的工作原理泵的工作原理上一内容下一内容回主目录37 如如图图，主主控控滑滑阀阀位位于于上上死死点点。高高压压动动力力液液从从中中心心油油管管经经过过通通道道a进进入入液液动动机机下下缸缸。由由于于主主控控滑滑阀阀堵堵塞塞了了通通道道b，使使高高压压动动力力液液不不能能进进入入液液动动机机的的上上缸缸。液液动动机机上上缸缸通通过过通通道道d、主主控控滑滑阀阀中中部部的的环环形形空空间间h与与抽抽取取的的原原油油相相沟沟通通。在在液液动动机机上上、下下缸缸的的压压差差作作用用下下，液液动动机机活活塞塞带带动动泵泵的的柱柱塞塞向向上上运运动动。上上缸缸中中工工作作过过的的乏乏动动力力液液和和抽抽取取的的原原油油混混合合后后举举升升到到地地面面。当当活活塞塞杆杆接接近近上上死死点点时时，下下部部控控制制槽槽f使使主主控控滑滑阀阀的的下下腔腔室室和和抽抽取取的的原原油油相相沟沟通通，主主控控滑滑阀阀便便被被推推向向下下死死点点，液液动动机机重重新新开开始始转转入入下下冲冲程程，上上冲冲程便结束。程便结束。(2)上冲程上冲程上一内容下一内容回主目录38上一内容下一内容回主目录39差动式差动式单作用单作用水力活塞泵的水力活塞泵的优缺点优缺点优点优点:结构简单，并可以自由式安装。结构简单，并可以自由式安装。缺点缺点:直径一定时排量较小以及在工作直径一定时排量较小以及在工作中压力不平衡。中压力不平衡。上一内容下一内容回主目录40 水水力力活活塞塞泵泵的的安安装装方方式式可可分分为为固固定定插插入入式式、套套管管固定式、平行自由式固定式、平行自由式和和套管自由式套管自由式四种。四种。二、二、水力活塞泵的安装方式水力活塞泵的安装方式固定式泵：固定式泵：将泵连接到动力液油管上并同油管一起下将泵连接到动力液油管上并同油管一起下放到井中。放到井中。自由式泵：自由式泵：将泵放置到动力液油管内，并且该泵可以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。自如地循环到井底，而再返回到地面。区别：区别：自由式泵的尺寸受自由式泵的尺寸受动力液动力液油管尺寸限制；油管尺寸限制；固定式泵，只要与套管内径配合得当，任何尺固定式泵，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。寸的固定式泵都能与油管尺寸相匹配。上一内容下一内容回主目录41水力活塞泵的井下水力活塞泵的井下机组随动力油管从油管机组随动力油管从油管中下入井底，动力液从中下入井底，动力液从直径较小的动力油管中直径较小的动力油管中注入井下机组，原油和注入井下机组，原油和乏动力液从动力油管和乏动力液从动力油管和油管之间的环形空间返油管之间的环形空间返回地面，所有自由气都回地面，所有自由气都从油管和套管的环形空从油管和套管的环形空间导出。间导出。1.固定插入式固定插入式上一内容下一内容回主目录422.套管固定式套管固定式 水水力力活活塞塞泵泵井井下下机机组组随随动动力力油油管管下下入入井井底底，并并固固定定在在一一个个套套管管封封隔隔器器上上，动动力力液液从从动动力力油油管管送送入入井井下下机机组组，原原油油和和乏乏动动力力液液从从动动力力油油、套套管管的的环环形形空空间间返返回回地地面面，所所有有的的自自由由气气须须经经水水力力活活塞塞泵泵井井下下机机组组导导出。出。上一内容下一内容回主目录433.平行自由式平行自由式平行自由式安装方式平行自由式安装方式有两个平行管柱。水力活有两个平行管柱。水力活塞泵井下机组从大直径管塞泵井下机组从大直径管柱中下入井底，并在一个柱中下入井底，并在一个固定阀座上形成密封，同固定阀座上形成密封，同时上部也进入油管内壁的时上部也进入油管内壁的一个专用环箍处形成密封。一个专用环箍处形成密封。原油和乏动力液从小直径原油和乏动力液从小直径管柱中排到地面，自由气管柱中排到地面，自由气不进泵而从套管中直接导不进泵而从套管中直接导出。出。上一内容下一内容回主目录444.套管自由式套管自由式 套套管管自自由由式式只只需需一一根根管管柱柱下下到到一一个个套套管管封封隔隔器器上上，井井下下机机组组从从管管柱柱中中下下至至井井底底并并在在一一个个固固定定阀阀座座上上座座封封，同同时时上上部部也也进进入入油油管管内内壁壁的的一一个个专专用用环环箍箍处处形形成成密密封封。动动力力液液从从管管柱柱中中进进入入井井底底，原原油油及及乏乏动动力力液液从从套套管管中中排排到到地地面面，自自由由气气必必须须从从水水力力活活塞塞泵泵井下机组导出。井下机组导出。上一内容下一内容回主目录45油管安置油管安置两种泵即可以是闭式，也可以是开式系统。两种泵即可以是闭式，也可以是开式系统。闭式动力液系统：闭式动力液系统：地面及井下动力液始终在密闭导管地面及井下动力液始终在密闭导管中，不与采出液相混；中，不与采出液相混；开式动力液系统：开式动力液系统：动力液与采出液相混，而作为混合动力液与采出液相混，而作为混合动力液返回到地面。动力液返回到地面。上一内容下一内容回主目录46(1)闭闭式式循循环环闭闭式式循循环环系系统统比比开开式式循循环环系系统统需需多多要要一一根根管管柱柱，比比开开式式系系统统造造价价高高，这这是是它它没没有有被被广广泛泛采采用用的的原原因因，但但由由于于该该系系统统的的动动力力液液罐罐比比较较小小，适适用用于于市区和海上平台。市区和海上平台。动力液循环系统可分为动力液循环系统可分为闭式循环闭式循环和和开式循环开式循环两种两种。三、三、动力液循环系统及动力液动力液循环系统及动力液(2)开开式式循循环环开开式式循循环环系系统统只只需需两两个个井井下下通通道道：一一个个是是泵泵入入动动力力液液的的导导管管；另另一一个个是是将将乏乏动动力力液液和和采采出出液液一一起起送送到到地地面面的的导导管管。可可以以采采用用两两根根油油管管柱柱，也也可可以以采采用用一一根根管管柱柱。使使用用一一根根管管柱柱时时，是是利利用用油油管管和和套套管管环环形形空空间间作作为为另另一一个个通通道道。简简易易和和经经济济是是开开式式系系统统的重要特点。的重要特点。上一内容下一内容回主目录47油油动动力力液液比比水水动动力力液液性性能能好好，但但不不利利于于安安全全、生生态和环境保护。态和环境保护。用用水水动动力力液液，就就必必须须要要加加入入化化学学添添加加剂剂以以改改善善水水的的某某些些性性能能，将将造造成成生生产产成成本本提提高高，因因而而限限定定了了水水动动力液只能在闭式系统中使用。力液只能在闭式系统中使用。开开式式系系统统可可用用油油动动力力液液，但但由由于于动动力力油油的的成成本本较较高高，并并且且运运转转时时需需要要动动力力液液处处理理装装置置，因因此此也也将将提提高高生产成本。生产成本。2.动力液动力液(常用的动力液有水和油常用的动力液有水和油)上一内容下一内容回主目录48 水水力力活活塞塞泵泵泵泵送送气气体体的的安安装装方方式式成成本本最最低低，适适于于将将气气体体泵泵送送而而不不引引起起气气锁锁的的井井，但但泵泵送送气气体体将将降降低低泵泵效效。因因此此，是是否否采采取取泵泵送送气气体体，要要由由泵泵送送气气体体时时的的泵泵效效来来决决定定。设设计计时时一一般般应应使使泵泵效效不不低低于于50(最最低低应应大大于于30)。当当泵泵效效较较低低时时则则应应将气体放空。将气体放空。四、四、气体处理方式气体处理方式上一内容下一内容回主目录49例例111已已知知:油油层层压压力力14.0MPa,井井底底流流压压为为7.0MPa时时日日产产油油量量为为16.0m3/d，含含水水率率为为33,气气油油比比为为90,原原油油饱饱和和压压力力为为14.2MPa.问当产液量为问当产液量为28m3/d时，能否泵送气体。时，能否泵送气体。解解：根根据据沃沃格格尔尔方方程程，求求得得极极限限产产量量qmax=34.1m3/d。当当产产液液量为量为28m3/d时时:求得流压求得流压Pwf=5.1MPa。由图由图1114查得，在该例条件下，泵效大约为查得，在该例条件下，泵效大约为55。因此，。因此，可以泵送气体。可以泵送气体。上一内容下一内容回主目录50原则：首先要满足排量的要求，其次应使举升能力最大。依据：依据：泵规格参数表泵规格参数表(表表11-2)最大最大PE（压力比）值（压力比）值PE越小，则泵的举升能力越强。越小，则泵的举升能力越强。五、五、水力活塞泵的选择水力活塞泵的选择上一内容下一内容回主目录51 射流泵属于水力泵，射流泵属于水力泵，1852年由英年由英国的国的James发明，本世纪发明，本世纪50年代用于年代用于原油开采，原油开采，70年代在国外得到普遍应年代在国外得到普遍应用。近年来我国开始使用。用。近年来我国开始使用。第三节第三节 射流泵采油射流泵采油上一内容下一内容回主目录521.1.系统组成系统组成地面部分地面部分、中间部分中间部分和和井下部分井下部分。地地面面部部分分和和中中间间部部分分与与水水力力活活塞塞泵泵相相同同，所所不不同同的是水力射流泵只能安装成开式动力液循环系统。的是水力射流泵只能安装成开式动力液循环系统。井井下下部部分分是是射射流流泵泵，它它是是由由喷喷嘴嘴、喉喉管管和和扩扩散散管管三部分组成。三部分组成。射射流流泵泵是是一一种种特特殊殊的的水水力力泵泵，它它没没有有运运动动件件，是是靠靠动动力力液液与与地地层层流流体体之之间间的的动动量量转转换换实实现现抽抽油油的。的。一、一、系统组成及泵的工作原理系统组成及泵的工作原理上一内容下一内容回主目录53上一内容下一内容回主目录54喷嘴处：喷嘴处：动力液的总压头几乎全部变为速度水头。动力液的总压头几乎全部变为速度水头。混混合合室室：原原油油则则被被动动力力液液抽抽汲汲，与与动动力力液液混混合合后后流流入入喉喉管。管。喉喉管管处处：d喉喉管管d喷喷嘴嘴，动动力力液液和和地地层层流流体体在在喉喉管管内内充充分分混混合合后后，速速度度水水头头降降低低，而而压压力力水水头头有有所所回回升升。此此时时动动力力液液失失去去动动量量和和动动能能，地地层层流流体体得得到到动动量量和和动动能能。但但是是，由由于于此此时时总总水水头头仍仍主主要要是是以以速速度度水水头头的的形形式式存存在在，压力水头还不足以将混合液举升到地面。压力水头还不足以将混合液举升到地面。扩扩散散管管：射射流流泵泵的的最最终终工工作作断断面面为为精精细细制制造造的的扩扩散散管管断断面面，由由于于扩扩散散管管断断面面的的面面积积逐逐渐渐增增大大，使使得得速速度度水水头头转转换为压力水头，从而将混合液举升到地面。换为压力水头，从而将混合液举升到地面。2.工作原理工作原理上一内容下一内容回主目录55按按工作流体工作流体的种类的种类分类，射分类，射流泵可分为流泵可分为液体液体射流泵射流泵和和气体射气体射流泵流泵(喷射泵喷射泵)两两种。种。3.分类分类上一内容下一内容回主目录56为为了了正正确确设设计计和和使使用用射射流流泵泵，必必须须掌掌握握射射流流泵泵的的工工作作特特性性(压压力力、流流量量与与泵泵的的几几何何尺尺寸寸之之间间的的关关系系)，它它反反映映了了泵泵内内的的能能量量转转换换过过程程及及主主要要工工作作构构件件(喷喷嘴嘴、喉喉管管)对对泵泵性能的影响。性能的影响。二、二、射流泵的工作特性射流泵的工作特性上一内容下一内容回主目录573)无无量量纲纲面面积积比比AD指指喷喷嘴嘴截截面面积积Aj与与喉喉管管截截面面积积At之之比比，即即1）无量纲压力比无量纲压力比指泵内地层液压力的增量指泵内地层液压力的增量(-)与动力液压力的降低量与动力液压力的降低量(-)之比，即之比，即2)无量纲体积流量比无量纲体积流量比qD指地层流体的体积流量指地层流体的体积流量qf与动力与动力液的体积流量液的体积流量qd之比，即之比，即1.1.射流泵的无量纲工作特性参数射流泵的无量纲工作特性参数上一内容下一内容回主目录58 4)无无量量纲纲密密度度比比指指地地层层流流体体的的密密度度与与动动力力液液密密度度之比，即之比，即2.射流泵的工作特性方程射流泵的工作特性方程 射射流流泵泵的的工工作作特特性性是是指指无无量量纲纲压压力力比比同同无无量量纲纲流流量量比比之之间间的的关关系系，它它反反映映了了射射流流泵泵的的内内在在特特性性。射射流流泵泵的的工工作作特特性性方程是描述这种关系的表达式。方程是描述这种关系的表达式。根据能量守恒原理，则可建立如下能量平衡方程式根据能量守恒原理，则可建立如下能量平衡方程式上一内容下一内容回主目录59分别为吸入环道、喷嘴、喉管分别为吸入环道、喷嘴、喉管及扩散管摩擦损失系数。及扩散管摩擦损失系数。3.射流泵的泵效射流泵的泵效定定义义：地地层层液液得得到到的的能能量量与与动动力力液液提提供供的的能量能量之比。由之比。由和和的定义式可得的定义式可得上一内容下一内容回主目录60 流流体体在在射射流流泵泵各各流流道道中中流流动动时时的的摩摩擦擦系系数数，是是影影响响能能量量转转换换和和泵泵效效的的重重要要因因素素。目目前前各各种种摩摩擦擦损损失失系系数主要有五组。数主要有五组。4.4.摩擦损失系数摩擦损失系数上一内容下一内容回主目录61 根根据据质质量量守守恒恒原原理理，可可导导出出通通过过喷喷嘴嘴的的动动力力液液流流量量的表达式为的表达式为当喷嘴与喉管入口之间的距离比喷嘴直径大当喷嘴与喉管入口之间的距离比喷嘴直径大12倍时有倍时有5.5.动力液流量动力液流量上一内容下一内容回主目录62 射流射流泵泵的无量的无量纲纲特性曲特性曲线线就是反映射流就是反映射流泵泵的无量的无量纲压纲压力比力比 和和泵泵效效与无量与无量纲纲流量比流量比 之之间间的关系曲的关系曲线线，如，如图图1111 1717所示。它反映了所示。它反映了 取不同取不同值时值时,和和 与与 的的对应对应关系。关系。三、三、无量纲特性曲线无量纲特性曲线上一内容下一内容回主目录63 在吸入系在吸入系统统建立伯努利方程建立伯努利方程当吸入流量大于零时，喉管的入口压力当吸入流量大于零时，喉管的入口压力总是要小于总是要小于吸入压力吸入压力。若低于采出液的饱和压力若低于采出液的饱和压力，泵便，泵便会产生气蚀。因此，当吸入压力会产生气蚀。因此，当吸入压力为一定值时，喉管为一定值时，喉管入口处入口处有最小值，其对应的吸入流量则为最大值。有最小值，其对应的吸入流量则为最大值。气蚀：气蚀：喉管内液流中的气泡由于受力不均而破碎，由此喉管内液流中的气泡由于受力不均而破碎，由此产生的振动波及高速微量喷射，将会严重损坏泵的现象。产生的振动波及高速微量喷射，将会严重损坏泵的现象。故应确定气蚀极限流量比故应确定气蚀极限流量比当当时，产生气蚀时，产生气蚀.四、四、射流泵的气蚀特性射流泵的气蚀特性上一内容下一内容回主目录64 布布朗朗(Brown)给给出出了了当当及及，并并取取时时的的表达式表达式式式中中Cc经经验验气气蚀蚀常常数数，实实验验值值的的范范围围在在0.801.67之间，通常取其保守值之间，通常取其保守值1.35。上一内容下一内容回主目录65选择时，应遵循以下选择时，应遵循以下基本原则基本原则：1)所所选选择择的的射射流流泵泵能能够够满满足足正正常常生生产产的的需需要要(即即满满足足排排量要求量要求)；2)保证射流泵工作时不发生气蚀；保证射流泵工作时不发生气蚀；3)在同等条件下，应使选择的射流泵具有较高的效率。在同等条件下，应使选择的射流泵具有较高的效率。射流泵的选择，主要是确定喷嘴及喉管的规格型号。射流泵的选择，主要是确定喷嘴及喉管的规格型号。五、五、射流泵的选择射流泵的选择上一内容下一内容回主目录66 2.2.在选择喷嘴和喉管时，通常是先计算出无量纲压力在选择喷嘴和喉管时，通常是先计算出无量纲压力比比 ,然后利用无量纲特性曲线求无量纲流量比然后利用无量纲特性曲线求无量纲流量比,并并根据设计排量根据设计排量求出需要的动力液排量求出需要的动力液排量 。最后，计。最后，计算出所需喷嘴的截面积算出所需喷嘴的截面积 ,并根据有关喷嘴和喉管的并根据有关喷嘴和喉管的规格参数表中选择合适的喷嘴。规格参数表中选择合适的喷嘴。3.3.面积比值通常是给定的，如未给定，则可根据泵效面积比值通常是给定的，如未给定，则可根据泵效较高这一原则来确定。当较高这一原则来确定。当 值确定下来后，喉管的值确定下来