无杆泵

4.1 电潜泵系统
(1)转速、相对密度和粘度对泵特性的影响
（4-5）
(2) 气体对泵特性的影响
进泵量减少。
4.1 电潜泵系统
• 气体进泵会占据一定的泵容，必然使液体
•泵内流体密度与单相液体不同，会对泵的功
率产生影响； •气体对泵内各种能量损失也要产生影响，使 泵的特性偏离单相液体的特性。
吸入口气液比：
泵的特性曲线
4.1 电潜泵系统
泵的排量、压头、功率、效率和转 速之间的关系曲线。
一般的特性曲线是在固定的转速(电
机频率60Hz，转速为3500rpm)下，在相 对密度为1、粘度为1mPa.s的清水中测试
的泵的工作特性 。
3. 影响泵特性的因素
其影响遵循仿射定律
2 n2 H 2 H1 n 1 3 n2 2 P 2 P 1 P P n1 1 n2 q2 q1 n1
（4）泵抽空
（5）泵抽空后的不合理启动
（6）频繁短周期运行 （7）欠电流停泵
4.1 电潜泵系统
（8）电泵在含气油井中运行
（9）欠载保护失灵 （10）正常过载停泵 （11）油位控制电泵延时太短
（12）泵在含有杂质的井液中运行
5. 潜油电泵采油系统效率测试及计算方法
测试参数：
• 井口输入功率或测量电流、电压
(3) 气蚀
4.1 电潜泵系统
泵内任何一点流体压力低于工作温度 下流体饱和蒸汽压时，会产生小气泡。气 泡流入高压区会冷凝和破碎。这时产生的 压力很大，使泵遭受冲击和腐蚀，这种现
象和水击相似，称作气蚀。气蚀使泵的工
作特性变差，排量和效率下降。
4. 轴向止推力
总和，包括下止推力和上止推力。
4.1 电潜泵系统
4）由泵入口向下直到井底，根据垂直管两相流方法 计算井底压力。 5）将流出曲线迭加在流入曲线上。
（4）读出流入和流出曲线交点处的压力和
产量。
（5）对不同级数下产量，由泵特性曲线确 定泵的每级功率，计算总功率。
（6）绘制产量与功率的关系曲线。 （7）选择适合的排量。排量必须在最佳泵
效范围内，并经济可行。
五、潜油电泵井的管理
1. 潜油电泵井的工作制度
4.1 电潜泵系统
原则：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。
• 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 。
• 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，或在地面从油套管环空注入一
例4-2 计算潜油电泵单井系统效率
产液量 Q=162.22m3/d 套压pc=0.5MPa 电流I=25A 功率因数cosφ=0.697
第二节 水力活塞泵
一、水力泵系统
水力泵系统是通过对动力液加压，经过 油管注入井内，把动力传给产出流体。 主要由地面动力液罐、三柱塞泵、控制 管汇、井口控制阀和井下泵组成。
4.1 电潜泵系统
分离效率：套管产气量与泵吸入口条件下 游离气量之比 。 类型：沉降分离器：气液比小于10％使用， 分离效率最高只能达到37％。 旋转式分离器：气液比在30％以内 的井液，分离效率高达90％以上。
电缆
作用：向井下电机供电。
4.1 电潜泵系统
组成：由电缆卡子固定在油管上的动力 电缆和带电缆头的电机扁电缆组成。 类型：电缆主要包括圆电缆和扁电缆。
压力传感器
4.1 电潜泵系统
用于测量井下压力和温度，确定井的产 能，便于自动控制 。 单流阀： 在泵不工作时保持油管柱充满流体，易 于起泵，消耗功率最小。操作安全可靠， 地面关闸时油管柱内的气体易压缩，形 成高压，操作不安全。 防止停泵后液体倒流，使机组反转。
4.1 电潜泵系统
泄油阀：防止起泵时油管柱中的 井液在卸油管时流到地面上。
特性曲线上读出单级泵的压头、功率和效率。
泵的级数:
H n H sp
4.1 电潜泵系统
(4) 选择电机 根据套管内径、功率、电压和井温选择电机
电机功率 ：
q L H L Pp 8800
(5) 选择保护器
保护器应根据电机和泵的规格、电机功率和
井温进行选择。
(6) 选择电缆 根据套管内径、电压降、电流、井温和腐 蚀条件进行选择。套管内径限制电缆的规格， 电缆的电压降一般应小于30V/304.8m，电流不 能超过电缆的最大载流能力 。 (7) 选择控制屏 根据地面电压和电机电流进行选择。
• 井口油压、套压、产液量和含水率以及油井动液面
（1）潜油电泵单井系统效率
系统的有效功率与输入功率之比。其有效功
率就是泵的有效功率，输入功率为井下电缆或变
频装置的输入功率。
s H p H pi
有效扬程
4.1 电潜泵系统
1000 Pwh Pc H Hm g
油压pwh=0.5MPa 动液面Hm=528.57m 电压U=1080V 油井液体密度ρ=0.9t/m3
固定式泵装置
将井下泵固定在油管底部，随油管一起下入
井中。泵的外径不受油管内径的限制，它主要用
于高产井，换泵需要进行起下油管作业 。
一、潜油电泵系统组成
4.1 电潜泵系统
电机、保护器、气液分离器、多级离心泵、
电缆、接线盒、控制屏和变压器。
可选用附属部件：单流阀、泄油阀、扶正 器、井下压力测量仪表和变速驱动装置。
图4-1
工作原理
4.1 电潜泵系统
地面电源通过变压器、控
制屏和电缆将电能输送给井下
电机，电机带动多级离心泵叶
轮旋转，将电能转换为机械能， 把井液举升到地面。
扁电缆主要用于电机和套管环形空间间
隔较小的井。
控制屏
4.1 电潜泵系统
组成：电机启动器、过载和欠载保护、手动 开关、时间继电器、电流表。 作用：
•控制井下电机的运行，自动控制潜油电泵系统的 启动和停机。 •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 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 。
三、潜油电泵系统的设计 原则：
4.1 电潜泵系统
• 必须使泵在最高效率点附近工作，至少
不应超出最佳排量范围。
• 泵的额定排量必须和井的产能协调，额

定压头必须等于井的总动压头。
•电机功率必须满足泵举升流体所需的功率
设计步骤：
4.1 电潜泵系统
(1) 确定井的产量：在给定的泵挂深度下确定井 的产量，同时计算泵吸入压力、泵吸入口气液 比和总流体体积； (2) 确定总动压头： 总动压头是泵在设计排量下 工作时所需产生的总压头，它等于泵排出口压头 与泵吸入口压头之差； (3) 选泵：根据总流体体积，从选择的泵的标准
部分液体，也可以采用更换小排量泵的方法。
2. 潜油电泵井的清蜡
玻璃油管防蜡 刮蜡片清蜡
4.1 电潜泵系统
热油循环清蜡 热电缆清蜡
加药剂清蜡
3. 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。 4. 潜油电泵井的运行和电流卡片分析
（1）正常运行 （2）电源电压波动 （3）电泵发生气塞
1. 潜油电泵系统部件
4.1 电潜泵系统
电机：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 。 保护器：用于将电机油与井液隔开，
平衡电机内压力和井筒压力；
有连通式、沉淀式和胶囊式，主要
区别在于隔离电机油和井液的方式不同。
气液分离器
作用：作为井液进入泵的吸入口； 从井液中分离游离气， 减少气体对泵特性的影响。
变压器
4.1 电潜泵系统
作用：将电源交流电电压转变为井下 电机所需要的电压。 工作原理：电磁感应原理。 类型：三个单相变压器、三相标准变 压器、三相自耦变压器 。 接线盒作用： 连 接 控 制 屏 到 井 口 之 间 的 电 缆。 放空沿井下电缆芯线上升至井口的天然 气。防止天然气直接进入控制屏，使之 产生电火花而引起爆炸。
作用在叶轮上的各种轴向不平衡力的
•下止推力：作用在和吸入口面积相等的环形面
积上的排出压力与吸入压力所产生的压力差，使 泵承受向下止推力。其大小与排量成反比。
•上止推力：由于叶轮入口和出口速度大小、方
向改变产生的向上的推力。其大小与排量成正比 •泵在最高效率点工作时，叶轮的轴向止推力接 近于零，选泵时应使泵在最佳排量范围内工作。
二、井下多级离心泵工作特性
4.1 电潜泵系统
井下多级离心泵由许多单级离心泵串联
组成。单级离心泵由装在泵轴上的旋转叶轮
和固定在泵壳上的导轮组成 。
工作原理：叶轮旋转离心力使叶轮流道中的液
体增压和加速，叶轮旋转机械能转变为流体的
压能和动能。从叶轮流道出口排出的流体进入
导轮，部分动能转变成静压。流体再进入下一
１. 井下泵装置类型
•按泵体的安装方式分：自由式和固定式泵装置 •按完井方式分：套管式装置和平行式装置 •按动力液排出方式分：开式和闭式两种 •按动力液流动方向分：正循环和反循环系统
4.2 水力活塞泵系统
自由式泵装置
由一个密封泵座和多个密封腔组成，通过改 变动力液的流向，可以自由地把井下泵下入井底 采油或起出地面换泵和维修。
流出曲线反映流出子系统动态。
步骤:
（1）假设一系列不同的产量；
4.1 电潜泵系统
（2）对每一产量，由地层流入动态曲线计算井底压力 （3）计算流出曲线。对每一产量，计算： 1）由井口向下直到泵排出口，根据垂直管两相流方
法确定泵排出压力。
2）由泵特性曲线读出每级压头。
3）假设各种级数，对每种级数计算泵吸入压力。
GLR Vg Vt
4.1 电潜泵系统
1 f w Rgo Rs Bg Bw f w 1 f w Bo Rgo Rs Bg
（4-6）
当井液在吸入条件下气液比小于10
％时，可以直接采用泵的标准特性曲线。 否则应该安装井下气液分离器，或提高 吸入压力等使进泵的游离气减小。也可 以采用两相泵的特性进行设计。
(8) 选择变压器 变压器应根据变压器的容量、地面所需电 压和电流进行选择。
变压器的容量
3IU U 1000
4.1 电潜泵系统
四、潜油电泵井的节点分析方法
原则:
取井底为解节点，此点将系统分为流
入和流出两个子系统。流入子系统包括从 地层至井底，用流入曲线反映流入子系统 动态。流出子系统包括从井口至泵排出口 的油管、泵本身以及井底至泵吸入口，用
概述
第四章 无杆泵采油
无杆泵类型：
•潜油电泵（ESP）
•水力活塞泵(HP)
•水力射流泵(HJP) •潜油螺杆泵 (PCP)
第四章 无杆泵采油
特点：
•不需抽油杆柱，减少了抽油杆断脱和 磨损带来的作业、修井费用。 •更适合于特殊井身结构油井的开采。
第四章 无杆泵采油
本章的主要内容
重点介绍：潜油电泵、水力活塞泵、 射流泵抽油技术。 简要分析：螺杆泵抽油技术
扶正器
扶正泵和电机，使机组处于井筒
中间，以便电机很好冷却，防止 电缆与套管内壁摩擦损坏。
2.安装方式
4.1 电潜泵系统
标准安装方式： 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 。 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、吸入 口。用于油管摩阻损失大或泵径大的井 。 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、排出 口。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。
4.1 电潜泵系统
动力矩原理：在稳定流动状态下，
单位时间内流体流入和流出叶轮的动量
矩变化，等于作用在流体上的外力矩。
离心泵的基本方程 ：
泵产生的有效压头与流体密度无关
H c2R2 cos2 c1R1 cos1 g
影响离心泵实际压头的因素
4.1 电潜泵系统
•叶轮的实际叶片数目有限 使叶轮流道中流体形成相对环流，使叶轮出 口处的绝对速度下降，吸入口处的绝对速度上升， 叶轮实际压头低于理论压头。 •水力损失：泵的叶轮流道内的沿程阻力 。 •容积损失： 高压液体通过叶轮和导轮间隙产生的漏失损失 。 •机械损失： 叶轮外表面与液体间、轴与轴承间的摩擦损失。
级叶轮、导轮。如此重复直到最后一级叶轮。
1.基本概念
转速之间的关系 。
液柱压头与压力 ：
4.1 电潜泵系统
离心泵的特性：排量、压头、功率、效率与
p H L g
泵的有效功率：泵内流体获得的功率。
m Hg qL p qL H L HP 1000 88 8800

2. 离心泵特性的理论分析