第04章无杆泵采油

(3) 根据泵特性曲线的最佳点确定动力液的排量。
(4) 井筒流体温度分布计算。
(5) 由混合液井口压力计算泵的混合液出口压力。
(6) 由混合液出口压力计算动力液的井口压力。 (7) 水力射流泵油井工况参数预测。
(完)
(四) 油气分离器
油气分离器安装在泵的液体吸入口处，当混气 流体进入多级离心泵之前，先通过分离器，把自由
气体分离出来，防止和减少气体进泵，保证电潜泵
具有良好的工作特性。 常用的分离器有两种：沉降式和旋转（离心）式
(五) 潜油电缆
作用：地面向井下机组传输电力。
潜油电缆结构特点
要求便于起下，且不易损坏； 要求耐油、气、水，耐高温、高压； 电缆终端有与电机插配的特殊密封接头—电缆头； 为满足油井对机组尺寸的要求，潜油电缆一般采用圆型 和扁型，扁型和扁型联接在一起的复合结构；
水力活塞泵采油系统类型分类：
(1) 按系统井数分类 单井流程系统； 多井集中泵站系统； 大型集中泵站系统。
(2) 按动力液循环分类 闭式循环方式： 乏动力液不与产出液混合。 开式循环方式： 乏动力液与产出液混合。 (3) 按动力液性质分类 原油动力液水力活塞泵采油系统
水基动力液水力活塞泵采油系统
(4) 按井下泵的安装方式分类
电潜泵举升方式的主要缺点：
(1) 下入深度受电机功率、油套管直径、井筒高温等的限制； (2) 比较昂贵，初期投资高； (3) 作业费用高和停产时间过长； (4) 电机、电缆易出现故障；
(5) 日常维护要求高。
一、电潜泵采油装置
(一) 潜油电机
(1) 定子系统：定子铁芯、定子绕组、电机壳体 作用：产生旋转磁场。 (2) 转子系统：转子铁芯、转子绕组、转轴、扶正轴承、短路环 作用：产生感应电流而受力转动，并输出机械扭矩。
2.泵的工作特性
离心泵的特性曲线（纯水为介质）： 排量-扬程、功率和泵效随排量的变化关系曲线。
图4-3 潜油离心泵特性曲线图
(三) 保护器
保护器是利用井液与电机油的密度差异，以防
止井液进入电机造成短路而烧毁电机的装置。主要 是通过隔离腔连接井液与电机油来完成这一功能。 保护器类型：连通式、沉淀式和胶囊式保护器
1.设计任务：
确定下泵深度，选择泵型、电机、电缆和地面 设备等。
2.目标：满足配产要求，效率最高、能耗最小。 3.约束条件： (1) 泵的实际排量在所选泵的推荐范围内； (2) 下泵深度不大于油层中部深度； (3)
Dc D p
；
(4) 进泵气液比 R pi 8% 。
4.设计步骤：
(1) 油层产能分析； (2) 抽油设备的初选，包括离心泵、电机、电缆等；
电机的轴向力。
(4) 润滑油循环系统：轴孔、定转子间隙、通油孔 作用：电机运行时，润滑油从空心轴内流入，从轴承处各通油 孔流出，润滑各轴承；然后进入定转子间隙。由于转子的高速 旋转，润滑油获得离心力以及润滑油重力作用，从而使润滑油 下降到电机底部，补充到空心轴内反复循环，起到润滑和冷却
要能适应施工和环境温度，进行起下作业时，电缆保护
套层不破裂。
二、电潜泵油井生产系统设计
节点系统分析方法。 （一）电潜泵油井生产系统组成 (1) 油层系统 流入动态（IPR） (2) 井筒流动系统
气—液多相管流流动规律
(3) 潜油离心泵系统
H－Q、η －Q特性曲线
（二）电潜泵油井生产系统设计方法
图4-9 闭式水力活塞泵采油系统
二、水力活塞泵井下机组
(1) 液马达：将动力液的压能转换为机械能带动
泵工作。
(2) 泵：将液马达传递给它的机械能转换成液
体的压能，用来提高油层产出液的压能。
(3) 主控滑阀：利用液压差动原理控制液马达
和泵柱塞做往复运动的换向控制机构。
单 作 用 泵 工 作 原 理 示 意 图
第四章 无杆泵采油
第一节 电动潜油离心泵采油
地 变压器 面 控 控制屏 制 部 接线盒 分 泄油阀 单流阀
多级离心泵 井 下 机 组 部 分 潜油电缆 分离器 保护器 潜油电机 电力传 输部分 (1) 能量传递过程 (2) 地层流体举升过程
电潜泵举升方式的主要优点：
(1) 排量大； (2) 操作简单，管理方便； (3) 能够较好地运用于斜井与水平井以及海上采油； (4) 在防蜡方面有一定的作用。
(3) 井筒流体压力、温度、流体物性分布计算； (4) 下泵深度的确定； (5) 离心泵特性曲线的校正； (6) 泵的增压要求量计算； (7) 计算设计排量和扬程下所需要的泵的级数； (8) 电缆电压降计算，确定地面电压，选择控制屏； (9) 计算变压器的容量，确定变压器的型号和规格； (10) 电潜泵抽油井生产工况参数的预测与优化。
应性。
二、水力射流泵工作特性
(一)射流泵工作原理 动力液地面加压； 油管或专用动力液管输送； 动力液被传至井下喷嘴； 通过喷嘴将压能转换动能； 嘴后形成低压区； 动力液与油层产出液在喉管中混合； 经扩散管动能转换成压能；
图4-17 井下射流泵工作示意图
水力射流泵排量、
扬程取决于喷嘴 面积与喉管面积 的比值。
q1 ( P P3 ) / 1 1
d n 2 An /
At An / R
面积比
d t 2 At /
(4) 气蚀：
环空过流面积越小，油井产出流体流过该面积的
速度就越高。流体的压力随其流速增加而下降，
在高流速下压力将下降到流体的蒸汽压，导致蒸 汽穴的形成，该过程称之为气蚀。
混合液的压力提高后被举升到地面。
（二）射流泵基本方程 (1) 井筒流体温度分布计算： 与水力活塞泵井筒流体温度分布计算相同。 (2)泵效： 地层液与动力液得失能量之比。
E M H q3 ( P2 P3 ) q1 ( P P2 ) 1
(3) 喷嘴与喉管直径： 喷嘴: An 0.06082 喉管:
最常用的三种水力活塞泵抽油装置
(1) 开式循环单管封隔器投入式水力活塞 泵采油系统；
(2) 闭式循环平行管柱投入式水力活塞泵 采油系统；
平行旁通管为乏动力液的流道。
(3) 开式循环平行管柱投入式水力活塞泵 采油系统。
平行管通到封隔器下部，以排放封隔器下 部聚集的气体。
图4-8 开式水力活塞泵采油系
第三节 水力射流泵采油
一、水力射流泵采油系统
井口
油井 装置 井下器具管柱结构 射流泵 高压泵机组 高压控制管汇 地面 流程 动力液处理装置 计量装置 地面管线
图4-16 射流泵采油井下系统示意图
系 统 组 成
水力射流泵举升原理
通过注入井内的高压动力液的能量传递给井下油层产出液。
优点：(1) 没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大 (2) 由于可利用动力液的热力及化学特性，适用于高 凝油、稠油、高含蜡油井。 (3) 对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适
向次一级叶轮，这样，逐级流过所有的叶轮和导轮，
进一步使液体的压能增加获得一定的扬程。
2.泵的结构
上接头
壳 体
叶 导
轮 轮
转
轴
轴 套 下接头 泵吸入口
图4-2
潜油多级离心泵结构示意图
结构特点：
直径小、级数多、长度大；
轴向卸载、径向扶正； 泵吸入口装有特殊装置，如油气、油 砂分离器等； 泵出口上部装有单流阀和泄油阀。
固定式安装：整个泵随油管下入井内，优点是泵径大、
排量大，缺点是起泵必须起油管。
插入式安装：泵工作筒随大直径油管下入井内，而沉 没泵机组则用小直径油管下入，插到泵工作筒内。
投入式安装：又分单管封隔式和平行管柱式，泵工作筒
随油管下至井底，沉没泵机组则从油管中投入，使用液 力下泵和起泵，优点是起下泵方便，缺点是泵径受到限 制，排量较小。
作用。
潜油电机主要结构特点：
(1) 两极、三相鼠笼式异步感应电机； (2) 外廓尺寸细长； (3) 转子和定子分节；
(4) 保证潜油电机的严格密封；
(5) 润滑油循环系统比较特殊。
(二) 多级离心泵
1 .泵的增压原理
潜油多级离心泵的工作原理与地面离心泵相同。 当充满在叶轮流道内的液体在离心力作用下，从叶轮 中心沿叶片间的流道甩向叶轮四周时，液体受叶片的 作用，使压力和速度同时增加，并经导轮的流道被引
三、水力活塞泵油井生产系统设计
(1) 油井产能分析； (2) 决定开式或闭式系统； (3) 决定油井气体全部泵出，还是放气； (4) 选择合适的井下装置； (5) 系统工况参数确定； (6) 决定建设泵站还是单井系统； (7) 选择地面泵组； (8) 设计动力液系统。
下泵深度 井筒压力分布 井筒温度分布 井筒流体物性分布 动力液排量 泵效 功率与举升效率
◆ 流体温度对电机和电缆的绝缘程度有较大的 影响；
◆ 流体温度高需要选择耐温等级高的电机和电缆， 增加采油成本。 4、砂、蜡等对电泵工作特性的影响 ◆ 电泵生产要求含砂小于0.05%；含砂后，泵 叶轮磨损，排量下降。 ◆ 蜡沉积堵塞叶导轮 流道，井液阻力增加。
泵排量下降。 电机负荷增加 严重时过载停机。
节流作用
气蚀
气蚀损害
极限环空过流面积
（三）射流泵特性曲线
图4-18 射流泵无量纲特性曲线（p211)
三、 水力射流泵油井生产系统设计步骤
(1) 油层IPR曲线计算，并确定设计产液量下的井底流压。 (2) 从井底向上计算井筒压力分布，由泵的泵入口压力确 定下泵深度(考虑到极限气蚀泵吸入口压力的影响)。
动力液地面加压； 油管或专用动力液管输送； 动力液被传至井下液马达处；
滑阀控制机构换向；
动力液驱动液马达；
液马达做往复运动；
液马达通过活塞杆带动抽油泵做往复运动；
原油被增压举升。