采油工程——其他无杆泵采油
有杆采油装备与无杆采油装备
有杆采油装备与无杆采油装备目前，机械采油的型式很多。
通常按照是否用抽油杆来传递动力，可将机械采油分为两大类：1、有杆泵采油——是指地面动力通过一系列的机械传动带动抽油杆柱，再由抽油杆柱带动井下抽油泵活塞上、下往复运动，将井内原油抽至地面的采油方法。
有杆泵采油设备主要包括：游梁式抽油机—抽油泵装置和无游梁式抽油机—抽油泵装置。
其中无游梁式抽油机—抽油泵装置又分为链条式抽油机，液压式抽油机，顶部电机驱动式抽油机和直线电机驱动抽油机。
2、无杆泵采油——利用不借助于抽油杆柱来传递动力的抽油设备来进行的机械采油的方法统称为无杆泵采油。
目前，无杆泵采油设备主要有：水力活塞泵，电动潜油离心泵，电动潜油单螺杆泵，射流泵和振动泵等。
一、有杆采油装备游梁式采油装备是国内外应用最广泛的采油设备，它出现较早，结构简单、制造容易、维护方便。
该装置主要由三部分组成：1)地面部分—游梁式抽油机，它由电动机、减速箱和四连杆机构组成。
2〕井下部分—抽油泵。
它悬挂在套管中油管的下端。
3〕联系地面和井下的中间部分—抽油杆柱，它由一种或几种直径的抽油杆和接箍组成。
为了提高效率，采用了前置型游梁式抽油机和异相式曲柄平衡抽油机，有效的改善了游梁式抽油机的平衡效果，可以降低抽油杆中的应力，节约能源，提高设备的使用寿命，同时，保留了游梁式抽油机的特点。
随着井深和产量的不断增加，同时随着油井开采复杂条件的经常出现〔如高粘、多蜡、多砂、多气、水淹和强腐蚀性等条件〕，游梁式抽油机—抽油泵装置的缺点就很明显，主要是抽油机的重量增大，在生产中抽油杆的事故增多而抽油泵的排量降低。
为了减轻抽油机的重量，采用无游梁式抽油机。
它的特点是保留抽油杆，维持有杆抽油设备的工作方式。
无游梁式抽油机，特别是液压式抽油机的采用，可以降低抽油杆柱中的应力和改善它的工作条件，因而扩大了有杆抽油设备的使用范围。
1、基本型游梁式抽油机基本型游梁式抽油机最常用，它主要由游梁、驴头、横梁、连杆、曲柄、平衡重、减速箱、制动机构、支架等组成。
无杆泵采油技术装备.ppt
应用效果
➢ 通过结合ESP、多分支井和远程监控技术的优 势，控制了含水量
➢ 多分支井利用两个井眼对同一储层进行开采， 而仅需一个井槽，节省了成本，使CNOOC 的 投资回报率实现了最大化。
➢ CNOOC利用智能井技术对每个分支井的流量 进行远程监控，更好地进行油藏管理，实现了 产量和储量采收率的提高。
➢ 由于抽油杆柱的存在，应用受限：
泵效低，排量小 泵挂深度受限，不适于深井或超深井 冲程、冲次受限 产生偏磨、腐蚀 不适用定向井
无杆泵采油
➢ 电动潜油离心泵 ➢ 水力活塞泵 ➢ 喷射泵 ➢ 液力驱动螺杆泵 ➢ 电动潜油单螺杆泵 ➢ 电动潜油双螺杆泵 ➢ 直线电机驱动往复泵 ➢ 电动潜油混抽泵
Intake Pressure Discharge Pressure Intake Temperature Motor Temperature Vibration Flow / Discharge temperature Current Leakage (Earth Fault Monitoring)
➢ 将用于储层管理的智能井技术与ESP远 程监控技术相结合，使泵送作业得到优 化，从而显著地提高流量或最终的储量 采收率
应用实例一
➢ 1999年，为了控制产水量，BP公司将井下流 体控制技术和ESP共同应用在了其位于英格兰 多塞特Wytch Farm油田M-15油井中，这是 这两项技术第一次联合应用在单个完井作业中
Gas Lift Monitoring
Annulus Pressure Tubing Pressure Downhole Temperature Vibration Current Leakage (cable to surface integrity)
机械有杆、无杆采油技术
2.影响泵效的因素
Q/Qt
(1)
抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩
入
Sp S
(2) 气体和充不满的影响 V 液
V活
(3B
1 Bl
3.提高泵效的措施
(1)选择合理的工作方式 ①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。 ②连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。
液击现象：泵充不满生产时，柱塞与泵内液面撞击引 起抽油设备受力急剧变化的现象。
2.漏失对示功图的影响 ① 排出部分的漏失
图10-9 泵排出部分漏失
柱塞的有效吸入行程：
Spu BC
泵效：
BC/S
② 吸入部分漏失
图10-10 吸入凡尔漏失
柱塞的有效吸入行程：
SpedDA
泵效：
DA/S
图10-11 吸入凡尔严重漏失
1)上冲程 抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上
的游动阀受管内液柱压力而关闭。
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。
泵内吸入液体、井口排出液体。
泵吸入的条件： 泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。
A-上冲程
2)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。
(一)理论示功图及其分析
1.静载荷作用下的理论示功图
循环过程：下死点A加载完成B上 死点C卸载完成D下死点A
图10-5 静载理论示功图
ABC为上冲程静载荷变化线。AB为加载过程， 加载过程中，游动凡尔和固定凡尔处于关闭 状态；在B点加载完毕，变形结束，柱塞与 泵筒开始发生相对位移，固定凡尔打开而吸 入液体。BC为吸入过程（BC=sP为泵的冲 程），游动凡尔处于关闭状态。
采油工程第4章无杆泵采油
一、电潜泵采油装臵
3.泵的工作特性
离心泵的特性曲线：扬程、功率和泵效随排量的变化关系曲线。
潜油离心泵特性曲线图
一、电潜泵采油装臵
泵的工作特性曲线的校核：
纯水→油、气、水混合物 (1)水、油、气混合物有效运动粘度的校核
o / w w( 1 2H g )
o w 3 ( 1 H g )1 1 f w ( 1 ) f w o w
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；
开式水力活塞泵采油系统
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。
一、水力活塞泵采油系统举升原理
适 应 条 件
油层深度与排量范围大； 含蜡； 稠油； 井斜。
主要缺点：
(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
一、水力活塞泵采油系统举升原理
(4) 按井下泵的安装方式分类
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。
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和η－Q特性曲线
二、电潜泵油井生产系统设计
（二）电潜泵油井生产系统设计方法
无杆泵采油技术-文档资料
4 5 6 7 8
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3
9
10
11 12 11 13 14
螺杆泵采油系统
1—地面驱动部分； 2—井口装置； 3—电控箱； 4—油杆； 5—油杆扶正器； 6—油管扶正器； 7—油管； 8—转子； 9—定子； 10—定位销； 11—油管锚； 12—套管； 13—筛管； 14—油层
（1）减速箱 减速箱内有两个互相垂直啮合的伞形齿轮，一个装在大
——转子t 的螺距，m； =2
n ——转子的转mi速n，1
2．泵的容积效率（泵效）
Q 泵的容积效率 等于螺杆泵的实际排量 Q s与理论排量 之比。
=
Qs Q
t T =2
二、螺杆泵的性能参数
1．定子、转子间的过盈量
螺杆泵的单级扬程一般小于70m，单级最大工作 压差小于0.7MPa（设计为0.5MPa）。工作压差的 影响因素有结构参数、工作参数和转子、定子的
皮带轮上，另一个装在驱动轴上。减速箱的主要作用是传递 动力并实现一级减速，它将电机的动力由输入轴传递到输出 轴，输出轴连接光杆，由光杆通过抽油杆将动力传递到井下 螺杆泵转子。
（2）电机 电机是螺杆泵井的动力源，将电能转化为机械能。一般用防爆 型三相异步电机
（3）密封装置
密封装置有机械密封和静密封两种。机械密封分上置式和 下置式两种，上置式机械密封装置位于减速器上部，如图所 示；下置式位于减速器的下方。静密封位于机械密封的上端。 密封的主要作用是防止井液流出，起密封光杆的作用。
精品
无杆泵采油技术
螺杆泵采油技术
螺杆泵的特点是体积小、工作噪音低、 适用于原油粘度大、含砂高的油井。
一、螺杆泵的结构及工作原理
螺杆泵采油 按驱动方式分为井下电动潜油螺杆泵和 地面驱动井下螺杆泵； 按传递动力的方式将螺杆泵划分为有杆泵和无杆泵。
无杆泵采油课程包
6. 潜油电泵井机组运行故障诊断及处理
序 号 1 故障 现象 机组不 能运转
故障原因 控制柜无电压 机组对地绝缘电阻过低 油粘度大、死油或泥浆过多 电缆、电动机断路或短路
处理方法 检查三相电源保险盒 检查对地电阻、如过低起出机组 用轻质油或清水洗、浸泡 起出机组检查 检查熔断丝型号、规格、重调整 排液量如过高可缩小油嘴 起出泵更换泵
底部吸入口系统用于油管摩阻损失大或泵径大的 井。这种系统是从一根插到井底的尾管吸入流体进 泵，通过带封隔器的油套管环形空间排出流体，因 此提高了排量和效率。该系统的安装方式与标准安 装方式不同，泵和电机的位置刚好是颠倒的，从上 到下依次是电机、保护器、排出口、泵、吸入口。
底部排出口系统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。这 种系统是从油套管环形空间吸入流体进泵，通过尾管 排出到下部层位。该系统的安装方式与标准安装方式 也不同，泵和电机的位置也是颠倒的，从上到下依次 是电机、保护器、吸入口、泵、排出口。
1．潜油电泵井机组投运前的技术要求
（4）控制柜结构与性能应符合设计要求。井口电缆与控 制柜之间应安装接线盒，接线牢固可靠，连接导线截面 积不小于16mm2。 （5）控制柜、变压器、接线盒与井口采油树，都要进行 可靠接地。接地线截面积不小于16mm2 。 （6）投产前测量电泵整机的对地绝缘电阻值应不小于100 MΩ，三相直流电阻不平衡值应小于2% 。
(2) 电源电压波动电流卡片见图 电流曲线上出现 “钉子状”突变，就是 电压波动的反映。电压 波动最常见原因是主电 源系统有周期性重载荷， 是其他几种小的电压波 动的组合。
(3) 气侵电流卡片见图 卡片上的曲线表明机组 选型基本符合设计要求， 但井液中含有一定程度 的气体，受气体影响使 产液能力下降。
采油工程与工艺
采油方法－有杆泵采油
一、深井泵采油 （五）系统效率 4）保持适当的举升高度 有杆泵抽油系统效率随有效扬程的增加 而增加。对于正常抽油机井，有效举升高度 基本相当于举升高度，为使抽油机在高效率 下运行，要保持适当的举升高度。
采油方法－有杆泵采油
一、深井泵采油 （五）系统效率 5）严防非正常漏失 对油田低效率井的分析表明，漏失（特 别是非正常漏失）严重影响井下效率。
一、深井泵采油 （四）抽油机悬点运动规律及悬点载荷 1、抽油机悬点运动规律 ：
掌握抽油机悬点的位移、速度和加速度的变化规律是 研究抽油装置动力学、进行抽油设计和分析其工作状况 的基础。
作为一般计算分析，可简化为简谐运动和曲柄滑块 运动两种形式分别进行研究。但做精确的分析计算和抽 油机结构设计时，则必须按四连杆机构来研究抽油机的 实际运动规律，可用图解法或根据解析式用计算机来精 确计算每种抽油机的位移、速度和加速度。
采油方法－有杆泵采油
一、深井泵采油
（五）系统效率
3）推广异相型曲柄平衡抽油机与前置型抽油机 国内外的研究与实践都表明，异相曲柄平 衡抽油机与前置型抽油机节能幅度大，适应范 围广，应积极推广。
一般来讲，悬点载荷在120kN以下的，可选 择异相曲柄平衡抽油机；悬点载荷在120kN以上 的，可考虑选择前置型抽油机。
1）应用系统效率控制图
一区、二区：设计合理、 抽汲参数匹配，管理较好， 系统效率较高（正常）
三区：设备选择较大，或 抽汲参数不匹配，或供液 不足，造成系统效率过低 （不正常）
采油方法－有杆泵采油
一、深井泵采油
（五）系统效率
1）应用系统效率控制图
调整区：设备选择过小； 或抽汲参数设计不合理； 或供液能力强，造成泵吸 入口压力过高，系统效率 过低（不正常）
采油工程——其他无杆泵采油
第四章无杆泵采油课程提纲第三节其他无杆泵采油一、水力射流泵采油( 一) 射流泵结构及工作原理利用射流原理将注入井内的高压动力液的能量传递给井下产液的无杆水力采油装置。
射流泵特点：1．射流泵的结构(1)喷嘴(2)喉管(3)扩散管2．射流泵的工作原理3．射流泵的优缺点( 二) 射流泵的起下操作射流泵的起下操作与自由安装式的水力活塞泵相同。
二、螺杆泵采油螺杆泵采油按驱动方式分为电动潜油螺杆泵和地面驱动井下螺杆泵。
( 一) 电动潜油螺杆泵结构与工作原理( 二) 地面驱动螺杆泵结构及工作原理1．螺杆泵的组成由四部分组成：(1)电控部分(2)地面驱动部分(3)井下泵部分：井下泵部分包括定子和转子。
(4)配套工具部分2．螺杆泵工作原理3．螺杆泵采油配套工艺技术1)螺杆泵工艺技术2)油管柱、抽油杆柱防脱及扶正技术(1)油管柱防脱技术(2)抽油杆柱防脱技术①抽油杆柱脱扣机理②抽油杆柱防脱措施。
(3)油管柱、抽油杆柱扶正技术① 油管柱扶正技术。
② 抽油杆扶正技术。
3)解堵工艺技术故障诊断技术5)测试技术(1)地面工作参数的测试①电参数测试。
②转速测量③载荷扭矩测量。
(2)流压和静压测试由于螺杆泵井无下井压力计的通道和测试工艺，目前螺杆泵采油井的井下压力测试只能通过液面法折算流压和静压，具体计算与有杆泵类同。
教案：第三节其他无杆泵采油一、水力射流泵采油( 一) 射流泵结构及工作原理水力射流泵( 简称射流泵) 是利用射流原理将注入井内的高压动力液的能量传递给井下产液的无杆水力采油装置。
射流泵特点：井下无运动部件。
适用于高温深井、高产井、含砂、含腐蚀性介质、稠油以及高气液比油井具有较强的适应性。
1．射流泵的结构射流泵是通过地面注入与地层产出的两种流体之间的动量交换实现能量传递来工作的射流泵装置简图(1)喷嘴作用相当于射流泵的马达，其流动特性与孔板相似。
(2)喉管喉管直径要比喷嘴出口直径大，喷嘴和喉管之间的环形面积是产液进入喉管时的吸入面积。
第四章 无杆泵采油
周______节月__日第四章无杆泵采油无杆泵机械采油方法与有杆泵采油的主要区别：不需用抽油杆传递地面动力，而是用电缆或高压液体将地面能量传输到井下，带动井下机组把原油抽至地面。
常用的无杆泵包括电动潜油离心泵、水力活塞泵、水力射流泵和螺杆泵等。
第一节电动潜油离心泵采油一、电动潜油离心泵采油装置及其工作原理(一) 电动潜油离心泵型号及主要部件1．电动潜油离心泵型号2．电动潜油离心泵主要部件(二) 电动潜油离心泵的安装方式潜油电泵的主要安装方式分为标准安装方式、底部吸入口安装方式和底部排出口安装方式。
潜油电泵的安装方式不同，系统的组成和用途不完全一样。
二、电动潜油离心泵的生产管理与分析1．潜油电泵井机组投运前的技术要求2．运行中启、停机组3．运行管理及维护保养4．安全质量要求5．潜油电泵井机组运行电流卡片电流变化的分析(1) 正常运行电流卡片见图。
(2) 电源电压波动电流卡片见图。
(3) 气侵电流卡片见图。
6．潜油电泵故障分析及处理方法潜油电泵井机组运行故障诊断及处理方法见表。
第四章无杆泵采油无杆泵机械采油方法与有杆泵采油的主要区别：不需用抽油杆传递地面动力，而是用电缆或高压液体将地面能量传输到井下，带动井下机组把原油抽至地面。
常用的无杆泵包括电动潜油离心泵、水力活塞泵、水力射流泵和螺杆泵等。
第二节电动潜油离心泵采油一、电动潜油离心泵采油装置及其工作原理电动潜油离心泵是一种在井下工作的多级离心泵，用油管下入井内，地面电源通过潜油泵专用电缆输入井下潜油电机，使电机带动多级离心泵旋转产生离心力，将井中的原油举升到地面。
电潜泵由井下部分、地面部分和联系井下地面的中间部分组成。
井下部分主要是电潜泵的机组，它由多级离心泵、保护器和潜油电动机三部分组成，起着抽油的主要作用。
地面部分由变压器组、自动控制台及辅助设备组成。
自动控制台用来控制电潜泵工作，同时保护潜油电动机，防止电动机电缆系统短路和电动机过载。
电动潜油离心泵装置示意图1—变压器组；2—电流表；3—配电盘；4—接线盒；5—地面电缆；6—井口装置；7—溢流阀；8—单流阀；9—油管；10—泵头；11—多级离心泵；12—吸人口；13—保护器；14—电动机；15—扶正器；16—套管；17—电缆护罩；18，20—电缆；19—电缆接头中间部分由电缆和油管组成。
采油工程第四章无杆泵采油
水力活塞泵系统主要由三部分组成：地面部分、井下部分 和连接地面井下的中间部分。 地面部分由地面动力液罐、三缸高压泵、控制管汇、井口控
制阀和井下泵组成，起着供给和处理动力液的作用;
井下部分是该系统的核心部件，由沉没泵、泵筒、固定阀三 个部分组成起着抽油的主要作用; 中间部分包括将动力液从地面部分送到井下机组的中心油 管，以及将抽取的原油和工作过的废动力液一起排 出地面的专门通道。
(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。
系统工作过程
工作过程 地面电源 变压器 电机所需工作电压输入 控制屏 电缆 井下电机 离心泵旋转 分离器输入泵内
带动 把井液通过
由泵叶轮 使井液逐级增压油管 举升到地面
水转注到下部层位，适用于油田注水开发或 气井排水采气。这种系统是从油套管环形空 间吸入流体进泵，通过尾管排出到下部层位。 电机
保护器
吸入口 泵 排出口
该系统的安装方式与标准安装方式也不同，
泵和电机的位置也是颠倒的，从上到下依次 是电机、保护器、吸入口、泵、排出口。
二、 电流卡片分析
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，一般是指24 h电流卡片。
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。
第四章 无杆泵采油讲解
第四章无杆泵采油一般将利用抽油杆柱上下往复运动进行驱动的抽油设备统称为有杆抽油设备（井数多规模大）；凡是不用抽油杆柱传递能量，而是利用电缆或高压液体传递能量的抽油设备统称为无杆抽油设备。
利用抽油杆柱旋转运动的井下螺杆泵装置虽然也有抽油杆，但习惯上将其列入无杆抽油设备。
本章主要介绍潜油电泵、螺杆泵、水力射流泵和水力活塞泵抽油装置、采油及工艺设计方法。
第一节潜油电泵采油潜油电泵(ESP，Electric Submersible Pump)全称电动潜油离心泵，简称电泵或电潜泵，是将电动机和多级离心泵一起下入油井液面以下的采油设备。
主要特点是排液量大、自动化程度高，目前广泛应用于非自喷高产井、高含水井和海上油田。
一、潜油电泵采油系统如图4-1所示，潜油电泵采油系统主要由电机、保护器、气液分离器、多级离心泵、电缆、接线盒、控制屏和变压器等部件组成。
除了上述基本部件外，还可选用一些附属部件，如单流阀、泄油阀、扶正器、井下压力测量仪表和变速驱动装置等。
该系统的工作原理是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，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。
图4-1 典型潜油电泵采油系统1. 潜油电泵系统部件1）电机电机用于驱动离心泵转动。
井下电机一般为两极三相鼠笼感应电机，工作原理与地面电机相同，在60Hz时的转速为3500rpm(r/min)，目前电机的功率范围为5.5-735kW，根据实际需要电机可以采用几级串联达到特定的功率。
电机内充满电机油，用于润滑和导热，运行电机产生的热量由电机油通过电机外壳传给井液，井液将热量带走冷却电机，因此电机必须安装在井液流过的地方。
2）保护器保护器主要用于将电机与井液隔开，平衡电机内压力和井筒压力。
保护器的作用是连接电机的驱动轴与泵轴，连接电机壳与泵壳；保护器的充油部分与容许压力下的井液连通时，保证电机驱动轴密封，防止井液进入电机；当电机运行时，电机内的润滑油因温度升高而膨胀，保护器内有足够的空间储存因膨胀而溢出的电机油，防止电机内压力上升过高，反之当油温下降收缩时，保护器内的油又补充给电机；保护器中的止推轴承用于承受泵轴重量和各种不平衡力；保护器外壳也作为电机油附加冷却面；可以罩住电机的止推轴承。
采油机械课件—无杆泵采油
机电工程学院
水力活塞泵
7.差动式单作用泵
1) 结构特点
2)工作原理 3)优缺点
图4—9差动式单作用泵 1-工作筒；2-沉没泵；3-液马达柱塞； 4-上换向槽；5-滑阀；6-下换向槽；7-泵端阀球； 8-抽油泵柱塞；9-固定阀
图4-3 水利活塞泵装置类型
机电工程学院
水力活塞泵
(2)根据井下泵液马达与抽油泵端的数目不同，又可
分为双液马达泵和双泵端泵。双液马达泵可增大扬程， 双泵端泵可增大排量。
最常用的有如下三种，即：开式循环单管封隔器投
入式水力活塞泵、闭式循环单管封隔器投入式水力活塞 泵、开式循环平行管柱投入式水力活塞泵。
机电工程学院
水力活塞泵
冲程长度的增加主要受到机组中高精度同心部件的结
力液处理费用高，计量困难。
机电工程学院
水力活塞泵
水力活塞泵一般按如下条件进行分类：
(1) 按系统井数分，有单井流程系统、多井集中泵站系统、大 型集中泵站系统。
(2) 按动力液循环分，主要有闭式循环方式、开式循环方式。 所谓开式循环或闭式循环是指在整个采油系统中乏动力液是否有 自己的独立通道。动力液经地面泵加压使井下泵工作后不与产出 液混合，而从特设的乏动力液独立通道排出，再通过地面泵反复 循环使用的，称为闭式循环。反之，称为开式循环。开式循环方 式设备简单，操作容易，但动力液处理费用较高；而闭式循环方 式设备复杂，操作麻烦，但动力液处理费用低。
水力活塞泵
2.长冲程不平衡式单作用泵
此类泵是在“基本型”基础上进行局部结构改变而 成。其结构特点是沉没泵中一个活塞直径变小，只有一 组吸入排出阀，设在小直径活塞一端，大直径活塞一端 的上端始终作用着泵排出压力。工作原理与“基本型” 相同。优点有液马达活塞直径比泵端活塞直径大，泵压 力比小(泵端活塞与液马达活塞的作用面积之比)，可显 著增加泵的举升能力，与“基本型”相比，在相同的井 口工作压力条件下，泵扬程可提高65%--124%。适应低液 面、产量小的油井。
采油第四章-无杆泵采油
18
第一节 潜油电泵采油
二、井下多级离心泵工作特性 1.离心泵的特性
离心泵的特性：排量、压头、功率、效率与转速的关系
p 100p gf L
液柱压头与压力 ：
H
1)离心泵特性的理论分析 假设：叶片无限、充满、忽略摩阻
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
旋转式分离器
GLR<30％，效率>90％
对于气体含量很高的井，还须选用高 级气体处理装置。防止气锁，以提高泵 效。
chjm30@
10
第一节 潜油电泵采油
4)电缆（Power cable）
作用：向井下电机供电
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，扁电缆主 要用于电机或套管环形空间间隔较小的井。扁电缆
潜油电泵系统组成
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
chjm30@
5
第一节 潜油电泵采油
中海油田服务有限公司
CNOOC SERVICES, Ltd.
E28井修井后生产管柱示意图
序号
又分大扁电缆和小扁电缆。 电缆电压降：如图4-2所示
chjm30@
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第一节 潜油电泵采油
图4-2 电缆电压降
chjm30@
12
第一节 潜油电泵采油
5)控制屏（switchboard ）
控制井下电机的运行（自动控制启动和停机） 具有短路、过载、欠载保护功能，以及欠载延时
无杆泵采油
（ 4-3 ）
ƒ 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； … 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 。 2) 潜油电缆的性能要求 潜油电缆是电潜泵机组的一 个 重 要组 部分 。 根据 下泵 深 度 ，电缆的 长 度可 由 几百米 到 几千米 。电缆的 工 作介 质 是油、 气 、水三 相 混合 物 ，这 就 要 求 电缆的 护 套 绝缘材料 具 有 较 好 的 耐 油 性 和 较 高的 气密性 。电缆 长期工 作在 温 度 为 50～ 120℃ 、压力为 7 ～ 20MPa 的井液 中 ，在 冬季 电缆 野 外 施 工 ， 气 温最低达 零 下 30℃ 、 并 需 要 经 多 次 盘绕 收 放 ，这 就 要 求 电缆的 结构 紧凑 ， 护 套 层 有 足够 的 横 向密封性 ，在高 温 、高压下不 易 变 形 ，在 低温 下不 破裂 ， 材 质 应 满 足 井下 温 度 相应 的 热 老 化性 能要 求 ， 保 持 柔软 性 和 可 弯 曲性 。电缆 应 有 良 好 的 绝缘 性 能， 并 能 够 可 靠 地传递电机 所 需 要的电能。
Vo / w =
v w (1 − 2 β ) ρ ρ (1 − β )1 − 3 1 − b o − ( w − 1)b ρo ρw
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(4-1）
假 如原油是 连续 相 ，水是 分 散 相 ， 则
Vo / w =
v o (1 − 2 β )
式中
ρ (1 − β )1 − 3 1 − b 1 + ( w − 1)b ρo νo ， v w ——分 别为原油和水的 运 动 粘 度 ； ρo ， ρw ——分 别为原油和水的 密度 ；
第四章 无杆泵采油
第四章无杆泵采油一般将利用抽油杆柱上下往复运动进行驱动的抽油设备统称为有杆抽油设备（井数多规模大）；凡是不用抽油杆柱传递能量，而是利用电缆或高压液体传递能量的抽油设备统称为无杆抽油设备。
利用抽油杆柱旋转运动的井下螺杆泵装置虽然也有抽油杆，但习惯上将其列入无杆抽油设备。
本章主要介绍潜油电泵、螺杆泵、水力射流泵和水力活塞泵抽油装置、采油及工艺设计方法。
第一节潜油电泵采油潜油电泵(ESP，Electric Submersible Pump)全称电动潜油离心泵，简称电泵或电潜泵，是将电动机和多级离心泵一起下入油井液面以下的采油设备。
主要特点是排液量大、自动化程度高，目前广泛应用于非自喷高产井、高含水井和海上油田。
一、潜油电泵采油系统如图4-1所示，潜油电泵采油系统主要由电机、保护器、气液分离器、多级离心泵、电缆、接线盒、控制屏和变压器等部件组成。
除了上述基本部件外，还可选用一些附属部件，如单流阀、泄油阀、扶正器、井下压力测量仪表和变速驱动装置等。
该系统的工作原理是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，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。
图4-1 典型潜油电泵采油系统1. 潜油电泵系统部件1）电机电机用于驱动离心泵转动。
井下电机一般为两极三相鼠笼感应电机，工作原理与地面电机相同，在60Hz时的转速为3500rpm(r/min)，目前电机的功率范围为5.5-735kW，根据实际需要电机可以采用几级串联达到特定的功率。
电机内充满电机油，用于润滑和导热，运行电机产生的热量由电机油通过电机外壳传给井液，井液将热量带走冷却电机，因此电机必须安装在井液流过的地方。
2）保护器保护器主要用于将电机与井液隔开，平衡电机内压力和井筒压力。
保护器的作用是连接电机的驱动轴与泵轴，连接电机壳与泵壳；保护器的充油部分与容许压力下的井液连通时，保证电机驱动轴密封，防止井液进入电机；当电机运行时，电机内的润滑油因温度升高而膨胀，保护器内有足够的空间储存因膨胀而溢出的电机油，防止电机内压力上升过高，反之当油温下降收缩时，保护器内的油又补充给电机；保护器中的止推轴承用于承受泵轴重量和各种不平衡力；保护器外壳也作为电机油附加冷却面；可以罩住电机的止推轴承。
4-1无杆泵采油
单流阀结构示意图 接头； 限制销； 1 —接头；2 —限制销； 接头 限制销 特制螺母； 球体； 3 —特制螺母；4 —球体； 特制螺母 球体 阀座； 5 —阀座；6 —密封圈 阀座 密封圈
采油工程 29
电动潜油离心泵
10)泄油阀 10)泄油阀
泄油阀应装在单流阀上方一根油 管处，它是一个剪切插销装置。 泄油阀的作用：
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) 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。
采油工程 9
(一) 电动潜油离心泵型号及主要部件
1．电动潜油离心泵型号
类型：
• 电缆主要包括圆电缆和扁电缆，扁电缆主要用于电 电缆主要包括圆电缆和扁 机或套管环形空间间隔较小的井。扁电缆又分大扁 机或套管环形空间间隔较小的井。扁电缆又分大扁 电缆和小扁电缆。 电缆和小扁电缆。
采油工程 23
采油工程24
电缆的型号
QY P N M 3 - 3×16
芯线×截面 mm2 形状特征 外护层代号 内护层代号 绝缘代号 电缆代号
中间部分
由电缆和油管组成。 将电流从地面部分传送给井下部分，采用的是特殊 结构的电缆 (圆电缆和扁电缆)。在油井中利用钢 带将电缆和油管柱、泵、保护器外壳固定在一起。
采油工程 8
电动潜油离心泵
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) 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。
采油工程 36
二、电动潜油离心泵的生产管理与分析
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第四章无杆泵采油
课程提纲
第三节其他无杆泵采油
一、水力射流泵采油
(一) 射流泵结构及工作原理
利用射流原理将注入井内的高压动力液的能量传递给井下产液的无杆水力采油装置。
射流泵特点：
1．射流泵的结构
(1) 喷嘴
(2) 喉管
(3) 扩散管
2．射流泵的工作原理
3．射流泵的优缺点
(二) 射流泵的起下操作
射流泵的起下操作与自由安装式的水力活塞泵相同。
二、螺杆泵采油
螺杆泵采油按驱动方式分为电动潜油螺杆泵和地面驱动井下螺杆泵。
(一) 电动潜油螺杆泵结构与工作原理
(二) 地面驱动螺杆泵结构及工作原理
1．螺杆泵的组成由四部分组成：
(1) 电控部分
(2) 地面驱动部分
(3) 井下泵部分：井下泵部分包括定子和转子。
(4) 配套工具部分
2．螺杆泵工作原理
3．螺杆泵采油配套工艺技术
1) 螺杆泵工艺技术
2) 油管柱、抽油杆柱防脱及扶正技术
(1) 油管柱防脱技术
(2) 抽油杆柱防脱技术
①抽油杆柱脱扣机理
②抽油杆柱防脱措施。
(3) 油管柱、抽油杆柱扶正技术
①油管柱扶正技术。
②抽油杆扶正技术。
3) 解堵工艺技术
4) 故障诊断技术
5）测试技术
(1) 地面工作参数的测试
①电参数测试。
②转速测量。
③载荷扭矩测量。
(2) 流压和静压测试
由于螺杆泵井无下井压力计的通道和测试工艺，目前螺杆泵采油井的井下压力测试只能通过液面法折算流压和静压，具体计算与有杆泵类同。
教案：第三节其他无杆泵采油
一、水力射流泵采油
(一) 射流泵结构及工作原理
水力射流泵 (简称射流泵) 是利用射流原理将注入井内的高压动力液的能量传递给井下产液的无杆水力采油装置。
射流泵特点：井下无运动部件。
适用于高温深井、高产井、含砂、含腐蚀性介质、稠油以及高气液比油井具有较强的适应性。
1．射流泵的结构
射流泵是通过地面注入与地层产出的两种流体之间的动量交换实现能量传递来工作的。
射流泵装置简图
(1) 喷嘴
作用相当于射流泵的马达，其流动特性与孔板相似。
(2) 喉管
喉管直径要比喷嘴出口直径大，喷嘴和喉管之间的环形面积是产液进入喉管时的吸入面积。
(3) 扩散管
扩散管是一个将动能转换成压力的能量转换器。
2．射流泵的工作原理
射流泵通过喷嘴将动力液高压势能转变为高速动能；在喉管内，高速动力液与低速产液混合，进行动量交换；通过扩散管将动能转变为静压，使混合物采到地面。
3．射流泵的优点
(1) 没有运动部件，适合于举升含腐蚀和含砂流体；
(2) 结构紧凑，适用于倾斜、水平井；
(3) 自由投捞作业，维护费用低；
(4) 产量范围大，控制灵活方便；
(5) 能用于稠油开采，容易对动力液加热；
(6) 能处理高含气流体；
(7) 适用于高温深井；
(8) 对非自喷井，可用于产能测试和钻杆测试。
(二) 射流泵的起下操作
下泵时，可将泵从井口投入，利用动力液的正循环，即从油管中注入动力液，将泵压人油管下端的泵座内。
起泵时，利用动力液的反循环，即从油套环形空间注入动力液，胀开提升皮碗，使泵离开泵座，上返至井口打捞装置内，将泵捞出。
二、螺杆泵采油
螺杆泵是一种容积式泵，它运动部件少，没有阀件和复杂的流道，油流扰动小，排量均匀。
螺杆泵采油按驱动方式分为电动潜油螺杆泵和地面驱动井下螺杆泵。
(一) 电动潜油螺杆泵结构与工作原理
电动潜油单螺杆泵具有独特的作用。
电动潜油单螺杆泵装置与电动潜油离心泵装置一样，主要机组在井下，由上到下为单螺杆泵、保护器和潜油电动机。
用电缆将电从地面传给井下的潜油电动机，而油流沿油管从井下举升到井口。
地面部分包括自动控制台、自耦变压器以及一些辅助设备。
单螺杆泵结构简图
单螺杆泵的螺杆和螺旋输送机的螺旋桨相似，起着推动油液前移的作用。
为了使单螺杆推挤油液更为有效，输出所要求的排量和压头，单螺杆又与专门衬套相配合，在轴向将油流分隔开，又在径向把油流一分为二。
这样，在衬套的内螺旋面和单螺杆表面间就形成
了一个一个的封闭腔室。
当衬套—螺杆中靠近吸人端的和一个腔室的容积增加时，在它和吸人端的压力差作用下，油流便进入第一个腔室。
随着螺杆的转动，这个腔室开始封闭，并挤压液体向排出端移动。
就这样，油液通过一个一个的腔室从吸人端推挤到排出端，压力不断升高，排量非常均匀。
(二) 地面驱动螺杆泵结构及工作原理
1．螺杆泵的组成
地面驱动井下单螺杆泵采油系统 (简称螺杆泵采油系统) 由四部分组成：
螺杆泵采油示意图
(1) 电控部分
电控箱是螺杆泵井的控制部分，控制电动机的启、停。
(2) 地面驱动部分
地面驱动装置是螺杆泵采油系统的主要地面设备，是把动力传递给井下泵转子，使转子实现自转和公转，实现抽汲原油的机械装置。
(3) 井下泵部分：井下泵部分包括定子和转子。
(4) 配套工具部分
2．螺杆泵工作原理
螺杆泵是摆线内啮合螺旋齿轮副的一种应用。
螺杆泵的转子、定子副 (也称杆一衬套副) 是利用摆线的多等效动点效应，在空间形成封闭腔室，并当转子和定子作相对转动时，封闭腔室能做轴向移动，使其中的液体从一端移向另一端，实现机械能和压力能的相互转化，从而实现举升作用。
3．螺杆泵采油配套工艺技术
1) 螺杆泵工艺技术
螺杆泵工艺是依靠油井的状况来合理选择螺杆泵的泵型、确定泵的工作参数，或根据某一规格的螺杆泵来选井。
而螺杆泵采油井的合理工况是指油井在合理流压下生产，螺杆泵在合理工作区域内工作。
2) 油管柱、抽油杆柱防脱及扶正技术
(1) 油管柱防脱技术
可靠的防脱措施主要有两种：锚定工具和反扣油管，一般采用锚定工具，与常规油管锚一样。
(2) 抽油杆柱防脱技术
①抽油杆柱脱扣机理
②抽油杆柱防脱措施。
(3) 油管柱、抽油杆柱扶正技术
①油管柱扶正技术。
由于螺杆泵转子离心力的作用，定子受到周期性冲击产生振动，为减小或消除定子的振动需要设置扶正器。
一般在定子上接头处安装较为适宜，而对于采用反扣油管的油管柱，则需在定子上、下接头处分别安装扶正器。
②抽油杆扶正技术。
通常在抽油杆柱的上端即光杆附近、抽油杆柱的下端即转子附近以及中下部一定要放置扶正器。
3) 解堵工艺技术
电缆加热解堵是在空心抽油杆内下入活动式加热电缆，通电后电缆产生热量使油管内原油降粘解堵。
4) 故障诊断技术
螺杆泵采油井常见故障有抽油杆断脱、油管脱落、措堵、定子橡胶脱落等，经过几年的实践和理论探讨，总结出如下诊断法：（1）电流法。
电流法就是通过测试驱动电动机的工作电流，根据工作电流大小来诊断泵况的方法。
（2）憋压法。
憋压法就是通过关闭采油树回压闸门进行憋压，观测井口油压和套压变化进行诊断井下泵况的方法。
5）测试技术
螺杆泵采油井的测试主要是指地面工作参数测试和井下压力的测试。
其中地面工作参数的测试包括运行电流、工作转速、系统效率、工作扭矩等。
井下压力的测试包括流压和静压。
(1) 地面工作参数的测试
①电参数测试。
②转速测量。
③载荷扭矩测量。
(2) 流压和静压测试
由于螺杆泵井无下井压力计的通道和测试工艺，目前螺杆泵采油井的井下压力测试只能通过液面法折算流压和静压，具体计算与有杆泵类同。