石油工程 第六章 机械采油技术

三、抽油机的设计与管理
设计原则：使抽油泵的排量与油层的供液
能力相匹配。同时，保证抽油设 备安全、高效的工作。
设计内容：确定泵径、冲程、冲数、下泵深
度、抽油杆直径及不同直径杆的 组合方式。 油井的监测：动液面和示功图
三、抽油机的设计与管理
动液面：是指油井生产时油套环形空间的 油气界面深度。可以折算井底压力。
优
结构简单，制造成本低，在相同
点
油管直径允许下入的泵径较杆式
泵大，因而排量大。
缺
检泵时要起出全部油管，费工费
点
时，适用于浅井、大排量（高 产）、中等下泵深度的油井。
杆式泵
杆式泵：整个泵在地面组装好 后接在抽油杆柱的下端整体通 过油管下入井内，由预先装在 油管预定深度(下泵深度)上的 卡簧固定在油管上，检泵时不 需要起油管。
工作原理
工作时，动力（电动机）设备的高速旋转运动通 过减速箱和游梁－连杆－曲柄转化成抽油机驴头的 低速往复运动，通过抽油杆带动井下深井泵作上下 往复运动，把油抽到地面。
分类
后置式和前置式
后置式
前置式
后置式抽油机结构简图
③运动规律不同—后置式 上、下冲程的时间基本相 等；前置式上冲程较下冲 程慢。
不同点： ①游梁和连杆的连接位置不同。
②平衡方式不同—后置式多采 用机械平衡；前置式多采用气 动平衡。
前置式气动平衡抽油机结构简图
新型抽油机：为了节能和加大冲程。
异相型游梁式抽油机 异形游梁式抽油机 双驴头游梁式抽油机 链条式抽油机 宽带传动抽油机 液压抽油机
节能 加大冲程
1)、抽油机（游梁式）
二 水力活塞泵采油
油井 装置
系 统 组 成
地面 流程
井口 井下器具管柱结构 水力活塞泵井下机组 高压泵机组 高压控制管汇 动力液处理装置 计量装置
液马达 抽油泵 滑阀控制机构
地面管线
开式水力活塞泵采油系统
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。
柱塞上、下抽汲一次为一个冲程，可 分为上冲程和下冲程，在一个冲程内完成 进油与排油的过程。冲程是描述抽油泵工 作的参数。
一分钟内完成的冲程次数叫冲数（N）
第二节 抽油机悬点运动规律
游梁 后臂
连杆 游梁式抽油机是以游梁
支点和曲柄轴中心线为固定
杆，以曲柄、连杆和游梁后
固定杆
抽油机四连杆机构简图
臂为三个活动杆的四连杆结
泵内进液的条件： 泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。
二、泵的工作原理
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。柱塞下部的液体通过游动 阀进入柱塞上部，使泵向油管排出液体。
泵排出的条件： 泵内压力高于柱塞以上的液柱压力。
二、泵的工作原理
适
油层深度与排量范围大；
应 含蜡；
条 稠油；
件
井斜。
Hale Waihona Puke Baidu
主要缺点：
(1) 机组结构复杂，加工精度要求高； (2) 地面流程大，投资高(规模效益)；
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。
V l
Vp
V p —上冲程活塞让出的容积
V l —每冲程吸入泵内的液体体积
充满系数越大，泵效就越高。 正常情况下，泵效在0.7-0.8.
（三）漏失的影响
(1)排出部分漏失（游动凡尔、活塞衬套） (2)吸入部分漏失（吸入凡尔）
(3)其它部分漏失（油管丝扣、泵的连接部 分、泄油器）
二、提高泵效的措施
空心抽油杆：由空心园钢管组成，成本较高，适用于 高含蜡、高凝固点的稠油井。可用于热油循环、热电 缆加热、或向井内加化学添加剂。
3、抽油泵
抽油泵是机械能转化为流体压能的设备
主要 工作筒(外筒和衬套)、柱塞、游动凡尔（游 组成 动阀）、固定凡尔（固定阀）
分类 管式泵和杆式泵（按与油管连接方式）
管式泵
保护器
分 潜油电机
(1) 能量传递过程 (2) 地层流体举升过程
潜油电缆 电力传 输部分
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。
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。
抽油杆的强度：C级杆(570MPa)、D级杆(810MPa)
接箍是抽油杆组合成抽油杆柱时的连接零件。按其结构 特征可分为：普通接箍、异径接箍和特种接箍。
普通抽油杆：由普通碳钢或合金钢制造，特点：结 构简单、制造容易、成本低；直径小，有利于在油 管中上下运行。 ---主要用与常规有杆泵抽油方式
玻璃纤维抽油杆：耐腐蚀，有利于延长寿命；重量轻， 有利于降低抽油机悬点载荷和节约能量；弹性模量小， 可实现超冲程，有利于提高泵效。
管式泵：外筒和衬套在地 面组装好接在油管下部先 下入井内，然后投入固定 阀，最后再把柱塞接在抽 油杆柱下端下入泵内。
A-管式泵
1—油管；3—柱塞；4—游动凡尔； 5—工作筒；6—固定凡尔
管式抽油泵
工作筒在地面组装好后接在油管
特
柱下端，随油管一起下入井内，
点
然后投入固定凡尔，最后把柱塞 接在抽油杆柱下端下入泵筒内。
石油工程 第六章 机械采油技术
第一节 抽油装置及泵的工作原理
有
第二节 抽油机悬点运动规律
杆
泵
第三节 影响泵效的因素及
采
提高泵效的措施
油
第四节 无杆泵采油基础
第一节 抽油装置及泵的工作原理
一、抽油装置
抽油机（地面）
设 备
抽油杆（传动动力）
组 抽油泵（井筒内）
成 其它附件
1、抽油机
抽油机是有杆深井泵采油的主要地面设备， 它将电能转化为机械能，包括游梁式抽油机和 无游梁式抽油机两种。
(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
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。
构，为了便于分析，常简化
为曲简谐柄运动和曲柄滑块运动
机构进行分析。
抽油机悬点载荷
悬点所承受的载荷
抽活惯
载摩
载其
油塞性
荷擦
荷它
杆上载
的 重 力
的 液 柱 载 荷
荷
沉井振
抽柱 抽 液液 没口动
油塞 油 柱体 压回
杆与 杆 与通 力压
与衬 与 油过
油套 液 管游
管
柱
动
凡
尔
第三节 影响泵效的因素及提高泵效的措施
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；
井下射流泵工作示意图
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； 混合液的压力提高后被举升到地面。
水力射流泵排量、 扬程取决于喷嘴 面积与喉管面积 的比值。
(完)
三、水力射流泵采油
油井 装置
系 统 组 成
地面 流程
井口 井下器具管柱结构 射流泵
高压泵机组
高压控制管汇
动力液处理装置
计量装置
地面管线
射流泵采油井下系统示意图
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 应性。
缺
结构复杂，成本高，相同油管直
点
径允许下入的泵径小。
二、泵的工作原理
（一）泵的抽汲过程
1、上冲程
抽油杆柱带活柱塞一起向上运动，由于油 管内活塞以上的液柱压力作用在柱塞上，游动 阀受管内液柱压力而关闭，液体排出井口。
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, 液体进入泵内。
2、惯性载荷对活塞冲程的影响
3、抽油杆振动对活塞冲程的影响
液柱载荷交变作用 抽油杆柱变速运动
抽油杆柱振动
抽油杆柱变形
（二）气体对泵效的影响
抽油泵吸入口压 力常低于饱和压 力，有气体进泵。 影响进泵的液体 量，使得泵效降 低。
气体对冲满程度的影响
“气锁”现 象
（二）气体对泵效的影响
充满系数：
表示泵的充满程度，其值为泵内吸入液体与活 塞让出体积之比：
游梁式抽油机系列代号 CYJQ-前置型 CYJY-异相型
2、抽油杆：能量传递工具
作用
用于连接驴头与井下抽油泵，对强度 有一定的要求。
种类
普通抽油杆、玻璃纤维抽油杆和空 心抽油杆
抽油杆的规格：
抽油杆的杆体直径分别为13、16、19、22、25、28mm，
抽油杆的长度一般为8000mm或7620mm，另外，为了调节 抽油杆柱的长度，还有长度不等的抽油杆短节。
一、泵效及其影响因素
泵效： Q/Qt
其影响因素从泵的三个基本环节（活塞让出 体积、原油进泵和泵内排液）可归纳为：
(1) 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩 (2) 气体和充不满的影响 (3) 漏失影响 (4) 体积系数的影响
（一）抽油杆和油管弹性伸缩对活塞冲程的影响
1、静载荷对活塞冲程的影响 在上下冲程中由于活塞以上的液柱重量交替 地作用于油管和抽油杆上，引起油管和抽油杆周 期性地增载和减载，从而引起弹性伸缩。
静液面深度：是指油井关井时油套环形空 间的油气界面深度。可以折算地层压力。
示功图：是反映抽油机悬点做功大小的测 试图。是用示功仪在抽油机悬点上测得的。 反映深井泵的工作情况。
第四节 无杆泵采油基础
一、电动潜油离心泵采油
地 面
变压器
控 制
控制柜
部 分
接线盒
泄油阀 单流阀
多级离心泵
井
下
机
分离器
组 部
(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。
③深井抽汲时，S和N的选择一定要避开不利配合区。 (2)确定合理沉没度。 (3)改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。 (4)使用油管锚减少冲程损失 (5)合理利用气体能量及减少气体影响
2)、抽油机（无游梁式）
游梁式抽油机系列型号表示方法
CYJ 12—3.3—70(H) F(Y，B，Q)
F：复合平衡
Y：游梁平衡 平衡方式代号 B：曲柄平衡
Q：气动平衡
减速箱齿轮形代号，H为点啮合双 圆弧齿轮，省略渐开线人字齿轮
减速箱曲柄轴最大允许扭矩,kN.m
光杆最大冲程，m
悬点最大载荷，10 kN CYJ-常规型
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。
开式水力活塞泵采油系统
闭式水力活塞泵采油系统
B-杆式泵
1—油管；2—锁紧卡；3—柱塞 4—游动凡尔；5—工作筒；6—固定凡尔
杆式抽油泵：－下泵深度较大的低产油井
特 点
把活塞、固定凡尔和工作筒组装 成一个整体，接在抽油杆柱的下 端整体通过油管下入井内
优
检泵、提泵时不必起出油管，大 大缩短了作业时间，同时没有固
点
定凡尔打捞装置，余隙小，适用
于含气井。