采油機(jī)械——無(wú)桿泵采油4-3其它采油裝置(射流泵和單螺桿泵)

1、4-3 其他無(wú)桿泵采油 一、水力射流泵采油 (一) 射流泵結(jié)構(gòu)及工作原理 水力射流泵(簡(jiǎn)稱射流泵)是一種特殊的水力泵。利用射流原理將注入井內(nèi)的高壓動(dòng)力液的能量傳遞給井下產(chǎn)液的無(wú)桿水力采油裝置。射流泵采油系統(tǒng)與水力活塞泵采油系統(tǒng)的組成相似，由地面儲(chǔ)液罐、高壓地面泵和井下射流泵組成。 第第10堂課開始堂課開始 射流泵和水力活塞泵的井下總成可互換使用。射流泵的井下裝置類型與水力活塞泵一樣，包括固定式裝置和自由式裝置，但射流泵只能采用開式動(dòng)力液系統(tǒng)。 射流泵適用于高溫深井、高產(chǎn)井、含砂、含腐蝕性介質(zhì)、稠油以及高氣液比油井具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。 射流泵是通過地面注入與地層產(chǎn)出的兩種流體之間的射流泵是通過地面

2、注入與地層產(chǎn)出的兩種流體之間的動(dòng)量交換實(shí)現(xiàn)能量傳遞來(lái)工作的。典型的套管自由式井下動(dòng)量交換實(shí)現(xiàn)能量傳遞來(lái)工作的。典型的套管自由式井下射流泵裝置如圖所示。射流泵裝置如圖所示。 射流泵的主要特點(diǎn)之一是沒有運(yùn)動(dòng)部件。射流泵的工射流泵的主要特點(diǎn)之一是沒有運(yùn)動(dòng)部件。射流泵的工作元件是噴嘴、喉管和擴(kuò)散管。作元件是噴嘴、喉管和擴(kuò)散管。 1射流泵的結(jié)構(gòu) 射流泵裝置簡(jiǎn)圖 1 1打撈頭；打撈頭；2 2提升皮碗；提升皮碗；3 3排油孔；排油孔；4 4擴(kuò)散器；擴(kuò)散器；5 5喉管；喉管；6 6噴嘴；噴嘴；7 7油管；油管；8 8封隔器；封隔器；9 9套管；套管；1010尾管尾管 表示動(dòng)力液流向表示動(dòng)力液流向表示井液流向表

3、示井液流向表示混合液流向表示混合液流向(1) 噴嘴 作用將壓能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，從而在噴嘴前的喉管區(qū)造成一個(gè)低壓區(qū)，常常形成一定的真空度。 (2) 喉管 喉管的作用是使產(chǎn)液和動(dòng)力液在其中完全混合，交換 能量，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)混合管。 (3) 擴(kuò)散管 擴(kuò)散管是一個(gè)將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓力的能量轉(zhuǎn)換器。 2射流泵的工作原理 射流泵通過噴嘴將動(dòng)力液高壓勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚賱?dòng)能；在喉管內(nèi)，高速動(dòng)力液與低速產(chǎn)液混合，進(jìn)行動(dòng)量交換；通過擴(kuò)散管將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴耗埽够旌衔锊傻降孛?。噴嘴喉管擴(kuò)散管吸液管地面動(dòng)力泵來(lái)的動(dòng)力液由產(chǎn)層來(lái)的井液混合液排至 地 面射流泵原理簡(jiǎn)圖射流泵原理簡(jiǎn)圖3射流泵的優(yōu)缺點(diǎn) (1) 沒有運(yùn)動(dòng)部件，適合于舉升含

4、腐蝕和含砂流體； (2) 結(jié)構(gòu)緊湊，適用于傾斜、水平井； (3) 自由投撈作業(yè)，維護(hù)費(fèi)用低； (4) 產(chǎn)量范圍大，控制靈活方便； (5) 能用于稠油開采，容易對(duì)動(dòng)力液加熱； (6) 能處理高含氣流體； (7) 適用于高溫深井； (8) 對(duì)非自噴井，可用于產(chǎn)能測(cè)試。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： (1) 必須有較高的動(dòng)力液壓力，使射流泵的應(yīng)用受到限制。 (2) 射流泵泵效較低，所需要的輸入功率比水力活塞泵高。 (二) 射流泵的起下操作 下泵時(shí)，可將泵從井口投入，利用動(dòng)力液的正循環(huán)，即從油管中注入動(dòng)力液，將泵壓入油管下端的泵座內(nèi)。起泵時(shí)，利用動(dòng)力液的反循環(huán)，即從油套環(huán)形空間注入動(dòng)力液，脹開提升皮碗，使泵離開泵座，

5、上返至井口打撈裝置內(nèi)，將泵撈出。 二、螺桿泵采油 螺桿泵是一種容積式泵，它運(yùn)動(dòng)部件少，沒有閥件和復(fù)雜的流道，油流擾動(dòng)小，排量均勻。 由于缸體轉(zhuǎn)子在定子橡膠襯套內(nèi)表面運(yùn)動(dòng)帶有滾動(dòng)和滑動(dòng)的性質(zhì)，使油液中砂粒不易沉積，同時(shí)轉(zhuǎn)子定子間容積均勻變化而產(chǎn)生的抽吸推擠作用使油氣混輸效果良好，在開采高粘度、高含砂和含氣量較大的原油時(shí)，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。目前螺桿泵作為一種新型的采油方式，工藝技術(shù)逐步配套并正趨向系列化。 螺桿泵采油按螺桿的形式分為：?jiǎn)温輻U泵和雙螺桿泵； 按驅(qū)動(dòng)方式分為：電動(dòng)潛油螺桿泵、地面驅(qū)動(dòng)井下螺桿泵和水力驅(qū)動(dòng)螺桿泵 。本課所介紹的螺桿泵皆指單螺桿泵 (一) 電動(dòng)潛油螺桿泵結(jié)構(gòu)與工作原理 電動(dòng)潛

6、油單螺桿泵是一種容積式泵，運(yùn)動(dòng)件很少（只有一個(gè)螺桿）；沒有閥件和復(fù)雜的流道，油流擾動(dòng)小，這樣使水力損失大大降低；由于鋼螺桿在橡皮襯套表面的運(yùn)動(dòng)帶有滾動(dòng)加滑動(dòng)的性質(zhì)，使油液中砂粒不易沉積；由于螺桿襯套副間容積均勻增壓而產(chǎn)生的抽吸和推擠作用，使油氣混輸?shù)男Ч己谩?油氣分離器 單 螺 桿 泵 撓 性 軸 節(jié) 油 管 上 保 護(hù) 器 行 星 減 速 器 下 保 護(hù) 器 潛 油 電 機(jī) 套 管 電潛單螺桿泵井下機(jī)組 油 層 井 口 電動(dòng)潛油單螺桿泵裝置與電動(dòng)潛油離心泵裝置類似，主要機(jī)組在井下，由上到下為單螺桿泵、上保護(hù)器、行星減速器、下保護(hù)器和潛油電動(dòng)機(jī)及萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)、主軸等組成；用電纜將電從地面?zhèn)鹘o井

7、下的潛油電動(dòng)機(jī)，而油流沿油管從井下舉升到井口；地面部分包括自動(dòng)控制臺(tái)、自耦變壓器以及一些輔助設(shè)備。電動(dòng)潛油單螺桿泵裝置組成單螺桿泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1 1泵殼；泵殼；2 2襯套；襯套；3 3螺桿；螺桿；4 4萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)；萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)；5 5中間傳動(dòng)中間傳動(dòng)軸；軸；6 6密封裝置；密封裝置；7 7徑向止徑向止推軸承；推軸承；8 8聯(lián)軸短節(jié)聯(lián)軸短節(jié) 單螺桿泵的螺桿和螺旋輸送機(jī)的螺旋槳相似，起著推動(dòng)油液前移的作用。 單螺桿泵工作原理：?jiǎn)温輻U泵工作原理：?jiǎn)温輻U與專門襯套相配合，在軸向?qū)⒂土鞣指糸_，又在徑向把油流一分為二。這樣，在襯套的內(nèi)螺旋面和單螺桿表面間就形成了一個(gè)一個(gè)的封閉腔室。當(dāng)襯套螺桿中靠近吸入端的和一

8、個(gè)腔室的容積增加時(shí)，在它和吸入端的壓力差作用下，油流便進(jìn)入第一個(gè)腔室。隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)腔室開始封閉，并擠壓液體向排出端移動(dòng)。就這樣，油液通過一個(gè)一個(gè)的腔室從吸入端推擠到排出端，壓力不斷升高，排量非常均勻。單螺桿泵工作原理動(dòng)畫 1螺桿泵的組成 地面驅(qū)動(dòng)井下單螺桿泵采油系統(tǒng) (簡(jiǎn)稱地驅(qū)螺桿泵采油系統(tǒng)) 由四部分組成： (1) 電控部分 (2) 地面驅(qū)動(dòng)部分 (3) 井下泵部分：井下泵部分包括定子和轉(zhuǎn)子。 (4) 配套工具部分 (二) 地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵結(jié)構(gòu)及工作原理 地驅(qū)螺桿泵采油示意圖地驅(qū)螺桿泵采油示意圖 1 1電控箱；電控箱；2 2電機(jī)；電機(jī)；3 3皮皮帶；帶；4 4方卡子；方卡子；5 5減速

9、箱；減速箱；6 6壓力表；壓力表；7 7專用井口；專用井口；8 8抽油桿；抽油桿；9 9抽油桿扶正器；抽油桿扶正器；1010油管扶正器；油管扶正器；1111油管；油管；1212螺桿泵；螺桿泵；1313套管；套管；1414定位銷；定位銷；1515油管防脫裝置；油管防脫裝置；1616篩管；篩管；1717絲堵；絲堵；1818油油層層 1415161718 2螺桿泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理 螺桿泵是擺線內(nèi)嚙合螺旋齒輪副的一種應(yīng)用。螺桿泵的轉(zhuǎn)子、定子副 (也稱桿襯套副) 是利用擺線的多等效動(dòng)點(diǎn)效應(yīng)，在空間形成封閉腔室，并當(dāng)轉(zhuǎn)子和定子作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，封閉腔室能做軸向移動(dòng)，使其中的液體從一端移向另一端，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能

10、向液體能的轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)舉升作用。 轉(zhuǎn)子螺桿（以單頭為例介紹） 地面驅(qū)動(dòng)井下單螺桿泵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)是通過地面驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)光桿轉(zhuǎn)動(dòng)，通過中間抽油桿將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到井下轉(zhuǎn)子，使其轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子的任一截面都是半徑為R的圓。每一截面中心相對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)子的中心存在一個(gè)偏心距e ，轉(zhuǎn)子的螺距為t。螺桿表面是由截面圓的圓心以偏心距e為半徑，繞著整個(gè)螺桿的中心線邊旋轉(zhuǎn)邊沿著軸線移動(dòng)，且每旋轉(zhuǎn)一周向前推移一個(gè)螺桿的導(dǎo)程Tr而形成的。 定子襯套內(nèi)表面是雙線內(nèi)螺旋面，其導(dǎo)程為轉(zhuǎn)子螺距的2倍。每一斷面內(nèi)輪廓是由兩個(gè)半徑為 R（等于轉(zhuǎn)子載面圓的半徑）的半圓和兩個(gè)直線段組成的。直線段長(zhǎng)度等于兩個(gè)半圓的中心距（即4e）。 襯套的

11、內(nèi)螺旋面就由上述的斷面輪廓繞它的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并沿該軸線移動(dòng)所形成的。只不過，每旋轉(zhuǎn)一周沿軸向推移一個(gè)襯套導(dǎo)程（Ts=2t）的距離。 入口、出口及腔室中任一橫截上的過流面積始終是相等的，液體在泵內(nèi)沒有局部壓縮，從而確保連續(xù)、均衡、平穩(wěn)地輸送液體。 定 子 當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子襯套中位置不同時(shí)，它們的接觸點(diǎn)是不同的（如：螺桿泵密封腔隔圖所示）。在一個(gè)襯套導(dǎo)程上形成一個(gè)完整的密封腔室。液體封閉的兩端的線即為密封線。密封線隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而移動(dòng)，液體即由吸入側(cè)被推擠送往排出側(cè)。螺桿-襯套副的級(jí)數(shù)（即襯套導(dǎo)程數(shù)）越多，也就是密封腔室數(shù)越多，泵的排出壓力就越高。 螺桿泵密封腔隔 由于封閉腔室的不斷形成、運(yùn)動(dòng)和消失，使舉

12、升介質(zhì)通過一個(gè)個(gè)封閉腔室，從吸入端擠到排出端，壓力不斷升高，排量保持不變。螺桿泵就是在轉(zhuǎn)子和定子組成的一個(gè)個(gè)密閉的獨(dú)立的腔室基礎(chǔ)上工作的； 轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)（作自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)），密封空腔在軸向沿螺旋線運(yùn)動(dòng)，按照旋向、轉(zhuǎn)向的關(guān)系，向前或向后輸送液體； 螺桿泵是一種容積泵，所以它具有自吸能力，甚至在氣、液混輸時(shí)也能保持自吸能力。 3螺桿泵采油配套工藝技術(shù) 1) 螺桿泵工藝技術(shù) 螺桿泵工藝是依靠油井的狀況來(lái)合理選擇螺桿泵的泵型、確定泵的工作參數(shù)，或根據(jù)某一規(guī)格的螺桿泵來(lái)選井。而螺桿泵采油井的合理工況是指油井在合理流壓下生產(chǎn)，螺桿泵在合理工作區(qū)域內(nèi)工作。 2) 油管柱、抽油桿柱防脫及扶正技術(shù) (1) 油管柱防脫

13、技術(shù) 錨定工具和反扣油管，一般采用錨定工具，與常規(guī)油管錨一樣。 (2) 抽油桿柱防脫技術(shù) 抽油桿柱脫扣機(jī)理 抽油桿柱防脫措施。 (3) 油管柱、抽油桿柱扶正技術(shù) 油管柱扶正技術(shù) 由于螺桿泵轉(zhuǎn)子離心力的作用，定子受到周期性沖擊產(chǎn)生振動(dòng)，為減小或消除定子的振動(dòng)需要設(shè)置扶正器。一般在定子上接頭處安裝較為適宜，而對(duì)于采用反扣油管的油管柱，則需在定子上、下接頭處分別安裝扶正器。 抽油桿扶正技術(shù) 通常在抽油桿柱的上端即光桿附近、抽油桿柱的下端即轉(zhuǎn)子附近以及中下部一定要放置扶正器。 3) 解堵工藝技術(shù) 電纜加熱解堵是在空心抽油桿內(nèi)下入活動(dòng)式加熱電纜，通電后電纜產(chǎn)生熱量使油管內(nèi)原油降粘解堵。 4) 故障診斷技術(shù) 螺桿泵采油井常見故障有抽油桿斷脫、油管脫落、定子橡膠脫落等，有如下診斷法： （1）電流法 電流法就是通過測(cè)試驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的工作電流，根據(jù)工作電流大小來(lái)診斷泵況的方法。 （2）憋壓法 憋壓法就是通過關(guān)閉采油樹回壓閘門進(jìn)行憋壓，觀測(cè)井口油壓和套壓變化