水力活塞泵采油.ppt

2,水力活塞泵采油,（1）水力活塞泵井設(shè)備與工作原理,（2）水力活塞泵井生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),（3）水力活塞泵采油生產(chǎn)管理與故障診斷,3,本章課后大作業(yè),(1)繪制單作用水力活塞泵工作原理示意,圖，并說明上下沖程工作原理。,4,主要內(nèi)容,8水力活塞泵采油,（1）水力活塞泵井設(shè)備與工作原理,（2）水力活塞泵井生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),（3）水力活塞泵采油生產(chǎn)管理與故障診斷,5圖4-8開式水力活塞泵采油系統(tǒng),液馬達(dá),一、水力活塞泵井設(shè)備與工作原理,高壓泵機(jī)組,高壓控制管匯,動(dòng)力液處理裝置計(jì)量裝置,地面管線,井口,抽油泵滑閥控制機(jī)構(gòu),系統(tǒng),組,成,油井裝置,地面流程,水力活塞泵井下機(jī)組井下器具管柱結(jié)構(gòu),6,工作原理：,動(dòng)力液地面加壓；,油管或?qū)Ｓ脛?dòng)力液管輸送；,動(dòng)力液被傳至井下液馬達(dá)處；,滑閥控制機(jī)構(gòu)換向；,動(dòng)力液驅(qū)動(dòng)液馬達(dá)；,液馬達(dá)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；,液馬達(dá)通過活塞桿帶動(dòng)抽油泵做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；,原油被增壓舉升。,適,應(yīng),條,件,主要缺點(diǎn)：,油層深度與排量范圍大；,含蠟；,稠油；,井斜。,(1)機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度要求高；(2)地面流程大，投資高(規(guī)模效益)；7,8,(2)按動(dòng)力液循環(huán)分類,(3)按動(dòng)力液性質(zhì)分類,水力活塞泵采油系統(tǒng)類型分類：,(1)按系統(tǒng)井?dāng)?shù)分類,單井流程系統(tǒng)；多井集中泵站系統(tǒng)；大型集中泵站系統(tǒng)。,閉式循環(huán)方式：乏動(dòng)力液不與產(chǎn)出液混合。,開式循環(huán)方式：乏動(dòng)力液與產(chǎn)出液混合。,原油動(dòng)力液水力活塞泵采油系統(tǒng),水基動(dòng)力液水力活塞泵采油系統(tǒng),9,(4)按井下泵的安裝方式分類,固定式安裝：整個(gè)泵隨油管下入井內(nèi)，優(yōu)點(diǎn)是泵徑,大、排量大，缺點(diǎn)是起泵必須起油管。,插入式安裝：泵工作筒隨大直徑油管下入井內(nèi)，而沉,沒泵機(jī)組則用小直徑油管下入，插到泵工作筒內(nèi)。,投入式安裝：又分單管封隔式和平行管柱式，泵工,作筒隨油管下至井底，沉沒泵機(jī)組則從油管中投,入，使用液力下泵和起泵，優(yōu)點(diǎn)是起下泵方便，缺,點(diǎn)是泵徑受到限制，排量較小。,最常用的三種水力活塞泵抽油裝置,(1)開式循環(huán)單管封隔器投入式水力活塞泵采油系統(tǒng)；,(2)閉式循環(huán)平行管柱投入式水力活塞泵采油系統(tǒng)；,(3)開式循環(huán)平行管柱投入式水力活塞泵采油系統(tǒng)。,平行旁通管為乏動(dòng)力液的流道。,平行管通到封隔器下部，以排放封隔器下部聚集的氣體。10,11,圖4-8開式水力活塞泵采油系統(tǒng),圖4-9閉式水力活塞泵采油系統(tǒng),12,水力活塞泵井下機(jī)組,(1)液馬達(dá)：將動(dòng)力液的壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,帶動(dòng)泵工作。,(2)泵：將液馬達(dá)傳遞給它的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成,液體的壓能，用來提高油層產(chǎn)出液的壓能。,(3)主控滑閥：利用液壓差動(dòng)原理控制液馬,達(dá)和泵柱塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的換向控制機(jī)構(gòu)。,單作用泵工作原理示意圖13,(一)單作用泵工作原理,下沖程：,主控制滑閥位于下死點(diǎn)，,如圖4-12a所示。,這時(shí)，高壓動(dòng)力液從中心,油管經(jīng)過通道a。進(jìn)入液馬達(dá),下缸，作用在活塞下面的環(huán)形,面積上。,同時(shí)，高壓動(dòng)力液還經(jīng)過,通道b進(jìn)入腔室c，再由通道d,進(jìn)入液馬達(dá)上缸，作用在液馬,達(dá)活塞上面的全面積上。,單作用泵工作原理示意圖14,(一)單作用泵工作原理,因此，液馬達(dá)活塞上、下,兩面都作用有動(dòng)力液的高壓，,但由于它上面的面積大于下面,的面積，,所以上面的總壓力大于下,面的總壓力，,就是在這個(gè)壓力差作用,下，液馬達(dá)進(jìn)行下沖程。,由于液馬達(dá)活塞和泵活,塞用一個(gè)活塞桿相連，,前者的下沖程必然引起,泵活塞的下沖程。,此泵是和一般抽油泵結(jié),構(gòu)相同的單作用泵，因此，,下沖程時(shí)，固定閥(吸入閥),關(guān)閉，而游動(dòng)閥(排出閥)打,開，抽油泵排出下沖程中被,吸入泵內(nèi)的油層產(chǎn)出液。,隨著液馬達(dá)活塞的下沖,程繼續(xù)進(jìn)行，活塞桿繼續(xù)往,下。,單作用泵工作原理示意圖15,活塞桿實(shí)際上是一個(gè),輔助控制滑閥，,在桿身的上部和下部,開有控制槽e和f。,當(dāng)活塞桿接近下死點(diǎn),時(shí)，它的上部控制槽e溝通,了主控制滑閥上、下端的,腔室c和g，,使高壓動(dòng)力液由控制,槽e進(jìn)入主控制滑閥下端腔,室g。,單作用泵工作原理示意圖16,由于主控制滑閥上端面,的面積小于下端面的面積，,在同樣的高壓動(dòng)力液作,用下，下面的總壓力必然大,于上面的總壓力，,所以使主控制滑閥推向,上死點(diǎn)。這時(shí)，就開始進(jìn)行,上沖程。,單作用泵工作原理示意圖17,上沖程：,主控制滑閥位于上死,點(diǎn)，如圖4-12b所示。,這時(shí)，高壓動(dòng)力液從中,心油管經(jīng)過通道a進(jìn)入液馬,達(dá)下缸。,由于主控制滑閥位于上,死點(diǎn)，堵塞了通道b，使高,壓動(dòng)力液不能象下沖程一樣,由通道d進(jìn)入液馬達(dá)上缸。,單作用泵工作原理示意圖18,這時(shí)，液馬達(dá)上缸經(jīng),過通道d、主控制滑閥中,部的環(huán)形空間h和抽取的,油層產(chǎn)出液相溝通。,因此，液馬達(dá)的上缸,充滿低壓油層產(chǎn)出液，,而下缸仍然作用有高,壓動(dòng)力液。,單作用泵工作原理示意圖19,這時(shí)，在壓力差的作用,下，液馬達(dá)的活塞進(jìn)行上沖,程。,上缸中工作過的乏廢動(dòng),力液和抽取的油層產(chǎn)出液相,混合后，提升到地面。,上沖程時(shí)，抽油泵的游,動(dòng)閥關(guān)閉，固定閥打開，進(jìn),行吸油過程。隨著上沖程的,進(jìn)行，活塞桿繼續(xù)往上。,單作用泵工作原理示意圖20,當(dāng)活塞桿接近上死點(diǎn),時(shí)，它下部的控制槽f使主控,制滑閥的下腔室和抽取的原,油相溝通。,單作用泵工作原理示意圖21,這時(shí)，在主控制滑閥上,端面作用有高壓動(dòng)力液，,下端面作用的是低壓的,油層產(chǎn)出液。,在這個(gè)壓力差作用下，,主控制滑閥就往下運(yùn)動(dòng)到下,死點(diǎn)。,這樣，就使液馬達(dá)重新,開始轉(zhuǎn)入下沖程。,單作用泵工作原理示意圖22,23,(二)井下機(jī)組工作參數(shù)計(jì)算,在水力活塞泵井的設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)油井的生產(chǎn)和地質(zhì)情,況，確定基本參數(shù)計(jì)算的內(nèi)容，它包括以下幾項(xiàng)：,在液馬達(dá)處和地面井口處所需的動(dòng)力液壓力；,動(dòng)力液的流量；,水力活塞泵的排量、功率和效率。,p1-驅(qū)動(dòng)液馬達(dá)的壓力,p2-泵排出壓力,p3-泵吸入壓力,p4-乏動(dòng)力液排出壓力,q1-動(dòng)力液流量,qsc-泵排量,ps-井口動(dòng)力液壓力,ppr-閉式乏動(dòng)力液井口壓力,pwh-產(chǎn)出液井口壓力,ae-液馬達(dá)活塞的截面積,ap-泵柱塞的截面積，,ar-活塞桿截面積。,圖4-13閉式與開式動(dòng)力液壓力分析系統(tǒng)24,圖4-14作用在kobe式a泵上的壓力25,圖4-14表示了一種,雙作用水力活塞泵,在上、下沖程中的,壓力作用簡(jiǎn)圖。,根據(jù)在各截面積上,的力的平衡可得到,水力活塞泵井下機(jī),組的壓力平衡方程,。,圖4-14作用在kobe式a泵上的壓力26,以上沖程為例進(jìn)行分析。,向下作用的力：,par+p4(aear)+p2(apar)+fr,1,其中，fr為機(jī)組的摩擦力。,向上作用的力：,11,p(aear)+p3(apar)+par,以向上作用力為正，根據(jù)力,的平衡可得到機(jī)組上下的壓,力平衡式：,1,(pp4)(aear)(p2p3)(apar)fr=0,或,1,pr=0,aparaear,pp4(p2p3),（4-13）圖4-14作用在kobe式a泵上的壓力27,令,e,p,aparaear,=,泵與馬達(dá)柱塞的純截面積,比，對(duì)于雙作用泵也等于泵,與馬達(dá)排量比。則（4-13）,式可寫為：,1,pr=0,e,pp4(p2p3)p,（4-14）圖4-14作用在kobe式a泵上的壓力28,圖4-14作用在kobe式a泵上的壓力29,方程（4-14）是水力活塞泵油,井設(shè)計(jì)與分析的基本方程。利,用動(dòng)力液的單相管流和產(chǎn)出液,的多相管流公式就可建立井下,與井口壓力和排量等的關(guān)系。,1,pr=0,e,pp4(p2p3)p,（4-14）,30,主要內(nèi)容,8水力活塞泵采油,（1）水力活塞泵井設(shè)備與工作原理,（2）水力活塞泵井生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),（3）水力活塞泵采油生產(chǎn)管理與故障診斷,31,二、水力活塞泵井生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),(2)決定開式或閉式系統(tǒng)；,(3)決定油井氣體全部泵出，還是放氣；,(4)選擇合適的井下裝置；,(5)系統(tǒng)工況參數(shù)確定；,(6)決定建設(shè)泵站還是單井系統(tǒng)；,井筒流體物性分布,下泵深度井筒壓力分布,井筒溫度分布,動(dòng)力液排量,泵效功率與舉升效率,(7)選擇地面泵組；,(8)設(shè)計(jì)動(dòng)力液系統(tǒng)。,(1)油井產(chǎn)能分析；,32,根據(jù)需要的泵排量和下圖確定泵型,圖3-18國(guó)產(chǎn)水力活塞泵舉升能力曲線,1-長(zhǎng)沖程雙作用泵；2-平衡式單作用泵；,3-雙液馬達(dá)雙作用泵；4-變壓力比單作用泵,33,井下機(jī)組徑向尺寸的確定,水力活塞泵井下機(jī)組的徑向尺寸受到油井直徑的限,制，特別是對(duì)于自由安裝式水力活塞泵。,油管2in21/2in,井下機(jī)組的外徑47.5mm58.5mm,由干井下機(jī)組徑向尺寸很小，所以給水力活塞泵的結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)帶來許多特殊要求。,34,沖程長(zhǎng)度和沖程次數(shù)的選擇,在井下機(jī)組徑向尺寸很小的條件下，為了保證一,定的排量，必須盡可能增加活塞的沖程長(zhǎng)度和沖程次,數(shù)。,沖程長(zhǎng)度的增加主要受到機(jī)組中高精度同心部件,的結(jié)構(gòu)工藝性、細(xì)長(zhǎng)活塞桿的縱向穩(wěn)定性、工作部件,和泵閥的耐久性以及方便等因素的限制。,對(duì)于自由安裝式水力活塞泵，當(dāng)沖程長(zhǎng)度達(dá)1m,時(shí)，它的總長(zhǎng)應(yīng)為55.5m左右。井下機(jī)組的長(zhǎng)度過,大會(huì)使起下操作和運(yùn)輸復(fù)雜化。,實(shí)踐證明，對(duì)于自由安裝式井下機(jī)組，沖程長(zhǎng)度,等于1m或少些，基本就能滿足工藝要求。對(duì)于固定安,裝式井下機(jī)組，根據(jù)使用要求的不同，可采用較大的,活塞沖程長(zhǎng)度。,一般情況下，沖程長(zhǎng)度可選擇在0.41m之間。35,沖程次數(shù)的增加受到井下機(jī)組的使用壽命及泵缸充,滿系數(shù)的限制，泵缸的充滿系數(shù)取決于油井中原油粘度,和機(jī)組的沉沒度,一般的沖程次數(shù)在4085次/min范圍內(nèi)變化對(duì)于科貝公司生產(chǎn)的井下機(jī)組，沖程和沖次之間,關(guān)系可由下式確定：,236,泵活塞、液動(dòng)機(jī)活塞以及活塞桿直徑比值的確定,根據(jù)給定的機(jī)組工作參數(shù)，正確地選擇泵活塞、,液動(dòng)機(jī)活塞以及活塞桿直徑比值是設(shè)計(jì)計(jì)算的重要問,題之一。,泵活塞和液動(dòng)機(jī)活塞的直徑比值，一方面取決于,下泵深度，即下泵深度愈大比值愈?。涣硪环矫嬗质?到地面動(dòng)力泵排出壓力的限制。,泵活塞直徑=d管/1.75，d管/2，d管/2.5液動(dòng)機(jī)活塞直徑=d管/2活塞桿直徑=d管/437,38,液動(dòng)機(jī)活塞的速度調(diào)節(jié)和沖程換向,一般不需要經(jīng)常改變井下機(jī)組的工況或活塞組的,平均速度。,為了調(diào)節(jié)液動(dòng)機(jī)活塞的平均速度，只要改變進(jìn)入,液動(dòng)機(jī)的動(dòng)力液流量即可，而動(dòng)力液流量的改變可采,用容積調(diào)節(jié)和節(jié)流兩種方法。,容積調(diào)節(jié)用作粗略調(diào)節(jié)，利用選擇相應(yīng)排量的地,面動(dòng)力泵或進(jìn)行地面動(dòng)力泵排量的有級(jí)調(diào)節(jié)（換柱塞,直徑或變沖程次數(shù)），它的優(yōu)點(diǎn)是無功率損失。,39,節(jié)流調(diào)節(jié)用作準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，在地面動(dòng)力泵的排出管線,上裝節(jié)流閥，用以改變動(dòng)力液的流動(dòng)阻力，將多余的液,量引回地面動(dòng)力泵的吸入管線，同時(shí)利用穩(wěn)壓器維持節(jié),流閥中的壓力降不變，使活塞平均速度穩(wěn)定。,節(jié)流調(diào)節(jié)法的優(yōu)點(diǎn)是安裝和使用方便，缺點(diǎn)是引起,功率損失和裝置總效率的降低。,因此應(yīng)該設(shè)法使準(zhǔn)確調(diào)節(jié)時(shí)多余的液量最小，在這,方面成組驅(qū)動(dòng)比單獨(dú)驅(qū)動(dòng)優(yōu)越得多。,40,液動(dòng)機(jī)活塞的沖程換向是由控制滑閥來實(shí)現(xiàn)的?？刂苹y是井下機(jī)組最重要的部件，它的正確設(shè)計(jì),在很大程度上決定了井下機(jī)組的效率和壽命。,控制滑閥應(yīng)滿足下列五點(diǎn)要求：,（1）保證液動(dòng)機(jī)活塞的無沖擊換向；,（2）保證換向的活塞組能到達(dá)極限位置（沖程長(zhǎng)度的,計(jì)算值），最大限度地利用液動(dòng)機(jī)和泵的工作容積和盡可,能地減少余隙容積；,（3）使活塞組的工作循環(huán)能保證自動(dòng)作用的泵閥關(guān)閉,滯后最小和沖擊最?。?（4）盡量縮短換向時(shí)間和減少功率損失；,（5）當(dāng)液動(dòng)機(jī)活塞和滑閥在任一位置時(shí)，保證液動(dòng)機(jī),及時(shí)啟動(dòng)。,41,當(dāng)液動(dòng)機(jī)活塞換向時(shí)，它的速度調(diào)節(jié)是利用主滑閥,對(duì)進(jìn)、出液動(dòng)機(jī)的動(dòng)力液進(jìn)行節(jié)流來達(dá)到的。,為了保證無沖擊換向，必須使主滑閥運(yùn)動(dòng)提前，即,比液動(dòng)機(jī)活塞到達(dá)死點(diǎn)時(shí)有一定的提前值，把動(dòng)力液引,入或放出主滑閥腔室。,因此，當(dāng)液動(dòng)機(jī)活塞接近一個(gè)死點(diǎn)時(shí)，主滑閥就開,始堵塞動(dòng)力液引入（或放出）液動(dòng)機(jī)的通孔，增加液流,阻力，減少液流流量，使液動(dòng)機(jī)活塞速度減慢，直到液,動(dòng)機(jī)通孔完全被堵塞，液動(dòng)機(jī)活塞就完全停止。,42,液動(dòng)機(jī)的加速由于主滑閥逐步打開通孔而進(jìn)行得很平,穩(wěn)。,液動(dòng)機(jī)活塞制動(dòng)和加速的平穩(wěn)性給泵閥的開關(guān)創(chuàng)造了,有利條件。,液動(dòng)機(jī)活塞的加速制動(dòng)段所需的時(shí)間和路程可分別進(jìn),行計(jì)算。,液動(dòng)機(jī)活塞速度的變化規(guī)律取決于主滑閥腔室的通孔,形狀和主滑閥的速度，后者有時(shí)作成隨位移能平滑地或有,級(jí)地減小。,假如活塞組的質(zhì)量較大和速度較大，為了使其在換向,前能平滑地制動(dòng)，在液動(dòng)機(jī)缸體的死點(diǎn)附近裝有緩沖裝,置。,43,主滑閥的控制是由輔助滑閥或活塞桿來實(shí)現(xiàn)的，,后者和液動(dòng)機(jī)活塞剛性聯(lián)接，,輔助滑閥控制主滑閥的沖程換向和動(dòng)力液進(jìn)入主滑閥,腔室的提前值，它也是用節(jié)流調(diào)節(jié)主滑閥的速度，利用在,輔助滑閥或活塞桿的不同區(qū)段上采用不同斷面的節(jié)流槽，,就可使主滑閥獲得一定的速度變化規(guī)律。,44,由于地面泵和整個(gè)液壓系統(tǒng)的強(qiáng)度條件，動(dòng)力液,的壓力不能超過一定數(shù)值。在選擇活塞桿直徑比值時(shí),，必須特別注意它的強(qiáng)度，因?yàn)榛钊麠U的強(qiáng)度實(shí)際上,限制了井下機(jī)組的活塞所能承受的載荷數(shù)值。,45,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)特殊問題,1.元件的密封問題；,2.連接件的同心度問題；,3.油管柱強(qiáng)度問題。,46,主要內(nèi)容,8水力活塞泵采油,（1）水力活塞泵井設(shè)備與工作原理,（2）水力活塞泵井生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),（3）水力活塞泵采油生產(chǎn)管理與故障診斷,47,目前，有以下對(duì)水力活塞泵進(jìn)行工況診斷的方法：,一、直觀分析判斷法,直觀分析判斷法能夠作出比較準(zhǔn)確的定性判斷和大體,的定量分析，對(duì)水力活塞泵采油井的管理十分必要。但該,方法一直停留在人工觀察井口動(dòng)力液壓力變化，憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn),行工況診斷的水平，由于各人經(jīng)驗(yàn)的相互差異，增大了分,析診斷結(jié)果的誤差，導(dǎo)致盲目起換泵的工作量的增加而影,響油井產(chǎn)量，因此這種方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足水力活塞泵生產(chǎn),現(xiàn)代化管理水平的需要。,48,二、壓力系統(tǒng)分析法,水力活塞泵采油井的工況可以采用壓力系統(tǒng)分析（即,節(jié)點(diǎn)分析）法來進(jìn)行診斷。為了得出比較精確的定量分析,數(shù)據(jù)，需要編制程序進(jìn)行什算，其核心是計(jì)算泵吸入壓力,p4。,對(duì)于開式系統(tǒng),49,對(duì)于閉式系統(tǒng),計(jì)算出p4后，可計(jì)算出油層中部壓力和生產(chǎn)壓,差，同時(shí)能夠分析判斷泵效、泵深和工作參數(shù)是否,合理以及油井的生產(chǎn)潛力。,50,三、對(duì)比分析法,該方法是對(duì)水力活塞泵泵內(nèi)壓力分布進(jìn)行分析，總結(jié),出液馬達(dá)活塞理論運(yùn)動(dòng)規(guī)律，根據(jù)多口油井測(cè)試、檢泵對(duì),比資料，整理得出幾種在礦場(chǎng)上常見的典型工況模版。,應(yīng)用計(jì)算機(jī)采集井口動(dòng)力液壓力和