投捞式液体驱动射流泵采油装置设计论文.doc

1、西安石油大学本科毕业设计（论文）投捞式液体驱动射流泵采油装置设计摘 要：射流泵属于新兴学科喷射技术，它是一种利用高速流体作为工作动力的流体机械和混合反应设备。射流泵本身没有运动部件，具有结构简单、密封性好、工作可靠和成本低廉等一系列独特的优点，在许多工艺流程应用中具有优越性和不可替代性，尤其在石油行业，射流泵技术的应用相当广泛。液 体 射 流 泵 采 油 装 置是 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 油 层 产 出 液 的 无 杆 水力 采 油 设 备 ， 其 结 构 紧 凑 ， 泵 排 量 范 围 大 ， 扬程可达 500-30

2、00m，可抽吸含腐蚀、含砂介质的原油和气液比较高的原油，可用于高凝油、稠油、高含蜡油井。在 日 常生 产 中 维 护 、 测 试 、 调 参 简 单 ， 免 修 期 较 长 ， 在油井产量变化时调节极为方便，投资和操作费用较低，对 定 向 井 、 水 平 井 和 海 上 丛 式 井 的 油 气 举 升 有 良 好 的 适 应性 ， 特 别 适 合 面 积 小 、 资 源 有 限 的 海 上 采 油 平 台 。然 而 ， 固 定 式 射 流 泵 采 油 装 置 是 将 泵 体 固 定 在 井 下 油 套 管 中 ， 无 法 单 独 取 出 ，对 于 维 修 维 护 极 其 不 便 ， 当 泵 发

3、 生 故 障 时 ， 需 要 连 同 油 管 一 起 取 出 ， 维 修 成 本较 高 。为 了 解 决 这 一 问 题 ， 本 文 设 计 了 投 捞 式 液 体 驱 动 射 流 泵 采 油 装 置 ， 该 射 流 泵装 置 使 用 清 水 作 为 动 力 液 ， 采 用 正 循 环 方 式 ， 泵 上 设 计 有 机 械 打 捞 头 和 液 力 打 捞系 统 ， 泵 由 投 捞 部 分 （ 泵 芯 ） 和 固 定 部 分 （ 底 座 ） 组 成 ， 底 座 连 接 在 油 管 上 ， 泵芯 坐 落 在 底 座 上 。 当 需 要 时 能 够 通 过 液 力 打 捞 或 机 械 打 捞 将

4、泵 的 投 捞 部 分 从 油 管中 直 接 打 捞 出 来 ， 而 不 用 取 出 油 管 。 文 章 根 据 给 定 的 工 况 数 据 计 算 设 计 出 了 射 流泵 的 具 体 结 构 尺 寸 并 验 算 了 喷 嘴 出 口 压 力 和 混 合 液 反 排 到 地 面 的 压 力 ， 最 后 对 泵进 行 了 强 度 校 核 。关键词：射流泵；采油；投捞式西安石油大学本科毕业设计（论文）The Design of Retrievable Hydraulic Jet Pump Equipments for Oil ProductionAbstract: Jet pumps are th

5、e result of a new subjectjetting technique. It is one kind of hydro-mechanism and hybrid reaction equipment. Jet pumps have no moving component. They have a series of unique advantages, such as simple structure, good sealability, dependable working and low cost. They have superiority and nonreplacea

6、bility in a lot of technological process, especially in oil vocation, in which jetting technique is widely applied. Hydraulic jet pump equipments for oil production is one kind of rodless hydraulic oil production equipment using the jetting law, which transmit energy from high pressure power fluid i

7、njected into the bottom of the well to oil. Jet pumps have tight composition and a wide range of delivery capacity and a 500 to 3000 meters head. They can pump crude oil with sand or with corrosive medium or with high gas fluid ratio. They are fit for tar oil well, heavy oil well and high wax-contai

8、ning crude well. They are simply maintained and tested in daily production, and have long under stream period. They can be easily regulated when the output of well changes, leading low operating cost to investors. So jet pumps have good suitability to direction well, horizontal well and cluster well

9、s at sea. Jet pumps suit for the offshore platform which has limited area and resources greatly. However, fixed jet pump oil production equipment fix the jet pump to the oil tube, so the pump cannot be took out alone, leading to much inconveniences to maintenance and high repairs cost when the pump

10、has breakdown. To solve this problem, this paper design one kind of the retrievable hydraulic jet pump equipments for oil production. This jet pump equipment use pure water as power fluid following normal circulation. The pump has mechanical fishing head and hydraulic fishing system. It consists of

11、the retrievable section (pump limb) and the fixed section (pedestal).The pedestal is fixed with the oil tube by screw joint and the pump climb landed on the pedestal. When needed, the retrievable part of the equipment can be taken out from the oil crude by hydraulic fishing or mechanical fishing. Th

12、e paper will calculate the structure dimension of the pump according to the given data. The paper has calculated the structure dimensions according to given operational mode and data and checked the pressure of the the jet exit and the pressure of the mixed fluid on the well mouth. At last, the pape

13、r checked the intensity of the pump.Key words: Jet pump；Oil production；Retrievable西安石油大学本科毕业设计（论文）I目 录1 绪论 11.1 研究的背景及意义 11.1.1 石油的现状 11.1.2 石油开采的各种方法 11.1.3 射流泵采油的特点和优势 11.1.4 设计投捞式液体驱动射流泵采油装置的意义 21.2 国内外研究现状 31.2.1 射流泵及其理论的发展历程 31.2.2 国外在射流泵油气举升应用方面的研究历程 41.2.3 国内在射流泵油气举升应用方面的历史与现状 41.3 毕业设计的主要内容

14、51.4 所采用的研究方法 61.5 本章小结 62 射流泵主要参数、构造以及工作原理 72.1 射流泵的主要参数 72.2 射流泵的构造 72.3 射流泵的工作原理 92.4 本章小结 103 总体方案 113.1 确定循环方式 113.1.1 正循环和反循环 113.1.2 选择循环方式 113.1.3 选择动力液 113.2 确定投捞方案 113.2.1 机械投捞 113.2.2 液力投捞 113.2.3 选择投捞方案 123.3 本章小结 134 水力学计算 144.1 计算中的假设条件 144.2 射流泵采油系统示意图与符号介绍 144.2.1 射流泵采油系统示意图 144.2.2

15、符号介绍 144.3 确定已知条件 15西安石油大学本科毕业设计（论文）II4.4 射流泵参数计算 164.4.1 泵入口处动力液压力计算 164.4.2 喷嘴入口压力计算 194.4.3 确定泵的最优参数 244.4.4 混合液流量计算 244.4.5 射流泵基本尺寸计算 244.5 验算 284.5.1 验算喷嘴出口压力 284.5.2 验算固定阀的钢球能否被顶起 304.5.3 验算动力液反排余压 314.6 射流泵的效率 364.7 本章小结 375 结构设计计算 385.1 射流泵剖面图 385.2 确定投捞部分的外径 385.3 确定泵工作筒的外径和壁厚 385.4 设计打捞头 3

16、85.5 设计液力打捞系统 395.6 设计进液和排液通道 395.7 选择上下接头螺纹 405.8 本章小结 416 强度校核 426.1 进液单向阀连杆的螺纹强度校核 426.1.1 连杆螺纹部分抗拉强度校核 426.1.2 连杆螺纹牙的强度校核 436.2 密封圈挡环薄弱部分的抗压强度和抗剪切强度校核 466.2.1 抗剪切强度校核 466.2.2 抗压强度校核 486.3 螺钉的强度校核 496.4 泵工作筒强度校核 526.5 本章小结 567 结论 57参考文献 59致谢 61西安石油大学本科毕业设计（论文）11 绪论1.1 研究的背景及意义1.1.1 石油的现状石 油 是 工 业

17、 的 血 液 ， 是 上 世 纪 和 本 世 纪 的 主 要 能 源 资 源 。从总体上来看，世界油气资源丰富，在将来几十年内仍然能维持人类对油气资源的需求。人们对世界油气资源数量的评价呈上升趋势，剩余石油探明可采储量是不断增长的。地球上的油气资源比人们想象的丰富。世界石油大会是评价和发布全球油气资源评价结果的权威机构。1997 年在北京召开的第十五届世界石油大会上，俄罗斯学者 N.A.Krylov 等在“21 世纪的勘探概念”一文中分析认为，虽然过去人们对世界原始石油资源的评价结果有一定差异，但这些评价结果总体趁势在最近 50 年中是上升的。到 2030 年之前，油气仍是世界主要的能源供应来

18、源，约占能源供应的 60%。在运输需求的驱动下，预计石油需求年均增长约 1.5%。由于石油资源丰富、供应可靠、价格可承受且便于运输，全球对石油的需求将是不断增长的。数据表明，世界石油天然气的剩余可采储量仍然丰富，在未来的几十年内世界油气资源还是能满足人类的基本需求的。然而随着陆上石油资源的不断减少，海洋石油在总体石油产量中所占的比重将不断增大，加之海洋石油资源丰富，使人们渐渐将目光投向了海洋，加大了对海洋石油开采的重视度和投入。1.1.2 石油开采的各种方法石 油 深 埋 地 下 ， 石 油 的 开 采 有 着 至 关 重 要 的 意 义 。 石 油 开 采 的 类 型 和 方 法 方法 有

19、很 多 ， 如 自 喷 井 、 机 械 采 油 、 三 次 采 油 ， 其 中 机 械 采 油 又 分 为 有 杆 泵 采 油 、无 杆 泵 采 油 、 气 举 法 采 油 、 提 捞 法 采 油 等 。 石 油 开 发 的 基 本 目 的 是 尽 可 能 将 储 存在 油 层 深 处 的 石 油 开 采 出 来 ， 提 高 采 收 率 ， 降 低 成 本 。 每 种 采 油 方 法 都 有 自 己 的优 缺 点 和 适 用 范 围 。 海 洋 石 油 开 采 与 陆 地 石 油 开 采 有 着 比 较 大 的 区 别 ，海上油气田开采受其环境条件的限制，一般要求平台或采油船上设备体积小、重量

20、轻、免修期长、工作状态稳定、可靠性较高、使用寿命长、投资小、维护简单、适用范围宽等。因此，所选用的举升方式通常需要满足这些要求。1.1.3 射流泵采油的特点和优势射 流 泵 采 油 是 一 种 特 别 适 合 海 洋 石 油 开 采 的 无 杆 泵 采 油 方 式 。 射 流 泵 能 够 适用 于 各 种 地 层 和 管 柱 ， 射 流 泵 主 要 由 喷 嘴 、 喉 管 及 扩 散 管 组 成 ， 射 流 泵 原 理 示意 图 如 图 1-1 所 示 。 其 工 作 原 理 是 将 工 作 流 体 通 过 喷 嘴 高 速 喷 出 ， 同 时 静 压 能 部分 转 换 为 动 能 ， 管 内

21、形 成 真 空 ， 低 压 液 体 被 吸 入 管 内 。 两 股 液 体 在 喉 管 中 进 行 混西安石油大学本科毕业设计（论文）2合 和 能 量 交 换 ， 工 作 液 体 速 度 减 小 ， 被 吸 液 体 速 度 增 大 ， 压 力 逐 渐 增 加 ， 在 喉 管出 口 处 速 度 趋 于 一 致 。 混 合 液 体 通 过 扩 散 管 时 ， 随 着 流 道 的 增 大 ， 速 度 逐 渐 降 低 ，动 能 转 化 为 压 力 能 ， 混 合 液 体 压 力 随 之 升 高 。 最 后 混 合 液 被 排 出 。图 1-1 射 流 泵 原 理 示 意 图水 力 射 流 泵 是 利

22、用 射 流 原 理 将 注 入 井 内 的 高 压 动 力 液 的 能 量 传 递 给 井 下 油 层产 出 液 的 无 杆 水 力 采 油 设 备 ， 其 没 有 运 动 部 件 ， 结 构 紧 凑 ， 泵 排 量 范 围 大 ， 扬程可达 500-3000m，可抽吸含腐蚀、含砂介质的原油和气液比较高的原油，可用于高凝油、稠油、高含蜡油井。在 日 常 生 产 中 维 护 、 测 试 、 调 参 简 单 ， 检 泵 方 便 ，在 检 泵 时 可 采 用 机 械 打 捞 和 液 力 投 捞 ， 在 北 达 科 他 州 Baakin 油 田 测 井 数 据 表 明 ，当 “狗 腿 ”严 重 度 不

23、 超 过 200130.48m 时 ， 射 流 泵 通 过 73.OOmm 油 管 起 下 没 发生 过 任 何 问 题 1。 射 流 泵 免 修 期 较 长 ， 在油井产量变化时调节极为方便，投资和操作费用较低，对 定 向 井 、 水 平 井 和 海 上 丛 式 井 的 油 气 举 升 有 良 好 的 适 应 性 ， 特别 符 合 海 上 平 台 面 积 小 、 资 源 有 限 的 基 本 情 况 。 能 够 利 用 经 过 处 理 的 平 台 生 产 系统 产 生 的 污 水 作 为 动 力 液 ， 大 大 提 高 了 资 源 利 用 率 。1.1.4 设计投捞式液体驱动射流泵采油装置的意

24、义虽 然 射 流 泵 采 油 具 有 很 多 的 优 点 和 巨 大 的 优 越 性 ， 但 普 通 的 固 定 式 射 流 泵 采油 装 置 却 有 其 不 足 之 处 ， 固 定 式 射 流 泵 是 将 泵 体 固 定 在 井 下 油 套 管 中 ， 无 法 单 独取 出 ， 对 于 维 修 极 其 不 便 ， 当 泵 发 生 故 障 时 ， 必 须 先 打 捞 出 油 管 才 能 取 出 泵 ， 使维 修 维 护 成 本 较 高 。 为 了 解 决 这 一 问 题 ， 需 要 能 够 将 泵 从 油 管 中 直 接 打 捞 出 来 ，而 不 用 取 出 油 管 。 本 文 专 门 针 对

25、 海 洋 采 油 的 特 点 设 计 投 捞 式 液 体 驱 动 射 流 泵 采 油装 置 ， 该 射 流 泵 装 置 使 用 清 水 作 为 动 力 液 ， 采 用 正 循 环 方 式 ， 泵 上 设 计 有 机 械 打捞 头 和 液 力 打 捞 系 统 ， 泵 由 投 捞 部 分 （ 泵 芯 ） 和 固 定 部 分 （ 底 座 ） 组 成 ， 底 座 连接 在 油 管 上 ， 泵 芯 坐 落 在 底 座 上 。 当 需 要 时 能 够 通 过 液 力 打 捞 或 机 械 打 捞 将 泵 的西安石油大学本科毕业设计（论文）3投 捞 部 分 从 油 管 中 直 接 打 捞 出 来 ， 而 不

26、用 取 出 油 管 。1.2 国内外研究现状1.2.1 射流泵及其理论的发展历程射流泵属于新兴的学科喷射技术，它是一种利用高速流体作为工作动力的流体机械和混合反应设备。射流泵本身没有运动部件，具有结构简单、密封性好、工作可靠和成本低廉等一系列独特的优点，在许多工艺流程应用中具有优越性和不可替代性，特别适合水下、放射、易燃和易爆等场合。随着近代流体力学、空气动力学、传热及传质学的进一步发展，近年来射流泵在国内外发展很快，已普遍应用于国民经济各行业。目前我国在石油 2-4、水利 5、电力 6、交通、化工 7、轻工、冶金 8、矿山、环境保护 9-11、核工业等行业正在逐步推广使用射流泵，取得了很大的

27、经济效益。射流泵技术的设计应用已经有 100 多年的历史了。经过国内外专家、学者的不懈努力，对射流泵的基本理论、基本性能方程及各部件尺寸的优化的研究等都有了深入的进展。1852 年，James Thomson 发明了射流泵 12。19 世纪 60 年代，德国学者 Zeuner G.根据动量原理，建立了射流泵的设计理论基础，并于 1870 年与 Rankine M.对其进一步完善、发展，但这个理论不能解决射流泵的计算问题。直到 20 世纪 30 年代以后，随着流体力学的发展，才推动了射流泵设计理论的进一步发展与成熟。1933-1934 年，Gosline J.E.和 Obrien M.P.在美国

28、加利福尼亚大学对液体射流泵进行了系统的实验研究工作 13，建立了基本性能方程，并应用于油井抽油。1939 年，Flugel G . V 建立了射流泵及喷射器的计算方法。1951 年，Rodes T.W.提出了用液体射流泵抽送泥沙，并指出了其经济性与可靠性。1952 年，Maconaghy J.W.提出了射流泵装置的性能计算方法 14。1965 年，Hansen A.G 提出液体射流泵的设计方法 15。在前苏联，1931-1940 年在中央流体力学研究所和全苏热工研究所领导下提出了喷射器的计算方法和变工况下喷射器的性能方程。1944-1948 年，中央流体力学研究所和苏联科学院对喷射器的计算方法

29、进行了系统研究。1950-1988 年，II . H.卡勉涅夫等人出版了四部射流泵及喷射器专著。在我国，1962 年童咏春、陆宏沂首次提出准二维分析方法，采用动量、能量修正系数等考虑射流泵内各个主要控制断面流速、压力及浓度的不均匀分布，导出了西安石油大学本科毕业设计（论文）4液体射流泵的基本方程 16。1970 年，陆宏沂对液气射流泵的两相流态进行了分析，提出了它的基本理论方程组及边界条件方程组，运用一元流简化假定，导出双级和单级液气射流泵的基本性能方程、极限状态方程和最优参数方程。与此同时，王时珍、金锥 17、胡湘韩 18、郭金基等分别对气体喷射器、液体及液气射流泵提出了设计计算理论与方法。

30、射流流场理论是从 20 世纪 30 年代发展起来的。最初阿勃拉摩维奇提出射流积分法，用于计算复杂边界射流场问题，是射流泵内特性研究的理论基础。1970 年，Hill B.J.用射流积分法对射流泵内部流场进行了二维计算。Gilbert GB.用有限差方法对气体喷射器流场进行了数值分析。1987 年，陆宏沂等人运用有限容积法及 湍流模型对射流泵的流场进行了数-值计算并用弱可压缩流理论及揣流的大涡模拟模型对射流泵二维平面流场进行了数值计算。2001 年，朱劲木等采用有限分析法对射流泵内部流场进行了数值模拟。1.2.2 国外在射流泵油气举升应用方面的研究历程早在 1852 年，英国的 James Th

31、omson 就发明了射流泵，1870 年，Rankine 阐明了射流泵的抽油原理，后来还有许多人进行了射流泵理论的研究工作，比较著名的有 Lorenz (1910 年) ，他的混合损失模型通常很有参考价值，Gosline 和 O Brien 于1933 年发表了标准参考文献，其中包括射流泵的理论研究和大量的室内研究。但是在射流泵发明的起初，数学公式不能精确地预测泵的动态，因此需要加以相当大的修正，而且射流泵的动态计算，需要对每一个“校正值”(zeroing in)做大量的循环重复计算，以使其更接近理想值。人工做这些计算将费大量的时间。直到计算机应用普及，能够正确编程序做这类计算之后，射流泵举升

32、油井才真正变为现实。1970年首次在美国加利福尼亚的德克萨斯州等地投入使用，最初的样机在不同条件的 5口井中试验，现场取得的资料经实验室数据校正，应用电子计算机作出使用图表，图中规定了气蚀范围。试验使用了不同材料的喷嘴和油管，分别用油和水作动力液，下泵深度从 305m 到 2896m，产量从 11 t/d 到 137t/d，为使射流泵在磨蚀条件下有较长的使用寿命，Kobe 公司生产的喉管和扩散器采用专利陶瓷，经过 9 个月的室内研究，并在德克萨斯格雷塔油田的一口井中进行了 35 个月的井下试验，只磨损了0.05mm，使用效果较好，从那以后这种人工举升应用方法不断稳步发展。1.2.3 国内在射流

33、泵油气举升应用方面的历史与现状我国对水力射流泵的研究和应用较晚 19，在上个世纪 60 年代在玉门、吉林油田试用过射流泵。在上个世纪 90 年代才有较大发展，胜利油田胜坨采油厂研制的SIB 型水力射流泵 1988 年通过鉴定，其最大产液量 400m3/d，最大扬程为4000mH2O，最高泵效为 35.9%。华北油田 1992 年研制了 YB 44THSL 4.2-1.2- 5.4型有杆射流增压泵，用 40CrNiV 合金钢制造喷嘴。大庆与四川油田则采用喷射气举西安石油大学本科毕业设计（论文）5新工艺，在气举阀部位安装几套喷射泵，以注入气为动力，造成井底及上部井段的低压，以提高油井产量。水力喷射

34、泵先后在胜利、辽河、大港、中原、二连、冀东和新疆等油田应用 2300 井次，每口井增油 2 16 t，取得了很好的抽油和增产效果，大大降低了油井作业周期，减少了作业费用。但是在射流泵的应用中存在气蚀;效率较低、所需的输入功率要高于普通的容积式泵；地面设备较为复杂，尤其是单井装置操作管理工作量大，可靠性差等缺点在应用中需要避免或改进。水力射流泵工艺不仅适用于常规油井采油，而且用于稠油井、高凝油井、低液面深井、斜井、海上油井以及工况复杂的特殊油井采油也取得了良好的生产效果，展示了该项采油工艺的独特优势。近年来，国内做了一些投捞式射流泵的研究，如中国石油天然气股份有限公司于 2002 年申请了“一种

35、可投捞式井下套管水力射流泵”的专利 20，此种水力喷射泵采用油套管环空进动力液，油管出产出液和动力液的混合液，过流截面积小，液体流速高，携砂能力强，可将地层砂携至地面，并可避免因砂埋封隔器、油套环空结蜡或稠油形成死油帽卡死封隔器而造成的油井大修，该泵还具有固定凡尔可与泵芯一次捞出更换以及流道直玩弯少、液流摩阻小、系统效率高等特点，可用于油井开采举升特种井液；大港油田集团责任有限公司在 2003 年申请了“滑套式喷射泵”的专利 21，采用正循环排液，滑套开关采用液压操作稳定可靠，可与射孔器、测试器构成三联作测试管柱，使得一趟管柱同时完成几项工作，缩短试油周期，降低成本，是一种石油勘探开发过程中用

36、来排液求产的工具；2003 年聂楷、张东军、孙军、朱洪梅、王亚东、刘长军联合发表了题为滑套式射流泵的研究的文章 22，研制了用于石油工业试油井联作测试用滑套式喷射泵；郑彩云、刘金营发表了题为射流泵(滑套式)排液技术在冀东油田试油中的应用的文章 23，在试油作业中，结合冀东油田的地质特点，射流泵排液技术主要应用于措施增产改造后的入井液快速返排，依托地层测试技术，改进射流泵结构，优化组合管柱设计，逐渐推广应用射孔(-地层测试)-射流泵排液联作技术。总的来说，射流泵是一种有很大经济效益的机械设备，从目前的趋势来看，它的发展方向是充分发挥其优点，研究与发展各种新机理、新结构的射流泵，以满足油田试油工作

37、和采油生产的需要。然而，从目前看，国内外对投捞式射流泵采油装置的研究较少。1.3 毕业设计的主要内容（1） 查阅、收集有关射流泵的资料，理解射流泵原理与结构，了解国内外射流泵的研究与应用现状和发展趋势，搞清本次毕业设计所要设计的内容，在此基础上完成开题报告。（2） 查阅有关射流泵的外文资料并选定一篇进行翻译。西安石油大学本科毕业设计（论文）6（3） 分析常规采油射流泵的结构特点及其所存在的缺陷，提出投捞式液体驱动射流泵采油装置的的设计方案。（4） 画出结构草图，并根据任务书所给数据进行计算和校核，确定射流泵的各零部件具体尺寸，进行必要的验算和校核。如有需要，对初步方案和草图进行修改。（5） 完

38、成投捞式液体驱动射流泵的装配图和各零部件的零件图。（6） 完成毕业设计论文。1.4 所采用的研究方法本次设计主要采用的方法是文献研究法，通过查阅和收集有关射流泵原理结构和在油气举升应用方面的论文、专利、期刊和书籍，了解普通射流泵采油装置的原理、结构以及存在的问题，针对问题提出投捞式液体驱动射流泵采油装置的的设计方案，再进行相关的计算、验算和校核。1.5 本章小结本章首先介绍了设计的背景和研究的意义，包括石油的重要性、各种石油开采设备以及它们的特点和适用性、射流泵采油的特点和优势以及研究投捞式液体驱动射流泵采油装置的意义。然后介绍了国内外射流泵理论的发展历程、射流泵在油田应用的发展历程。最后说明

39、了本次毕业设计的主要工作内容以及所采用的研究方法。西安石油大学本科毕业设计（论文）72 射流泵主要参数、构造以及工作原理2.1 射流泵的主要参数射流泵的主要参数包括：（1） 流量比： ；工 作 流 量吸 入 流 量0Qqs（2） 压力比： ；工 作 压 力射 流 泵 压 力0phc（3） 容重比： ；工 作 流 体 的 容 重被 吸 流 体 的 容 重0s（4） 面积比： 。喷 嘴 出 口 处 收 缩 面 积喉 管 面 积13fm2.2 射流泵的构造射流泵由喷嘴、喉管入口、喉管、吸入室以及扩散管等零部件组成。在总装时要保证喷嘴、喉管和扩散管的同心度。其主要部件如下：（1） 喷嘴液体射流泵喷嘴一

40、般采用收缩圆锥形成流线型，如下图所示：（a）圆锥形喷嘴；（b）流线形喷嘴.图 2-1 喷嘴形式（2） 喉管入口采用收缩圆锥形，或光滑曲线形，见图 2-2。在抽送泥浆时，必须保证它和喷嘴间的环形面积能够通过最大粒径的固体。西安石油大学本科毕业设计（论文）8（a）圆锥形喉管入口；（b）光滑曲线形入口.图 2-2 喉管入口形式（3） 喉嘴距它对射流泵的性能有很大影响，一般可采用 。在抽送泥浆时要考3)15.0(dLc虑有足够的喉嘴距，以保证通过最大粒径的固体。（4） 喉管它的长度 过短流体就不能均匀混合，导致喉管出口处的流速分布很不均匀，kL使扩散管损失加大。相反，喉管过长则增加摩阻损失，实验表明液

41、体射流泵的喉管最优长度 。在抽送泥浆时，喉管直径 要能够通过最大粒径固体。喉3)75(dk3d管一般采用圆柱形。（5） 扩散管扩散管的作用是把射流泵喉管出口处液体的动能转变为压能。扩散损失与扩散管入口流速分布、扩散角和扩散断面直径比 有关。一般采用均匀扩散角3dc， ，对与面积比小于 4 的射流泵，为了减少扩散损失，可8423dc以采取分段扩散。西安石油大学本科毕业设计（论文）9图 2-3 扩散管示意图（6） 吸入室按工作流体与被吸流体的流向，有平行和斜交（垂直）两种，在抽送泥浆时吸入管道设计成锥形，以提高吸入泥浆浓度，防止关口被堵塞。（a）水平进水；（b）斜交进水.图 2-4 吸入室形式2.

42、3 射流泵的工作原理射流泵是利用射流紊动扩散作用，来传递能量和质量的流体机械和混合反应设备。它由喷嘴、喉管入口、扩散管和吸入室等部件组成。它的工作原理是：有压流体（液体或气体）通过喷嘴射出，在喷嘴出口处由于射流边界层的紊动扩散作用，与周围被吸流体发生动量交换，这两股流体在喉管入口段及喉管内混合。进行能量和质量传递，于是工作流体的速度减小，被吸流体的速度增大，两者的速度在喉管出口处趋近一致。流体的压力在喷嘴出口处到喉管入口段面是降低的，以后逐渐升高，通过扩散管将混合流体的动能转换成压能，压力进一步升高。流体沿排出通道被输送出去。将射流泵工作原理应用到采油液体射流泵身上就是从井口打入井下的动力液进

43、入射流泵，从喷嘴中喷出，根据射流原理，将地层液（原油）吸入上来，西安石油大学本科毕业设计（论文）10并进行混合和能量交换，最后一起排出到地面。射流泵工作原理图如图 2-1 所示。1- 喷嘴；2-喉管入口段；3-喉管；4- 扩散管-动力液压力； -吸入液压力； -喷嘴出口处压力；0psp2p-断面 3-3 处压力； -断面 4-4 处压力； -断面 5-5 处压力.345图 2-1 射流泵工作原理2.4 本章小结本章首先介绍射流泵的主要参数：流量比 、压力比 和面积比 。然后介绍qhm了射流泵的主要结构如喷嘴、喉管、吸入室和扩散管等以及它们对射流泵性能的影响。最后介绍了射流泵的工作原理。西安石油

44、大学本科毕业设计（论文）113 总体方案3.1 确定循环方式3.1.1 正循环和反循环射流泵动力液的流动方式有正反循环之分。所谓正循环，就是动力液从地面经油管被注入井下射流泵中，混合液从环空中反排到地面；反循环正好相反。3.1.2 选择循环方式本次设计考虑到混合液流量比动力液大、油套环空截面积比油管截面积大，所以为了减小混合液反排过程的阻力损失，选择正循环方式。3.1.3 选择动力液本次设计选择水作为射流泵的动力液。3.2 确定投捞方案3.2.1 机械投捞机械投捞，就是用钢丝绳拴住射流泵的打捞头，将泵油管中投放到井下的底座上，当需要对泵进行维护维修或更换时，下放钢丝绳，捕捉到泵的打捞头，将泵从

45、井底打捞上来。机械投捞方式的优点是费用低、操作简单，缺点是打捞可靠性相对不够，倘若泵的打捞头出现问题，钢丝无法套住打捞头就无法打捞出泵。3.2.2 液力投捞液力投捞，就是利用液压液力的手段对射流泵装置进行投放和打捞操作，就是当需要检泵或换泵时，通过调整液体回路，使动力液的压力作用在射流泵上，作用力方向向上，从而将泵的投捞部分从井底顶到井口被捕捉器捕捉到。液力投捞过程如图 3-1 所示。 (a)表示了下泵状态，泵由油管投入，动力液通过四通阀进入油管，同泵一起下行，由于封隔器上部压力大于下部压力，坐在泵筒下部的固定阀关闭，油管内的液体由油套管环形空间返出，使泵继续下行，直至进入泵筒。(b)为工作状

46、态，此时动力液源源不断地经四通阀进入油管，并进入泵中，泵开始工作，产生抽吸作用，使固定阀打开，地层液进入泵内，经泵加压后，排到油套管环形空间并返出至地面。如果发生了故障，或者别的原因需要起泵，就要转动井口四通阀，使其成为反循环，即动力液由套管进，乏动力液由油管出，如图(c)所示，动力液从油套管环形空间进入后，在压力的作用下，泵的提升阀关闭，提升皮碗张开，由于压力继续增加，使泵离开固定阀座，随即固定阀关闭，泵在动力液的推动下沿油管内上行，直至井口被捕捉器捉住 1。液力投捞的优点是可靠性高，缺点时不如机械投捞方便，费用较高。西安石油大学本科毕业设计（论文）12（ a）下泵状态；(b) 工作状态；(

47、c)打捞状态.图 3-1 射流泵液力投捞示意图3.2.3 选择投捞方案从前文看出，机械投捞和液力投捞各有自己的优缺点，两者相比，都没有绝对的优势。为了保证投捞可靠、方便和低费用，本次设计集机械投捞和液力投捞于一体，在射流泵上设计机械投捞用的打捞头以及液力投捞系统（动力液单向阀、皮碗、吸入液固定阀以及井口处的四通阀） 。下泵时可选择机械投放或者液力投放。在检泵或换泵时首先考虑机械打捞，通过下放钢丝绳捕捉泵的打捞头，从而将泵打捞上来。在特殊情况下，泵的打捞头被泥沙等杂物包裹住，钢丝无法拴住打捞头，就必须进行液力打捞，通过改变井口装置的四通阀方向使动力液从油套环空中进入井下，进入射流泵工作筒内，固定

48、阀在动力液的压力作用下关闭，泵进液通道处的单向阀自动关闭，动力液涨开皮碗，与油管紧密接合，从而使泵在动力液的推动下上行，直至井口处被捕捉器捕捉住。西安石油大学本科毕业设计（论文）133.3 本章小结本章介绍了投捞式液体驱动射流泵采油装置的方案。首先分析比较了正循环和反循环，选择了正循环方式并选择水作为泵的动力液。然后介绍了机械投捞和液力投捞两种投捞方式和各自的优缺点，并根据设计需要确定了机械和液力兼备的投捞方案。西安石油大学本科毕业设计（论文）144 水力学计算4.1 计算中的假设条件以下是本章计算中所要用到的假设条件：（1） 因为所选的动力液为水，所以可认为动力液是不可压缩流体。而地层液是原

49、油，所以也可认为是不可压缩流体。所以混合液也认为是不可压缩流体。（2） 假设动力液和排出液在油管和环空中是稳定流；（3） 计算油管和环空中阻力损失时假设液体温度均为 20，其他计算中井下温度按 60计算；（4） 动力液和地层液混合时不考虑热交换。4.2 射流泵采油系统示意图与符号介绍4.2.1 射流泵采油系统示意图图 4-1 是射流泵采油系统的简单示意图：图 4-1 射流泵采油系统示意图4.2.2 符号介绍图 4-1 中和下文计算中所涉及到的符号介绍如下：地面动力液压力，MPa；0p西安石油大学本科毕业设计（论文）15吸入液（原油）压力，MPa；sp动力液在泵入口的压力，MPa；1喷嘴入口处动力液压力，MPa；j喷嘴出处动力液压力，MPa；2喉管入口处压力，MPa；1tp喉管出口处压力，MPa；2扩散管入口处压力（ = ） ，MPa；1d 1dp2t扩散管出口处压力，MPa；2反排到地面的余压，MPa；返p动力液流量，m 3/min；nQ吸入液流量（泵的排量） ，m 3/d；s排出液流量 m3/min；动力液重度，N/m 3；0排出液重度，N/m 3；m吸入液重度，N/m 3；s动力液密度，kg/m 3；0