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1有杆泵采油技术.ppt

上传人:saw518 文档编号:5579785 上传时间:2019-03-08 格式:PPT 页数:59 大小:4.68MB
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资源描述

1、1,有杆泵采油,主要内容: 抽油装置及泵的工作原理 抽油机悬点运动规律及悬点载荷 抽油机平衡 泵效计算 有杆抽油系统设计 有杆抽油系统工况分析 附录A API RP 11L,.,2,有杆泵采油的特点:地面能量通过抽油杆、抽油泵传递给井下流体。,(1) 常规有杆泵采油: 抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵。,有杆泵采油分类:,.,3,(2) 地面驱动螺杆泵采油: 井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。,有杆泵采油分类:,.,4,螺杆泵的井口装置,.,5,第一节 抽油装置及泵的工作原理,一、抽油装置,抽油机,抽油杆,抽油泵,其它附件,.,三抽,6,(一)抽油机,有杆深井泵采油

2、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。,游梁式抽油机组成,游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装置,.,7,工作时,动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲柄轴,带动曲柄作低速旋转。曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下摆动。挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆柱作往复运动。,工作原理,.,8,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。,后置式抽油机结构简图,前置式气动平衡抽油机结构简图,游梁和连杆的连接位置不同。,不同点:,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。,.,游梁式抽油机分类,9,新型抽油机:为了节能和加

3、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,皮带抽油机,液压抽油机,.,摩擦换向抽油机,10,双驴头抽油机(平衡性好,节能),.,11,调径变矩抽油机,.,12,皮带抽油机的特点 (1)长冲程(7.3米) (2)节能,皮带式抽油机,.,13,14,15,(2)抽油泵:机械能转化为流体压能的设备,工作筒(外筒和衬套)、柱塞及游动阀(排出阀)和固定阀(吸入阀),a.结构简单,强度高,质量好,连接部分密封可靠;,一般要求,按照抽油泵在油管中的固定方式可分为:管式泵和杆式泵,主要组成,分类,b.制造材料耐磨和抗腐蚀性好,使用寿命长;,c.规格类型能满足油井排液量的

4、需要,适应性强;,d.便于起下;,e.结构上应考虑防砂、防气,并带有必要的辅助设备。,.,16,A-管式泵,B-杆式泵,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。,管式泵特点:结构简单、成本低,排量大。但检泵时必须起出油管,作业工作量大,故适用于下泵深度不很大,产量较高的油井。,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。,杆式泵特点:结构复杂,制造成本高,排量小,修井工作量小。杆式泵适用于下泵深度大、产量较小的油井。,.,17,

5、(3)抽油杆:能量传递工具。,1-外螺纹接头; 2-卸荷槽; 3-推承面台肩; 4-扳手方径; 5-凸缘; 6-圆弧过渡区,.,18,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。,抽油杆的强度:C级杆(570MPa)、D级杆(810MPa),.,19,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。,.,20,超高强度抽油杆,玻璃钢抽油杆,空心抽油杆,电热抽油杆,连续抽油杆,柔性抽油杆:如钢丝绳抽油杆,.,21,连续抽油杆作业与运输

6、车,.,22,二、泵的工作原理,(一)泵的抽汲过程,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和自重作用而关闭。,泵吸入的条件:泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。,1)上冲程,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。,.,23,2)下冲程,柱塞下行,固定阀在重力作用下关闭。,泵排出的条件:泵内压力(排出压力)高于柱塞以上的液柱压力。,柱塞上下抽汲一次为一个冲程,在一个冲程内完成进油与排油的过程。,光杆冲程:光杆从上死点到下死点的距离。,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

7、通过游动阀进入柱塞上部,使泵排出液体。,.,24,(二)泵的理论排量,泵的工作过程是由三个基本环节所组成,即柱塞在泵内让出容积,井内液体进泵和从泵内排出井内液体。,在理想情况下,活塞上、下一次进入和排出的液体体积都等于柱塞让出的体积:,每分钟的排量为:,每日排量:,.,25,第二节 抽油机悬点运动规律及载荷,一、抽油机悬点运动规律,(一)简化为简谐运动时悬点运动规律,假设条件:r/l0、r/b0,游梁和连杆的连接点B的运动可看做简谐运动,即认为B点的运动规律和D点做圆运动时在垂直中心线上的投影(C点)的运动规律相同。,则B点经过t时间位移为:,.,抽油机四连杆机构简图,26,以下死点为坐标零点

8、,向上为坐标正方向,则悬点A的位移为:,A点的加速度为:,A点的速度为:,.,图3-7 抽油机四连杆机构简图,图3-8 简谐运动时悬点位移、速度、加速度曲线,27,(二)简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律,假设条件:,A点加速度:,A点位移:,A点速度:,.,把B点绕游梁支点的弧线运动近似地看做直线运动,则可把抽油机的运动简化为曲柄滑块运动。,图3-9 曲柄滑块机构简图,28,图3-10 悬点速度变化曲线 1-按简谐运动计算; 2-精确计算; 3-按曲柄滑块机构计算,图3-11 悬点加速度变化曲线1-按简谐运动计算; 2-精确计算; 3-按曲柄滑块机构计算,.,29,二、抽油机悬点载荷计算,1.

9、静载荷,(一)悬点所承受的载荷,包括:抽油杆柱载荷;作用在柱塞上的液柱载荷;沉没压力对悬点载荷的影响;井口回压对悬点载荷的影响,抽油杆柱载荷,上冲程:,(即杆柱在空气中的重力),下冲程:,(即杆柱在液体中的重力),.,30,作用在柱塞上的液柱载荷,上冲程 游动阀关闭,作用在柱塞上的液柱载荷为:,下冲程 游动阀打开,液柱载荷作用于油管,而不作用于悬点。,沉没压力(泵口压力)对悬点载荷的影响,上冲程 在沉没压力作用下,井内液体克服泵入口设备的阻力进入泵内,此时液流所具有的压力即吸入压力。吸入压力作用在柱塞底部产生向上的载荷:,下冲程 吸入阀关闭,沉没压力对悬点载荷没有影响。,.,31,井口回压对悬

10、点载荷的影响,液流在地面管线中的流动阻力所造成的井口回压对悬点将产生附加的载荷。,上冲程:增加悬点载荷:,下冲程:减小抽油杆柱载荷:,.,32,2.动载荷(惯性载荷、振动载荷),惯性载荷(忽略杆液弹性影响),抽油机运转时,驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动,因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。,.,33,抽油杆柱的惯性力:,液柱的惯性力:,为油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数,上冲程:前半冲程加速度为正,即加速度向上,则惯性力向下,从而增加悬点载荷;后半冲程中加速度为负,即加速度向下,则惯性力向上,从而减小悬点载荷。,悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的。,下冲程:与上冲程相反,前半冲程

11、惯性力向上,减小悬点载荷;后半冲程惯性力向下,将增大悬点载荷。,.,34,振动载荷,抽油杆柱本身为一弹性体,由于抽油杆柱作变速运动和液柱载荷周期性地作用于抽油杆柱,从而引起抽油杆柱的弹性振动,它所产生的振动载荷亦作用于悬点上。其数值与抽油杆柱的长度、载荷变化周期及抽油机结构有关。,.,35,3. 摩擦载荷,(1)抽油杆柱与油管的摩擦力 (杆管) (2)柱塞与衬套之间的摩擦力 (柱塞与衬套) (3)液柱与抽油杆柱之间的摩擦力 (杆液) (4)液柱与油管之间的摩擦力 (管液) (5)液体通过游动阀的摩擦力 (阀阻力),.,36,抽油杆柱与液柱之间的摩擦力,抽油杆柱与液柱间的摩擦发生在下冲程,摩擦力

12、方向向上。阻力的大小随抽油杆柱的下行速度而变化,最大值为:,主要决定因素:液体粘度和抽油杆的运动速度。,把悬点看做简谐运动,则,液柱与油管间的摩擦力,上冲程时,游动阀关闭,油管内的液柱随抽油杆柱和柱塞上行,液柱与油管间发生相对运动而引起的摩擦力的方向向下,故增大悬点载荷。,.,37,杆管摩擦力:,液体通过游动阀产生的阻力:,柱塞与衬套之间的摩擦力:与配合间隙有关,属半干摩擦,一般摩擦力不超过1717N,.,38,悬点载荷的三项基本载荷:抽油杆柱载荷液柱载荷惯性载荷稠油井内:摩擦载荷大沉没度的井:沉没压力产生的载荷在低沉没度井:柱塞与泵内液面的撞击,产生冲击载荷,.,悬点载荷的小结,39,第三节

13、 抽油机平衡、扭矩与功率计算,一、 抽油机平衡计算,不平衡原因,不平衡造成的后果,上下冲程中悬点载荷不同,造成电动机在上、下冲程中所做的功不相等。,上冲程中电动机承受着极大的负荷,下冲程中抽油机带着电动机运转,造成功率的浪费,降低电动机的效率和寿命;,由于负荷极不均匀,会使抽油机发生激烈振动,而影响抽油装置的寿命。,破坏曲柄旋转速度的均匀性,影响抽油杆和泵正常工作。,.,40,(一)平衡原理,在下冲程中把能量储存起来,在上冲程中利用储存的能量来帮助电动机做功,从而使电动机在上下冲程中都做相等的正功。,所以,为了使抽油机平衡,在下冲程中需要储存的能量或上冲程中需要释放的能量应该是悬点载荷在上下冲

14、程中所做功之和的一半。,下冲程:,上冲程:,平衡条件:,.,41,(二)平衡方式,气动平衡,机械平衡,游梁平衡:游梁尾部加平衡重;,曲柄平衡(旋转平衡):平衡块加在曲柄上;,复合平衡(混合平衡):游梁尾部和曲柄上都有平衡重。,(1) 气包内的气体压缩与膨胀;,(2) 多用于大型抽油机;,(3) 节约钢材;,(4) 改善抽油机受力状况;,(5) 加工质量要求高。,.,42,(三) 平衡计算,1)复合平衡,图3-14 复合平衡,平衡半径公式:,.,43,2)曲柄平衡,平衡半径公式:,图3-15 曲柄平衡,(三) 平衡计算,.,44,3)游梁平衡,达到平衡所需要的游梁平衡块重:,图3-16 游梁平衡

15、,(三) 平衡计算,.,45,(四)抽油机平衡检验方法,1)测量驴头上、下冲程的时间 上、下冲程所用的时间基本相等。 如果上冲程快,下冲程慢,说明平衡过量。,2)测量上、下冲程中的电流 上、下冲程的电流峰值基本相等。 如果上冲程的电流峰值大于下冲程的电流峰值,说明平衡不够。,.,46,地面效率:,电动机效率,皮带和减速箱效率,四连杆机构效率,盘根盒效率,抽油杆效率,抽油泵效率,管柱效率,井下效率:,抽油效率:,(结),.,47,第四节 泵效计算,泵效:在抽油井生产过程中,实际产量与理论产量的比值。,影响泵效的因素,(3) 漏失影响,(1) 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩,(2) 气体和充不满的影响

16、,(4) 体积系数的影响,.,48,四、提高泵效的措施,(1)选择合理的工作方式,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。,连喷带抽井选用大冲数快速抽汲,以增强诱喷作用。,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,49,第五节 有杆抽油系统设计,一、抽油杆强度计算及杆柱设计,抽油杆设计:抽油杆柱的长度、直径、组合及材料。,抽油杆柱工作时承受着交变负荷所产生的非对称循环应力作用。,在交变负荷作用下,抽油杆柱往往是由于疲劳而发生破

17、坏,而不是在最大拉应力下破坏。因此,抽油杆柱必须根据疲劳强度来进行计算。,50,修正古德曼图,图3-29 修正古德曼图,强度条件:,应力范围比:,.,51,第六节 有杆抽油系统工况分析,(1) 了解油层生产能力及工作状况,分析是否已发挥了油层潜力,分析、判断油层不正常工作的原因;,(2) 了解设备能力及工作状况,分析设备是否适应油层生产能力,了解设备潜力,分析判断设备不正常的原因;,(3) 分析检查措施效果。,分析目的:油层与抽油设备协调,油井高效生产。,分析内容:,52,一、抽油井液面测试与分析,(一)动液面、静液面及采油指数,静液面(Ls或Hs):对应于油藏压力。,动液面(Lf或Hf):对

18、应于井底压力流压,生产压差:与静液面和动液面之差相对应的压力差。,沉没度hs:根据气油比和原油进泵压力损失而定。,图3-25 静液面与动液面的位置,53,(二)液面位置的测量,测量仪器:回声仪,测量原理:利用声波在环形空间流体介质中的传播速度和测得的反射时间来计算其位置:,1.有音标的井,图3-26 声波反射曲线,54,二、地面示功图分析,示功图:载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。,地面示功图或光杆示功图:悬点载荷与位移关系的示功图。,(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3-28 静载理论示功图,

19、55,2.考虑惯性载荷后的理论示功图,图3-29 考虑惯性和振动后的理论示功图,S/2,56,(二)典型示功图分析,典型示功图:某一因素的影响十分明显,其形状代表了该因素影响下的基本特征的示功图。,1.气体和充不满对示功图的影响,图3-30 有气体影响的示功图,气体影响示功图,充满系数:,气锁,57,充不满影响的示功图,充不满现象:地层产液在上冲程末未充满泵筒的现象。,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。,图3-31 充不满的示功图,58,2.漏失对示功图的影响, 排出部分的漏失,图3-32 泵排出部分漏失,柱塞的有效吸入行程:,泵效:,59, 吸入部分漏失,图3-33 吸入凡尔漏失,柱塞的有效吸入行程:,泵效:,

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