1、第五部分 中级工基础知识第一章 储集层与油气藏第一节 储集层的性质石油、天然气聚集在油藏中，它（们）存在于油藏里的如同水豆腐（也有形象比喻成含水的海绵）似的岩层中。这就是本节重点要介绍的储集层及其特征。一、储集层的概念储集层在油田勘探开发中的地质概念：能够储存和渗滤流体的岩层，称为储集层。所以储集层具备了两个基本特征孔隙性和渗透性。也就是说：孔隙性的好坏直接决定着储集层储存油气的数量（能力） ，渗透性的好坏则控制着储集层内所含油气的产能。虽然储集层的含义强调了具备储存油气和允许油气渗滤的能力，并不是意味着其中一定储存了油气。如果储集层中含有了油气，则该储集层就称为含油气层油层（气层、油气层）
2、。储集层的岩石基本类型，通常分为砂（砾）储集层、碳酸盐岩储集层、岩浆岩和变质岩及泥页岩储集层三大类。这几大储集层岩石的结构特点如颗粒性、分选型、胶结等，与采油工关系不大，这里不再详述。二、储集层的孔隙性储集层的孔隙性实质是储集岩中未被固体物质所填充的空间部分。它包括粒间孔隙、粒内孔隙、裂缝、溶洞等各种类型。（一） 孔隙的大小根据孔隙直径和裂缝宽度以及对流体的作用将孔隙的大小划分 3 种类型。（1）超毛细管孔隙：孔隙直径大于 0.5mm 或裂缝宽度大于 0.25mm。其中流体在重力作用下可以自由流动，服从水动力学一般规律。（2）毛细管孔隙：孔隙直径在 0.5-0.0002mm 之间或裂缝宽度在
3、0.25-0.0001mm 之间。孔隙中的流体内及流体和孔隙壁之间都处在分子引力的作用下，所以流体已不能在其中自由流动，只有当外力大于毛细管阻力时，流体才能在其中流动。（3）微毛细管孔隙：孔隙直径小于 0.0002mm 或裂缝宽度小于 0.0001mm。孔隙中的流体内及流体和孔隙壁之间都处在相当大的分子引力作用下，所以在地层条件下，流体已不能在其中自由流动。所以，上述 3 种孔隙中只有前两者对油气的储集才有意义。（二） 孔隙度孔隙度是为了衡量岩石中孔隙体积的大小以及孔隙的发育程度而提出的概念，分为绝对孔隙度、有效孔隙度、流动孔隙度。（1）绝对孔隙度：岩石（样）中所有孔隙空间体积之和与该岩石（样
4、）总体积的比值，称为该岩石（样）的绝对孔隙度，用小数或百分数表示。（2）有效孔隙度：是指岩石（样）中那些参与渗流的、相互连通的孔隙空间体积之和与该岩石（样）总体积的比值，称为该岩石（样）的有效孔隙度，用小数或百分数表示，符号为。有效孔隙度是油层储油好坏的重要标志之一，它被用于计算地质储量。（3）流动孔隙度：流动孔隙度是各油田开发实际需要提出的概念，即在一定条件下，流体可以在岩石中流动的孔隙体积与该岩石（样）总体积的比值，称为该岩石（样）流动孔隙度。三、储集层的渗透性储集层的渗透性是指在一定压差下，储集层本身允许流体通过的能力。同孔隙性一样，渗透性也是储集层重要参数之一，它不仅控制着储能，还控制
5、着产能。岩石渗透性的好坏用渗透率来表示。渗透率可分为绝对渗透率、有效渗透率和相对渗透率。（一） 绝对渗透率当单相流体充满岩石孔隙，且流体不与岩石发生任何物理化学反应，流体的流动性符合达西直线渗透定律时，所测得的岩石对流体的渗透能力称为该岩石的绝对渗透率。计算公式（达西公式）为：QLK=- (5-1-1)Ap试中 K岩石的绝对渗透率， m2；A岩样截面积，cm 2；L-岩样长度，cm ；-流体粘度， mPa.s；p-岩样两端压差，Mpa；Q-压差为 p 下的流量，cm 3/s。渗透率的旧单位是达西，它的物理意义是：当粘度为 1mPa.s 的液体在其两端的压差为 0.1 Mpa 的压差作用下，经过
6、长度为 1cm、桔面积为 1 cm2 的岩石（渗流） ，那么在 1s 内流过的液体体积为 1cm3，则该岩石的渗透率为 1D（1D=0.987m 2） 。绝对渗透率理论上讲它反映的是岩石本身属性。如用空气测定的油层渗透率叫绝对渗透率，也叫空气渗透率。它反映岩石的物理性质，其单位为微米平方（m 2） 。（二） 有效渗透率在实际油层内，岩石孔隙并非只被单相流体所饱和，而是两相（油水、气水、油气）或者是三相（油气水）流体共同存在。它们不仅与岩石发生各种物理化学作用，而且各相流体之间相互干扰，岩石对每种相的渗透作用与单相流体有很大的差别。为了表示岩石对每一种相流体的渗透性，提出了有效渗透率或相对渗透率
7、的概念，其单位为微米平方（m 2） 。所谓岩石有效渗透率是指当岩石孔隙为多相流体通过时，岩石对每一种流体的渗透率。它既反映了油层岩石本身的属性，而且还反映了流体性质及其在岩石中的分布。（三） 相对渗透率在实际应用中，为了应用方便，也为了便于对比出各相流体阻力的比例大小，提出了相对渗透率的概念。某一相流体的相对渗透率是指该相流体的有效渗透率与绝对渗透率的比值，它是衡量某一流体通过岩石的能力大小的直接指标，为无因次量。大量的油田开发及实验证明：有效渗透率和相对渗透率不仅与岩石性质有关，而且与流体的性质和饱和度有关。这里先学习一个相关的重要概念：岩石中所含油或水的体积与岩石孔隙体积的比值就叫含油饱和
8、度或含水饱和度，常用百分数表示：含油饱和度=岩石中含油的体积/岩石孔隙体积100%含水饱和度=岩石中含水的体积/岩石孔隙体积100%相对渗透率曲线：相对渗透率曲线就是把某相的相对渗透率与饱和度的关系用曲线表示出来，如图 5-1-1 所示：从曲线中可以看出：随着某相流体饱和度的增加，其有效渗透率和相对渗透率均增加，直到全部为该种单相流体的饱和度，此时其有效渗透率等于绝对渗透率，相对渗透率等于1。四、孔隙度与渗透率的关系孔隙度与渗透率是储集层岩石的两个基本属性，它们之间没有严格的函数关系，因为影响它们的因素很多，一般来说有效孔隙度大，则绝对渗透率也高，在有效孔隙度相同的条件下，孔隙直径小的岩石比直
9、径大的岩石渗透率低，孔隙形状复杂的岩石比形状简单的岩石渗透率低。第二节 油层及其分类前面介绍的储集层已是把油藏放大且拉近了一步，现在我们再把它拉近放大一次，即油层这个油田开采过程中始终离不开的研究对象，详细地学习掌握有关油层的概念内涵。油层广义概念是指，储集层内凡是含有油气条件的岩层都叫油（气）层。在地质上又把它进一步划分为：单油层、隔层、夹层、油层组、油砂体等，如图 5-1-2 所示。单油层：是指上下泥岩分隔的具有含油条件的砂岩、粉砂岩等岩层，如图 5-1-4 所示，本图共有 7 个油层。油层组：是指油层分布状况、油层性质基本相同，在一套相似的沉积环境下形成的油层的组合，如图 5-1-3 所
10、示，有、个油层组。隔层：是油层剖面中渗透率相对很低或不渗透的岩层。在注水开发的油田中可以利用隔层来封隔开上下不同层系的油层而防止注入水时发生相互窜通，如图 5-1-4 所示，共有6 个隔层。夹层：一是指油层以外的其他特低渗透或不渗透岩层；二是指在较厚的油层内部有一段很薄的不渗透泥岩，或是有一段在物性上与油层本身相比，渗透率较低的物性夹层，如图 5-1-4 所示，为物性夹层，它是油田开发中后期调整挖潜的对象。图 5-1-2 某油藏油层局部剖面图图 5-1-3 图 5-1-2 的局部放大图油层厚度：一般是指某井某层段的砂岩（岩层）的厚度或油层组整体厚度。有效厚度：是指某一油层（或油层组）在现有开采
11、工艺技术条件下能够开采出具有工业价值的原油的油层厚度。它比油层厚度小，单位为米（m） 。有效厚度与有效渗透率是油田开发过程中方案调整、挖潜等两个非常重要参数；两者之积叫地层系数，是油层（单井、区块等）产油能力的主要参数（标志） 。图 5-1-4 图 5-1-3 的局部又一次放大图第二章 油田开发方案第一节 开发层系的划分一、开发层系划分的意义开发层系的划分是非常重要的，特别是我国大多数油田是非均质多油层油田，各油层的特性往往彼此差异很大，合采是不行的。其意义是：（1）合理划分开发层系，有利于充分发挥各类油层的作用；（2）划分开发层系是部署井网和规划生产设施的基础；（3）采油工艺技术的发展水平要
12、求进行划分开发层系等。二、开发层系划分的原则开发层系划分主要目的是把特征相近的油层合在一起，以注水开发油田为例，一般原则是（结合后面的开采方式理解）：（1）独立的开发层系，必须具有一定的经济上允许的可采储量，满足一定的采油速度和稳产时间；（2）独立的开发层系上下必须具有良好的隔层，确保层系间不发生窜通和干扰；（3）同一开发层系内的各油层物性应尽可能接近，减少层间矛盾；（4）同一开发层系的各油层，其构造形态、油水分布、压力系统和原油性质，应基本接近；（5）同一开发层系必须具有经济上合理的、较稳定的生产能力，不宜过细以及满足采油工艺技术的要求。第二节 油藏驱动方式油藏驱动就是油层采用什么能量来驱油
13、。一般油藏内油层中油、气、水构成一个统一的水运动系统，在油层未被打开时，油、气、水处于平衡状态，油层内部承受着较大压力而具有潜在的（天然）能源，这些潜在能量，在开采时就是油气在油层中流动的动力来源，而油层中这种天然能量有以下五种。（1）边水或底水压头：通常是油气流动的主要动力，在开采过程中，油水界面不断向油井方向移动，向油藏内部移动。（2）气顶压头：当地层压力下降时，依靠气顶气膨胀驱油，在开采过程中，油气界面下移，移向油井方向。（3）溶解气：当油层压力低于饱和压力时，气体从原油中逸出并不断膨胀，达到驱油目的。随着原油中气体消耗增多，油层能量就逐渐趋近枯竭。（4）流体和岩石的弹性：当油层压力降低
14、时，油层中的流体和岩石产生弹性膨胀，达到驱油的目的。油层的含水区往往很大，它的膨胀总体积也就很大。（5）石油的重力：当地层倾角较大，渗透性较好时有驱油作用。根据上述驱油能量，油藏驱动分为五种类型：即水压驱动、弹性驱动、气压驱动、溶解气驱动和重力驱动。一、水压驱动水压驱动是靠油藏的边水、底水或注入水的压力作用把石油推向井底的，如图 5-2-1 所示。在水压驱动方式下，当采出量不超过注入量时，油层压力、气油比比较稳定，油井生产能力旺盛，如图 5-2-2 所示的生产特征曲线。图 5-2-1 油藏水压驱动示意图二、弹性驱动弹性驱动是钻开油层后，地层压力下降，引起地层及其中液体发生弹性膨胀，体积增大，从
15、而把石油从油层推向井底，这种驱动方式称为弹性驱动，是油藏的主要驱油动力来源。如图 5-2-3 所示的生产特征曲线，其驱油特点是，开采过程中天然气处于溶解状态，日产油量不变，气油比稳定，油层压力逐渐下降。图 5-2-2 水压驱动生产特征曲线 图 5-2-3 弹性驱动生产特征曲线三、溶解气驱动溶解气驱动依靠石油中溶解气分离时所产生的膨胀力推动石油流向井底，叫溶解气驱动。这种驱动方式驱油效果差，采收率低，一般不采用。气压驱动和重力驱动不是通常采用的，此处略。第三节 油田的开发方式井网布置及油田注水方式已经在初级部分介绍，本节重点介绍井网与层系的关系，及配产配注。一、井网与层系的关系井网与层系的关系实
16、际是平面与剖面的关系，是学习掌握的难点。在不同的油田、同一油田不同地质条件的各区块，井网与层系的关系都有差别，下面就以某油田 EF 区块的井网与层系为例详细介绍。如图 5-2-4、图 5-2-5 所示，该区块共分为三套井开发，均采用反九点法面积注水；油层共有七组，其中最上一组有气顶没有射孔，最下面一组油层发育较差也没有射孔；第三油层组发育较好，单独作为一个层系开采，即第一套井网（11、12、13、19 井） ；第二、四油层组油层物性较接近合为一个层系开采，即第二套井网（21、22、23、29 井）；第五、六油层组油层发育都较差，故也划分为一个层系开采，即第三套井网（31、32、33、39 井）
17、 。图 5-2-4 某油田 EF 区块井网（共计三套反九点法）平面示意图图 5-2-5 某油田 EF 区块层系注采关系（A1 向）剖面示意图二、配产配注配产配注是油田开发过程中一项非常重要的工作内容，是油田开发原则、层系划分、井网布置及开采方式确定后的首要任务，即配产配注方案的编制。配产配注就是对于注水开发的油田，为了保持地下流动处于合理状态，根据注采平衡、减缓含水率上升等开发原则，对全油田、层系、区块、井组、单井直至小层，确定其合理产量和合理注水量。从开采过程和时间上配产配注可分为某一个时期（3-5 年）的配产配注方案编制与某一个阶段（6-12 月）配产配注方案的调整编制。第三章 机械采油机
18、械采油在各油田基本都是主力军，它是油田开发初期（无自喷能力的） 、中后期的主要采油方式。随着油田开采生产实践的不断深入以及科学的发展，机械采油的种类越来越多，一般分类如下：机械采油其中各油田应用最广的是游梁式抽油机井采油、电动潜油泵井采油以及电动螺杆泵井采油；而水力活塞泵采油、射流泵采油、无梁式抽油机井采油只在特殊井上采用。第一节 抽油机深井泵采油抽油机深井泵采油，由于其地面机械设备结构简单，机械性能稳定，并与井下深井泵通过高强度的抽油杆连接，故承载能力大，且操作简单，现在是油田上采油的绝对主力有杆泵采油抽油机深井泵采油电动螺杆泵采油游梁式抽油机井采油无梁式抽油机井采油无杆泵采油电动潜油泵采油
19、水力活塞泵采油射流泵采油军，它由抽油机、深井泵、抽油杆三大部分组成的。一、抽油机装置抽油机结构装置，如图 5-3-1 所示，为常规游梁式曲柄平衡抽油机结构。图 5-3-1 常规游梁式曲柄平衡抽油机结构示意图从图中可以看出游梁式抽油机主要由游梁连杆曲柄机构、减速装置、电力设备和辅助设备四大部分组成，其各部分的作用如下：动力设备：动力设备主要是电动机、电动机以三相异步封闭式鼠笼型电动机为主。减速装置：减速装置的作用是将电动机的高速旋转运动变为减速箱输出轴的低速旋转运动。它主要包括减速箱齿轮传动减速和皮带传动减速。减速箱是抽油机的关键部件之一，它主要是把电动机的高速旋转降低到抽油机工作所需要的转速；
20、并把输入轴的低扭矩放大到抽油机提升液柱和抽油杆柱所要求的扭矩，通过减速箱把动力传给减速箱两侧输出轴上的曲柄连杆机构。游梁连杆曲柄机构：该机构主要包括曲柄、连杆、横梁、游梁、驴头等主要部件，其作用是将曲柄轴的旋转运动变为驴头随游梁绕支架轴承的上下往复运动。（1）游梁：它是装在支架轴承上，绕支点轴承做摇摆运动，其作用是传递动力、承受载荷的。通过调整游梁前后、左右，就可以校准驴头中心与井口中心一致。（2）驴头：装在游梁最前端，通过悬绳器将光杆、抽油机、活塞等杆柱悬挂在抽油机上，作用是保证抽油时，光杆始终对准井口中心位置，为此驴头的前端是圆弧。它是以游梁支点为圆心，以轴承到驴头前端长为半径画圆弧。这样
21、可以保证抽油机在工作时，驴头前端中心点投影与井眼（口）中心基本重合。辅助装置：辅助装置主要是基础、底座、支架、及固定螺丝等零部件，它的主要作用是连接和固定抽油机各部件，是抽油机不可缺少的部分。二、抽油机的工作原理抽油机由电动机供给动力，经减速箱将电动机高速旋转变为抽油机曲柄的低速运动，并由曲柄连杆游梁机构将旋转运动变为抽油机驴头的往复运动，通过抽油杆带动深井泵（抽油泵）工作。也就是电动机将高速旋转运动传递给减速箱的输入轴，经中间轴和输出轴减速后带动曲柄低速旋转运动，同时曲柄通过连杆经横梁拉着游梁后端上下摆动。游梁前端装有驴头，活塞以上液柱及抽油杆等载荷均通过悬绳器挂在驴头上，由于驴头随游梁一起
22、上下摆动，驴头便带动深井泵活塞做上下垂直往复运动，这样就将油抽出井筒。三、新系列游梁式抽油机代号目前国内各油田矿场使用的游梁式抽油机类型很多，但基本结构与图 5-3-1 所示相同，只是外形尺寸或某些部位略有区别；常见的游梁式抽油机还有异相型、前置型等。（一）前置型游梁式抽油机常规游梁式抽油机的特点为结构简单、制造容易、维修方便，可全天候运转；缺点是平衡效果差，效率低。而前置型游梁式抽油机结构特点是曲柄连杆机构与驴头均位于支架前边，存在一定的极位夹角（15 左右）和平衡相位角（20 左右） ，上冲程时曲柄旋转约195，下冲程时约 165，这样不但光杆加速度小，还降低了悬点载荷，而且使减速器输出扭
23、矩在上冲程时滞后，下冲程时超前，降低了电动机功率，具有节能效果。缺点是：不平衡重加大，减速器需安装在支架下面，维修不方便，工作时前冲力较大，影响了机架的稳定性。（二）异相型游梁式抽油机异相型游梁式抽油机与常规游梁式抽油机主要有以下两点不同：一是将减速器背离支架后移，形成较大的极位夹角；二是平衡块重心与曲柄轴中心连线和曲柄销中心与曲柄轴中心连线之间构成一定的夹角，即平衡相位角。四、抽油机规格系列标准按照抽油机规格系列标准，如 CYJ12-3.3-70（H）B（F， QY）抽油机型号说明如下（见下页） 。最大冲程为 3m，其减速箱曲柄轴最大扭矩为（ 37100）kNm，减速箱齿轮为见开线齿轮传动型
24、式，平衡方式为曲柄平衡。另外还有一些其他特殊系列型号：CYJQ前置型、CYJY异相型、YCYJ双驴头型、CYJBZ双摆增程型、CYJP 偏轮式、 XCYJ斜直井可调式等。特殊代号：465-365B-120 型（最早国内仿美系列型号） ，其中，465 表示最大允许扭矩（4651000）1bin（35.60kNm） ；365 表示悬点最大载荷为（ 365100）1bin （143.08kN ） ；120 表示光杆最大冲程（in） ，120in=3.048m。CYJ 123.370（H）B （F，Q，Y）F复合平衡；Y游梁平衡；B曲柄平衡；Q气动平衡点啮合圆弧齿轮（无 H 时为渐开线齿轮传动形式）减
25、速箱曲柄轴最大允许扭矩，100，kNm光杆最大冲程，m选点最大载荷，kN游梁式抽油机系列代号五、无游梁式抽油机简介无游梁式抽油机优点是：一是长冲程，可满足深井、大排量抽油的需要；二是悬点运动规律近似简谐运动，变向加速小，动载小，机器运转平稳；三是平衡效果好；四是占地面积小。缺点是：机型高度较高；顶部较重；不太适合高冲次。第二节 抽油泵与抽油杆抽油泵也称深井泵，它是抽油井装置中的一个重要组成部分，是通过油管和抽油杆下到井中，沉没在液面以下一定深度，靠抽汲作用将油抽至地面的井下设备。一、抽油泵的类型与结构根据油井的深度、生产能力、原油性质不同，所需要的抽油泵的类型也不同。目前国内各油田采用的抽油泵
26、基本都是管式泵和杆式泵，如图 5-3-2 所示。（一）管式泵管式泵的结构特点泵筒连接在油管下部。按阀的数目分为双阀和三阀管式泵。双阀管式泵结构简单，如图 5-3-2 所示。在活塞上部只有一个排出阀（游动阀） ，而三阀管式泵在活塞上装有两个排出阀。它的优点是：泵径较大、排量大，适用于产量高，油井较浅含砂较多，气量较小的井中；结构简单，加工方便，价格便宜。缺点是：不适用于深井；由于管式泵工作筒接在油管下端，所以检泵和换泵时需要起出油管。（二）杆式泵杆式泵是把活塞、阀及工作筒装配成一个整体，可以用抽油杆直接起下。杆式泵的结构和管式泵相似，但它多一个外工作筒，外工作筒和油管连接，并带有卡簧和锥体座。内
27、工作筒卡在卡簧处坐在锥体座上。当活塞上下运行时，内工作筒固定不动，这样工作与管式泵相同。它的优点是：检泵方便，起出抽油杆即可起出泵来；由于杆式泵固定没有打捞装置，所以余隙小了，因此适用于气较大的井；泵径小，适用于产量低的井；在下泵前可以试抽，保证了下泵质量。缺点是：泵结构复杂，加工难度大，成本高；由于多一个工作筒，所以泵径小，排量低；不能用于出砂的井，内外工作筒之间容易因砂堵而把泵卡在油管内。（四） 抽油泵组成部件抽油泵是由许多零部件组成的，它的质量好坏直接影响着抽油泵的使用期限和排油效率的高低。图 5-3-2 抽油泵结构及简化示意图1、工作筒工作筒是抽油泵的主体，它由外管、衬套、接箍组成。外
28、管也叫泵筒，外管内装有多节同心圆柱管的衬套，上、下两端靠压紧接箍压紧，上接箍上连油管，下接箍接固定阀及进油设备。2、活塞活塞也叫柱塞，是用无缝钢管制成的空心圆柱体，两端有内螺纹，用以连接游动阀或其他零件。柱塞两端均有倒角，便于组装，表面镀铬并有环状防砂槽。3、游动阀游动阀也叫排出阀，一般油田现场习惯称游动阀，它由阀球、阀座及阀罩组成。双阀泵只有一个游动阀装在活塞的上端，三阀泵有两个游动阀，分别装在活塞的上下端。4、固定阀也叫吸入阀，固定阀等。它除了有阀球、阀座、阀罩外还有打捞头，供油井作业时捞出或便于其他作业等。（四）抽油泵型号抽油泵型号的表示方法如下：CYB 57 R H A M 4.5 1
29、.5 0.6加长短节长度，m柱塞长度，m泵筒长度，m定位部件型式：C皮碗式；M机械式定位部件：A顶部定筒式；B底部定筒式；C 底部动筒式泵筒型式：H厚壁泵筒；L组合泵筒；W 薄壁泵筒（金属柱塞泵） ；P组合泵筒；S薄壁泵筒（软密封柱塞泵）抽油泵型式：R杆式泵；T 管式泵公称直径，mm抽油泵代号抽油泵基本参数，见表 5-3-1。表 5-3-1 抽油泵基本参数基本公式 甭的直径 mm柱塞长度系列m加长短节长度m连接油管外径 mm柱塞冲程长度范围 m理论排量m3/d连接抽油杆螺纹直径mm（SY/T5029-2003）公称直径基本直径32 31.8 0.6 48.3，60.3 1.2-6 14-69
30、23.81338 38.1 0.9 0.3 60.373.0 1.2-6 20-112 26.98844 44.5 1.2 73.0 1.2-6 27-138 26.98851 50.8 1.5 0.6 73.0 1.2-6 35-173 26.98857 57.2 1.8 88.9 1.2-6 44-220 26.988杆式泵63 63.5 2.1 0.9 88.9 1.2-6 54-259 30.16332 31.8 60.3，73.0 0.6-6 7-69 23.81338 38.1 0.6 60.3，73.0 0.6-6 10-112 26.98844.54445.2 60.3，73.
31、0 0.6-6 14-138 26.98857 57.2 73.0 0.6-6 22-220 26.98870 69.9 0.9 88.9 0.6-6 33-328 30.16383 83 101.6 1.2-6 93-467 30.163整体泵筒95 95 114.3 1.2-6 112-613 34.92532 32 1.2 60.3，73.0 0.6-6 7-69 23.81338 38 60.3，73.0 0.6-6 10-128 26.98844 44 73.0 0.6-6 13-138 26.98856 56 73.0 0.6-6 21-220 26.988管式泵组合泵筒70 70
32、1.588.9 0.6-6 33-328 30.163二、抽油泵工作原理抽油泵工作原理如图 5-3-3 所示，当活塞上行 见（a）图时，游动阀受油管内液柱压力的作用而关闭，排出活塞上部泵筒内液体。同时活塞下面泵筒内压力降低，固定阀在油套环形空间液柱压力的作用下被顶开，井内液体进入泵筒，充满活塞上行所让出的空间。当活塞下行见（b）图，泵筒内液体受压，压力增高，当此压力等于或大于油套环形空间的液柱压力时，固定阀关闭，活塞继续下行，泵筒内压力继续上升，当泵筒内压力超过油管内液柱压力时，游动阀被泵内液体顶开，液体从泵筒内经过活塞上行进入油管。在一个冲程过程中，深井泵应完成一次进油和一次排油过程。这样在
33、活塞不断上下运动，游动阀与固定阀不断的交替关闭和打开，井内液体就不断进入工作筒，从而上行进入油管，使油管液面不断上升到井口排入出油管线。泵的工作原理也可以简单地概括为：活塞上行时吸液入泵，排液出井；活塞下行时泵筒内液体进入油管，不排液出井。三、抽油杆抽油杆是有杆泵抽油装置中的一个重要组成部分。通过抽油杆柱将抽油机的动力传递到深井泵活塞上，使深井泵活塞往复运动。抽油杆型号为：CYG25/2500C 其中 CYG 表示抽油杆代号，25 表示抽油杆直径，“2500”表示短抽油杆长度。（一）抽油杆的技术规范如图 5-3-4 所示，抽油杆主体是圆形断面的实心杆体，两端有加粗的锻头，在锻头上有连接螺纹和供
34、扳手用的方形断面（扳手方） ，抽油杆公称直径有 16mm（5/8in ） ，19mm（3/4in） ，22mm（7/8in）和 25mm（1in）等四种，抽油杆长度一般为 8m 左右，但为了方便配杆柱而特别加工的 1.0m，1.5m ，2.5m，3.0m，4.0m 五种长度。（二）抽油杆及接箍的机械性能国产抽油杆有两种钢材制成。一种叫碳钢抽油杆，另一种叫合金钢抽油杆。碳钢抽油杆一般是用 40 号优质碳素钢制成，合金钢抽油杆一般是用 15 号铬镍合金或 20 号铬镍合金钢制成的。抽油杆许用折算应力为抽油杆在工作中承受驴头最大负荷下的最大拉应力，同时承受着在一个冲程中由最大负荷、最小负荷作用下的不
35、对称循环应力。抽油杆许用折算应力，就是考虑了这二者的综合作用，根据材料抗拉、抗疲劳性质而确定的数值，在工作中，实际折算应力不允许超过许用折算应力。光杆是用高强度的 50-55 号优质碳素钢制造的。抽油杆所受的力：在传递动力的过程中，抽油杆的负荷因抽油杆柱的位置不同而不同，上部的抽油杆负载大，下部的抽油杆负载小，抽油杆的负载通常有以下几种：（1）抽油杆本身重量；（2）油管内柱塞以上液柱重量；（3）柱塞与泵筒、抽油杆与油管、抽油杆与液柱、油管与液柱之间的摩擦力；（4）抽油杆与液柱的惯性力；（5）由于抽油杆的弹性而引起的振动力；（6）由于液体和柱塞运动不一致或泵未充满等因素引起的冲击载荷。有时把后三
36、种载荷统称为“动载荷” 。各种载荷具体大小参见后面参数计算等内容。四、抽油机井工作原理（一）工作原理抽油机井工作原理是指抽油机井采油过程中的地面抽油机和井下的深井泵通过采用机杆连接一个整体的工作原理；而地面抽油设备抽油机的工作原理（其自身本质只是机械运动） 、井下深井泵的工作原理都不能单一地代替抽油机井的工作原理，这一点初学者往往容易混同在一起；抽油机井工作原理是：抽油机把电动机供给的机械能，经减速箱及曲柄连杆游梁、驴头（四连杆）机构将高速旋转的机械能变为抽油机驴头低速往复运动的力， 再通过抽油杆把力传递给深井泵（抽油泵） ，使其随同驴头的上下往复做抽吸运动，进而不断地把井筒液举升到地面。它是
37、抽油机井采油原理中举升动力的细节描述。（二）抽吸参数及泵效上面对抽油机井采油整个过程已进行了介绍，那么抽油机井抽油的能力如何描述呢，这要从抽油机井抽油参数开始。1.抽油机井抽油参数抽油机井抽油参数是指地面抽油机运行时的冲程、冲速（冲次）及井下抽油泵的泵径，是抽油机井生产管理过程中重要的生产参数，其各自的意义为：冲程（S）指抽油机驴头上下往复运动时在光杆上的最大位移，m；冲速（n）指每分钟抽油机驴头上下往复运动的次数，min -1；泵径（D）指井下抽油泵活塞截面积的直径， mm。2.抽油机井泵效抽油机井泵效是指抽油机井的实际产液量与抽油泵的理论排量的比值叫做泵效；严格地讲，这只能叫做视泵效，因为
38、深井泵抽吸时考虑液体的体积系数和油管、抽油杆的伸长，缩短引起的冲程损失等因素，但这样计算较繁琐，而且生产实践已证明没有必要一一地详细计算，因此现场一般以视泵效来代替实际泵效。（三）抽油泵理论排量理论排量就是深井泵在理想的情况下，活塞一个冲程可排出的液量叫泵的理论排量，在数值上等于活塞上移一个冲程时所让出的体积。其计算公式为：Q 理 =1440Sn(D 2/4) （5-3-1 ）式中 Q 理 抽油泵理论排量， m3/d；S抽油机井冲程，m ；n抽油机井冲速，min -1；D抽油泵泵径，mm。（四）抽油机井泵效抽油机井的实际产液量与抽油泵的理论排量的比值，其计算公式为：=Q 实 /( 液 Q 理
39、) 100% （5-3-2）式中 Q 实 抽油机井实际产液量， t/d； 液 采出液相对密度，无因次量；抽油机井泵效，%。第三节 电动潜油泵采油电动潜油泵是机械采油中相对排量较大的一种无杆泵采油方式，它是很多油田不可缺少的采油力量。一、电动潜油泵装置的组成及工作原理（一）电动潜油泵装置电动潜油泵装置已有三大部分、七大件组成的，如图 5-3-5 所示。（1）井下部分包括：多级离心泵；潜油电动机；保护器；油气分离器。（2）中间部分指电缆。（3）地面部分包括：变压器；控制屏；接线盒（二）电动潜油泵各装置作用及特点1.潜油电动机潜油电动机是机组的动力设备，是将地面输入的电能转化为机械能，进而带动多级离
40、心泵高速旋转；它位于井内机组最下端，与普通的三相鼠笼式异步感应电动机一样，其区别就在于：（1）机身长。由于潜油电动机受到油井套管内径尺寸的限制，但还要满足负荷能力的需要，细长是必然的；一般是随着其功能的大小而变的，最短几米，最长的有十几米。（2）转轴为空心。（3）启动转矩大。在 15 转（约 0.3s）可以满载下全速启动。（4）转动惯量小。（5）绝缘等级高。（6）附带保护器装置及油浴冷却。2.多级离心泵多级离心泵是给井液增加压头并举升到地面的机械设备，它由两个部分组成的，即转动部分（轴、键、叶轮及轴套等）和固定部分（导壳、泵壳、轴承外套等） 。它与普通多级离心泵相比，有以下特点：（1）直径小、
41、长度大、级数多。主要满足压头高的要求。例如雷达泵流量 550m3/d，扬程（压头）1000m 的多级离心泵有五节 394 级，总长度为 18.63m。（2）轴向卸载、径向扶正。主要是消除轴向力而引起的泵轴弯或偏摆及叶轮振动等。（3）吸入口有脱气装置。为了防止井液中的气体进入多级离心泵，在泵的吸入口处装有油气分离器，以提高泵效。3.保护器保护器是安装在潜油电动机的上部，是用来保护潜油电动机的，潜油电动机虽然结构上和地面电动机基本相同，但它在井下工作环境比较恶劣（油、气、水压力、温度等） ，因此要求密封高以保证井液体不能进入电动机内；还要有补偿电动机内润滑油的损失、平衡电动机内外腔的压力、传递扭矩
42、。4.油气分离器油气分离器是使井液通过时（在进入多级离心泵前）进行油气分离，减少气体对多级离心泵特性的影响；目前各油田所使用的油气分离器有沉降式和旋转式两种。5.控制屏控制屏是电动潜油泵机组的专用控制设备，电动潜油泵机组的启动、运转和停机都是依靠控制屏来完成的。它主要是由主回路、控制回路、测量回路三个部分组成的。其功能是：能连接和切断供电电源与负载之间的电路；通过电流记录仪，把机组在井下的运行状态反映出来；通过电压表检测机组的运行电压和控制电压；有识别负载短路和超负载来完成机组的超载保护停机功能；借助中心控制器，能完成机组的欠载保护停机；还能按预定的程序实现自动延时启动；通过选择开关，可以完成
43、机组的手动、自动两种启动方式；通过指示灯可以显示机组的运行、欠载停机、过载停机三种状态。6.接线盒接线盒是用来连接地面与井下电缆的；具有方便测量机组参数和调整三相电源相序（电机正反转）功能；还可以防止井下天然气沿电缆内层进入控制屏而引起的危险。7.电缆电缆是供给井下潜油电机输送电能的专用电线。8.单流阀单流阀用来保证电动潜油泵在空载情况下能够顺利启动；停泵时可以防止油管内液体倒流而导致电动潜油泵反转。9.卸压阀卸压阀是在修井作业起泵时，剪断其阀芯，使油管与套管连通便于作业。（三）电动潜油泵井工作原理电动潜油泵井工作原理：地面控制屏把符合标准电压要求的电能，通过接线盒及电缆输给井下潜油电动机，潜
44、油电动机再把电能转换成高速旋转的机械能传递给多级离心泵，从而使经油气分离器进入多级离心泵内的液体被加压举升到地面；与此同时井底压力（流压）降低，油层液进而流入井底。还可叙述为两大流程：一是潜油电泵供电流程：地面电源变压器潜油电缆潜油电机。二是潜油电泵抽油流程：油气分离器多级离心泵单流阀卸油阀井口。二、电动潜油泵型号及参数电动潜油泵机组型号通常由下列代号表示：QY D B 425 1000 - 114最大轴向投影尺寸，mm；机组额定扬程，m；机组额定排量，m 3/d；表示（多级）离心泵；表示泵为电力（电动机）驱动；表示（机组）潜油运行。电动潜油泵主要参数为：排量即电动潜油泵的最大额定排量，m 3
45、/d；扬程即电动潜油泵机组打水时的最大扬程，m ；功率即潜油电机输出额定功率，kW；效率即排量效率，油井实际产液量与额定排量之比，%。三、电动潜油泵机组保护电动潜油泵井由于其下泵投入费用以及检泵施工费用都比较高，所以对井下机组的保护是相当重要的。电动潜油泵井井下机组保护可分为两大部分：一是地面保护：（1）电源电路保护，有电压、相序、短路、延时等；（2）载荷整流值保护：有过载、欠载电流保护（重点介绍的内容） ；二是井下保护：有单流阀、扶正器、潜油电动机保护器等。电动潜油泵井井下机组的地面保护都集中在控制屏上，所以要对机组运行电流的过载、欠载保护值的设定，首先要掌握控制屏的组成，由前面的学习可知；
46、电动潜油泵井的控制屏一般都是由三个回路组成的，即主回路、控制回路、测量回路；其功能分别是：（1）主回路：电路元器件直接与电源变压器（900-1100V 变压）相连，由隔离闸刀来实现接通和断开，电路控制开关是真空交流接触器。（2）控制回路：电路是由控制电压调整开关，控制电流自动开关，控制方式选择开关等元器件组成。由于它们不直接与电源连接，所以又叫二次控制回路。控制回路中还应包括中间继电器，压敏电阻，整流电路等部分。（3）测量回路：电路有电流互感器、电压互感器、电流记录仪、电压电流表等组成，通过这些仪表可对井下机组运行状况及电压与二次回路配合对整个机组运行进行自动控制。第四节 电动螺杆泵采油目前电
47、动螺杆泵正在各油田被逐步推广使用到采油行列中来，这主要取决于它自身的技术特点和采油者在实践中对它的认识；电动螺杆泵采油系统按不同驱动形式分为地面驱动和井下驱动两大类；这里只介绍地面驱动井下螺杆泵。一、电动螺杆泵装置及原理根据地面驱动螺杆泵的传动形式可分为皮带传动（以如图 5-3-6 所示为例）和直接传动（略）两种，其系统组成主要包括地面驱动部分、井下泵部分、电控部分、配套工具及其井下管柱等。（1）地面驱动部分：包括减速箱、皮带传动、电动机、密封盒、支撑架、方卡子等。（2）井下泵部分：主要由抽油杆、接头、转子、导向头和油管、接箍定子尾管等组成。（3）电控部分：包括电控箱、电缆等。（4）配套工具部
48、分：包括防脱工具、防蜡器、泵与套管锚定装置、卸油阀、封隔器等。（5）常规及简易井口装置、正扣及反扣油管、实心及空心抽油杆、抽油杆扶正器、光杆扶正器、专用井口设备等。地面电源由配电箱供给电动机电能，电动机把电能转换为机械能并通过皮带带动减速装置来启动光杆，进而把动力再通过光杆传递给井下螺杆泵转子，使其旋转给井筒液加压举升到地面；与此同时井底压力（流压）降低。二、电动螺杆泵的型号表示方法电动螺杆泵的型号表示方法为：K G LB 120 27泵的总级数（例 27 级）泵的每转公称排量（例 120 m3/d）单级螺杆抽油泵抽油杆传动空心转子三、电动螺杆泵的优缺点优点：一是节省投资；二是地面装置结构简单
49、，安装方便；三是泵效高，节能，管理费用低；四是适应性强，可举升稠油；五是适应高含砂量、高含气井。缺点（电动螺杆泵的局限性）：一是定子寿命短，检泵次数多；二是泵需要润滑；三是操作技术要求较高。四、螺杆泵的理论排量螺杆泵的理论排量是由于螺杆泵的外径、转子偏心距、定子导程及其转速决定，计算公式为：Q=2760eDTn （5-3-3 ）试中 e转子偏心距，m；D螺杆（转子）外径，m；T定子导程，m；n转速，r/min；Q螺杆泵的理论排量，m 3/d。五、螺杆泵采油井的管理螺杆泵采油井的管理比其他机械采油井的生产管理虽然简单方便，但也有困难的地方，如：地面驱动装置漏油、皮带易断更换不及时、防杆断脱问题、热洗较困难、测试问题、不压井作业问题。一般比较突出的是：（1）停机时间不能长。如皮带断后不能像抽油机那样易被发现可及时更换，测压长时
