常规有杆泵采油4.ppt

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1、1,第三章 常规有杆泵采油,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、扭矩及功率计算 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,有杆泵采油典型特点：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。,(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：,常规有杆泵采油是目前我国最广泛应用的采油方式，大约有80%以上的油井采油采用该举升方式。,第三章 常规有杆泵采油,3,第一节 抽油装置及泵的工作原理,一、抽油装置,抽油机,抽油

2、杆,抽油泵,其它附件,三抽设备,4,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,抽油过程介绍,三抽设备,6,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。,(一)抽油机,有杆深井泵采油的主要地面设备，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,工作原理,游梁式抽油机分类,后置式和前置式,一、抽油装置,游梁,连杆,曲柄机构,减速箱,动力设备,辅助装置,7,运动规律不

3、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。,8,新型抽油机：为了节能和加大冲程。,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,宽带传动抽油机,液压抽油机,一、抽油装置,9,抽油机,常规型游梁式抽油机,异型游梁式抽油机,旋转驴头游梁式抽油机,调径变矩游梁式抽油机,10,链条式抽油机,皮带式抽油机,抽油机,11,链传式抽油机,天轮式抽油机,直线往复式抽油机,抽油机,图31 有杆泵抽油系统示意图,结构：驴头为圆

4、弧形，并以支座的支点为圆心，作圆弧运动，保证光杆始终与驴头相切，使其抽油杆作上下往复直线运动。冲程的调节，是移动曲柄上的孔眼。冲数的调节，是靠更换皮带轮的大小。曲柄每分钟旋转的圈数，正好与抽油机的冲数相同。曲柄旋转的方向为顺时针方向。,（3）异相型抽油机（如图3-4）其结构特点是：使曲柄中心轴承与连杆和游梁的连接销(横梁轴)不在一条垂线上；使曲柄平衡重的中心线与曲柄中心线之间有一相位角。其结构就导致了曲柄上冲程转角大于190。,下冲程小于170。，使上冲程驴头悬点运动速度较下冲程慢，相应地降低了上冲程悬点的加速度，从而降低了上冲程悬点的惯性载荷。优点：可减小光杆最大负荷10，因而能延长抽油杆的

5、寿命，还能节省电力10左右。,4.游梁式抽油机的规格和型号(1)游梁式抽油机规格代号表示法：,例如：某游梁式抽油机，规格代号为4-1.5-9,表示该抽油机的额定悬点载荷为40KN，光杆最大冲程为1.5M，减速器额定扭矩为9KN.M。,eg：CYJ10-3-53B常规型游梁式抽油机，额定悬点载荷为100KN，光杆最大冲程为3M，减速器额定扭矩为53KN.M，抽油机的平衡方式为曲柄平衡。,Y 游梁平衡B 曲柄平衡F 复合平衡Q 气动平衡,CYJ 常规型CYJQ 前置型CYJY 异相型,平衡方式,抽油机类型代号,19,游梁式抽油机系列型号表示方法,CYJ 123.370(H)F(Y，B，Q),一、抽

6、油装置,20,(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),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：,一、抽油装置,按照抽油泵性能特点可分为：常规泵、防砂泵、防气泵、抽稠泵等等,工作筒(外筒和衬套),柱塞,固定阀(吸入阀),游动阀(排出阀),21,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，修井工作量大，故适用于下泵深度不很大，产量较高的油井。,杆式泵：整个

7、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。,一、抽油装置,上压紧接箍,上游动凡尔,衬套,活塞,泵筒,下游动凡尔,加长短节,固定凡尔,下压紧节箍,上,下,管式泵结构图,管式泵实物图,泵体连接,固定凡尔,4.管式泵和杆式泵的比较，如表3-2。表3-2 管式泵与杆式泵比较,5.抽油泵的型号表示法CYB 加长短节长度,m 柱塞长度,m 泵筒长度,m 定位部件型式 定位部位 泵筒型式 抽油泵型式:R杆式泵;T管式泵 公

8、称直径,mm 抽油泵代号,C-皮碗式M-机械式,A-定筒式,顶部定位B-定筒式,底部定位C-动筒式,底部定位,H 厚壁泵筒L 组合泵筒W 薄壁泵筒 薄壁泵筒P-厚壁泵筒,金属柱塞泵,软密封柱塞泵,定位部件型式,定位部位,泵筒型式,27,(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,一、抽油装置,28,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。,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

9、通接箍、异径接箍和特种接箍。,普通接箍：连接等直径的抽油杆,异径接箍：用于连接不同直径的抽油杆,特种接箍：主要有滚轮式接箍和滚珠式接箍，用于斜井或普通油井中降低抽油杆柱与油管之间的摩擦力，减少对油管的磨损。,扶正器,抽油杆的强度：C级杆(570MPa)、D级杆(810MPa),一、抽油装置,29,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,一、抽油装置,井口装置及辅助设备1.井口装置如图3-11井口装置由套、油管三通，盘根盒、套管闸门、生产闸门、套压表和油压表等组成。1)连接套管、悬挂油管，承受井内生产和作业管柱的载荷。2)密封油、套管环形空间

10、，控制套管气。3）控制油管内的油、气，引导油、气进入出油管线。4)保证洗井、冲砂、酸化、压裂等井下作业的顺利进行。5)录取油压、套压资料。6)取井口油样，测井内液面、压力资料等。,2.悬绳器 作用：连接光杆和驴头，承受抽油时的工作载荷；为动力仪测示功图时提供光杆载荷。,图312 悬绳器结构图1垫板；2销；3内套管；4下盘；5顶丝；6弹簧圈；7钢丝紧固器；8上盘；9钢丝绳；10特制螺帽；11光杆紧固器；12弹簧圈,图313 井口盘根盒结构图1弹簧座；2弹簧；3下压帽；4胶皮盘根；5盘根盒；6上压帽；7盘根帽；8撬杆；9装机油；10光杆,3.盘根盒（又叫光杆密封装置）其作用是密封光杆与油管之间的环

11、形空间，防止井口漏油。,4.泄油器泄油,活塞,主体,销钉,密封垫,抽油杆,销钉式泄油器,投20-80m抽油杆，油管液面下降后再起,4.泄油器泄油器是抽油泵的一种配套设备。在油井(起管柱)作业时，使油管和油套管环空连通，将油管内的液体释放到井筒内，使起出的管柱内不带井液。,图315 泄油器总成1垫圈；2接箍；3套筒凡尔；4密封圈；5短节；6接头；7开泄爪；8弹簧；9剪钉；10销子,安装时，将泄油器接在泵上面的第一根油管接箍处。在泵正常工作状态下套筒凡尔在油管内处于密封状态的位置。开泄器连在活塞拉杆上。下抽油杆时，开泄器的爪子压缩扭簧而通过套筒凡尔。起抽油杆时，开泄器的爪子顶着套筒凡尔的下台肩并将

12、其拉至上台肩，使短节上的泄油孔外露，从而使油、套管连通，达到泄油目的。抽油杆继续上提，开泄爪剪断销钉，便可起出抽油杆柱。,35,二、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。,上冲程,（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。,36,下冲程,（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

13、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。,柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。,二、泵的工作原理,37,（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:,泵的理论排量,冲次：一分钟的时间内抽油泵吸入与排出的周期数。,二、泵的工作原理,38,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：

14、r/l0、r/b0,抽油机四连杆机构简图,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(曲柄转角)时位移为：,39,(二)简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律,假设条件：0r/l1/4 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。,曲柄滑块机构简图,A点加速度:,A点位移：,A点速度:,一、抽油机悬点运动规律,40,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,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

15、算,一、抽油机悬点运动规律,41,二、抽油机悬点载荷计算,(一)悬点所承受的载荷,42,液柱的惯性力和振动力,静载荷,动载荷,杆柱惯性力和振动力,(一)悬点所承受的载荷,43,静载荷,动载荷,抽油杆柱惯性力和振动力,(一)悬点所承受的载荷,44,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。,(一)悬点所承受的载荷,45,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

16、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。,(一)悬点所承受的载荷,上冲程,下冲程,46,抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷,上冲程：,取r/l=1/4时，,下冲程：,液柱引起的悬点最大惯性载荷,上冲程：,下冲程中液柱不随悬点运动，没有液柱惯性载荷,悬点最大惯性载荷,(一)悬点所承受的载荷,47,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

17、机结构有关。(在考虑抽油杆柱弹性时最大载荷计算时介绍),(一)悬点所承受的载荷,48,(二)悬点最大和最小载荷,1.计算悬点最大载荷和最小载荷的一般公式,最大载荷发生在上冲程，最小载荷发生在下冲程，其值为：,思考题1：分析课堂所介绍的悬点载荷计算方法与教材所介绍的悬点载荷计算方法的相同点和不同点。,49,2.考虑抽油杆柱弹性时悬点最大载荷的计算,初变形期之后，抽油杆柱带着活塞随悬点做变速运动。在此过程中，除了液柱和抽油杆柱产生的静载荷之外，还会在抽油杆柱上引起动载荷。,初变形期末抽油杆柱运动引起的自由纵振产生的振动载荷,初变形期：从上冲程开始到液柱载荷加载完毕的过程。,抽油杆柱做变速运动所产生

18、的惯性载荷,忽略液柱对抽油杆柱动载荷的影响,(二)悬点最大和最小载荷,抽油杆和油管弹性伸缩示意图,50,抽油杆柱自由纵振产生的振动载荷,(二)悬点最大和最小载荷,51,抽油杆柱的惯性载荷,惯性载荷的大小取决于抽油杆柱的质量、悬点加速度及其在杆柱上的分布。悬点加速度的变化决定于抽油机的几何结构。,简谐运动时，悬点加速度为：,抽油杆柱距悬点x处的加速度为：,初变形期之后抽油杆柱随悬点做变速运动，必然会由于强迫运动而在抽油杆柱内产生附加的动载荷。为了使问题简化，把强迫运动产生的动载荷只考虑为抽油杆柱随悬点做加速度运动而产生的惯性载荷。,(二)悬点最大和最小载荷,52,悬点最大载荷,初变形期后，悬点载

19、荷P是抽油杆柱载荷、液柱载荷、及振动、惯性载荷叠加而成，即:,t0为初变形期经历的时间,取最大振动载荷出现的时间为悬点出现最大载荷的时间,则得到计算悬点最大载荷的公式：,(二)悬点最大和最小载荷,53,a.油管下端固定,在油管下端固定的情况下，初变形期末柱塞对悬点的相对运动速度等于悬点运动速度，即,油管下端固定时悬点最大载荷为：,b.油管下端未固定,初变形期末悬点运动速度：,初变形期末柱塞对悬点的相对运动速度将小于悬点运动速度，并且：,油管下端未固定时悬点最大载荷为：,(二)悬点最大和最小载荷,54,3.计算悬点最大载荷的其它公式,一般井深及低冲数油井,简谐运动、杆柱和液柱惯性载荷,简谐运动、

20、杆柱惯性载荷,简谐运动、杆柱和液柱惯性载荷,(二)悬点最大和最小载荷,55,第三节 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。,56,(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

21、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程中所做功之和的一半。,下冲程：,上冲程：,平衡条件：,一、抽油机平衡计算,57,(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(如气包的密封性等)。,一、抽油机平衡计算,58,(三)平衡计算,1)复合平衡,平衡半径公式:,一、抽油机平衡计算,复合平衡,59,2)曲柄平衡,平衡半径公式：

22、,曲柄平衡,一、抽油机平衡计算,3)游梁平衡,达到平衡所需要的游梁平衡块重:,游梁平衡,60,(四)抽油机平衡检验方法,1)测量驴头上、下冲程的时间 平衡条件下上、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 平衡条件下上、下冲程的电流峰值相等。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。,一、抽油机平衡计算,61,三、电动机选择和功率计算,(一)电动机功率计算,电动机的选择关系到电能的利用效率和能否充分发挥抽油设备与油层生产能力。,a.负荷是脉冲的，而且变化大；,游梁式抽油装置的特点：,目前国产抽油机所选配的电动机大多是高起动转矩系

23、列的三相异步封闭式鼠笼型电动机。,b.启动条件困难，要求有大的启动转矩；,c.所用的电动机功率不太大，但总的数量大；,d.在露天工作，要求电动机维护简单、工作可靠。,62,电动机功率与曲柄轴上的扭矩关系式为：,由于抽油机悬点载荷是变化的，所以电动机功率与传到曲柄轴上的扭矩也是变化的，因此在变负荷条件下，电动机选择的一般是根据扭矩的变化规律，按等值扭矩来计算，即：,等值扭矩Me：用一个不变化的固定扭矩代替变化的实际扭矩，使其电动机的发热条件相同，则此固定扭矩即为实际变化的扭矩的等值扭矩。,三、电动机选择和功率计算,63,（二）抽油效率计算,(3)光杆功率计算的近似计算：,水力功率：在一定时间内将

24、一定量的液体提升一定距离所需要的功率。,光杆功率：通过光杆来提升液体和克服井下损耗所需要的功率。,(1)根据实测示功图准确计算：,(2)根据示功图绘制扭矩曲线准确计算光杆平均功率。,三、电动机选择和功率计算,64,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：,三、电动机选择和功率计算,65,提高抽油机井生产系统效率和管理水平是当前经济条件下油田生产的重要研究课题。,(1)能量传递与转化的过程(2)在能量传递和转化的每一环节均会产生能量损失。,地面部分：电动机、皮带和减速箱、四连杆机构 井下部分：盘根盒、抽油杆、抽

25、油泵和管柱,以悬绳器为界,抽油机井系统效率分析（专题）,66,目前我国抽油机井生产系统效率较低，平均在效率为20%左右。抽油机井井数多，5104口左右。,通过优化设计抽油机井生产系统的工作制度、选择合理的生产设备、提高油井的管理水平来提高抽油机井系统效率不仅可以节约大量的能源，降低生产成本，而且还能缓解国家用电紧张状况，具有良好的经济效益和社会效益。,抽油机井系统效率分析（专题）,67,技术装备水平。高水平和好性能的技术装备是提高抽油机井生产系统效率的重要基础。要想从根本上解决抽油机井系统效率低的问题，就应采用较先进的、节能型的技术装备。抽油机井生产系统优化设计水平。它是提高抽油机井系统效率的

26、技术依托。在一定油井条件和设备条件下，优化生产系统的工作制度，将在一定程度上提高抽油设备的运行效率和油井的生产效率。管理水平。高的管理水平是提高抽油机井生产系统效率的必要条件。及时准确地分析油井及其设备的工作状况、调整工作制度等，都会影响抽油机井的系统效率。,抽油机井系统效率与油田本身的条件有密切的关系。在油井条件一定的情况下，抽油机井的系统效率主要受到以下三种因素的影响：,抽油机井系统效率分析（专题）,68,常规有杆抽油系统采油是通过抽油设备将地面的电能转化、传递给井筒中的生产流体，从而将其举升至地面的采油方式。整个系统的工作实质上就是能量不断传递和转化的过程，在能量的每一次传递和转化时都会

27、有一定的能量损失。从地面供入系统提供的能量扣除系统中的各种损失，就是系统给井筒流体的有效能量，其与系统输入的能量之比即为抽油机井的系统效率。显然，无论是节能还是提高经济效益，都要求常规有杆抽油系统有较高的系统效率。,一、系统效率分析基础知识,69,1.定义（1）有杆抽油系统 包括原动机、抽油机、抽油杆、抽油泵、井下管柱和井口装置以及油层供液系统。（2）抽油机的输入功率（P入）拖动抽油机的电动机输入功率为抽油机的输入功率。（3）抽油机的光杆功率（P光）提升液体和克服井下各种阻力消耗的功率为抽油机的光杆功率。（4）抽油机系统的有效功率（P水）将井下液体提升到地面所需要的功率叫有效功率，也叫水力功率

28、,一、系统效率分析基础知识,70,2.效率分解 抽油机系统的效率分为两部分，即地面效率和井下效率。以光杆悬绳器为界，悬绳器以上的机械传动效率和电机运行效率的乘积为地面效率；悬绳器以下到抽油泵为井下效率，即：,一、系统效率分析基础知识,71,地面部分的能量损失发生在电动机、皮带和减速箱、四连杆机构中：,一、系统效率分析基础知识,为有效功系数：抽油机每一冲程所做的有效功与抽油机上冲程时所做功的比值。,72,井下部分能量损失在盘根盒、抽油杆、抽油泵和管柱中，因此：,一、系统效率分析基础知识,73,各个效率又分别表示为：,式中 P5光杆经盘根盒后传给抽油杆的功率，kW；P6抽油泵的输入功率，kW；P7

29、抽油泵的输出功率，kW；P8有杆抽油系统的有效功率，即P水，kW。,一、系统效率分析基础知识,？,74,为了确定、地、井及各部分效率i必须求得从电机输入到抽油机系统输出的各部分功率Pi。,一、系统效率分析基础知识,75,3.测试参量与测点（1）电动机部分 电动机的测试参量有：有功功率、无功功率、电流、电压、电机转速、电机输出扭矩等。（2）皮带、减速箱部分 皮带、减速箱应当分别测试，从而分别计算它们的效率。但由于抽油机的结构原因，单独测试困难，将它们作为一个组件。测试参量有：输出轴扭矩、输出轴转速,一、系统效率分析基础知识,76,（3）光杆部分 光杆的测试参数有：光杆载荷、光杆位移和光杆功率。（

30、4）盘根盒 盘根盒的测试参数有：光杆与盘根盒的摩擦力、光杆运动速度。（5）抽油杆部分 抽油杆的测试参数为：抽油杆在运动中的摩擦耗功（P杆）。,一、系统效率分析基础知识,77,（6）抽油泵部分 抽油泵的测试参数有：抽油泵的实际产液量、泵的吸入压力、抽油泵的排出压力。（7）井下管柱部分 井下管柱的测试参数有：油井产量、油井动液面深度等。,一、系统效率分析基础知识,78,二、节能抽油设备与油井管理概述,新型长冲程抽油机。长冲程抽油机采用长冲程、低冲次抽油方式，改善了抽油机的运动特性、动力特性和平衡特性，有利抽油机井的地面效率和井下效率。如皮带抽油机和链条抽油机等。改进结构的抽油机。主要是通过对抽油机

31、四杆机构的优化设计和抽油机平衡方式的完善来改变抽油机曲柄轴净扭矩曲线的形状和大小，使其波动平坦，减少负扭矩，从而减小抽油机的周期载荷系数，提高电动机的工作效率，达到节能的目的。如异相曲柄平衡抽油机、双驴头抽油机(又称异形机)、二次平衡抽油机等。,1.节能抽油设备概述,79,改变动力机的工作特性。由于抽油机所用的动力机绝大部分是电动机，所以改变动力机工作特性的主要办法是用高转差率电动机（转差率8%13%）和超高转差率电动机代替常规转差率电动机（转差率小于5%）。与普通电动机相比，在同样油井工况下，使用超高转差率电动机的电流和功率曲线平均值明显减小，曲线波动明显平坦。增加抽油机的转动惯量。抽油机节

32、能的另一个方法是增加抽油机的转动惯量，充分发挥其动能均衡作用，降低电动机承受扭矩的波动量，达到节能的目的，如节能蓄能器。其它。如电机调压节能技术、电机调速节能技术,二、节能抽油设备与油井管理概述,80,出发点：示功图,抽油机井地面系统效率分析流程：,二、节能抽油设备与油井管理概述,81,二、节能抽油设备与油井管理概述,2.油井管理概述,（1）加强电动机的管理 为了解决抽油机电机的“大马拉小车”的问题，建议以采油厂或采油矿为单位建立“抽油机电动机调剂库”，即适量购买一些各种型号的抽油机用电动机，形成电机库，周期性的测试电机的耗电功率，按功率利用率加以分类排队。其值40%50%者为正常；利用率超过

33、50%者为过载；功率利用率不足35%者为“大马拉小车”，换上一个合适功率等级的电动机，换下的电动机修理入库，以备再用。,82,二、节能抽油设备与油井管理概述,（2）提高日常管理水平 保证抽油机的平衡度要求，抽油机工作时平衡度应为85%120%；适当调节皮带及盘根盒的松紧；加强对抽油机运动时的滑润，减少连杆机构的磨损等。,83,二、节能抽油设备与油井管理概述,（3）工况管理图的应用与分析 抽油机井工况管理分析是通过分析抽油机井工况的各种影响因素，结合抽油机井工况管理的实际状况，绘制沉没度/下泵深度与校核泵效关系和饱和压力/井底流压与校核泵效关系的抽油机井工况管理图。用于检查抽油机井的工作状况，宏

34、观地反映抽油机井供液能力与抽油设备排液能力的匹配情况、抽油泵的泵效以及油田区块的管理水平。,84,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,(4)体积系数的影响,85,一、柱塞冲程,液柱载荷交替地由油管转移到抽油杆柱和由抽油杆柱转移到油管，使杆柱和管柱发生交替地伸长和缩短。,(一)静载荷作用下的柱塞冲程,柱塞冲程小于光杆冲程,抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩,泵效小于1,交变载荷作用,抽油杆柱和油管柱的自重伸长在泵工作的整个过程中是不变的，它们不会影响柱塞冲程。,86,冲程损失

35、计算式：,柱塞冲程：,冲程损失：,抽油杆和油管弹性伸缩示意图,87,多级抽油杆的冲程损失：,冲程损失的影响因素分析：,(2)抽油杆和油管的性质、组合；,(3)下泵深度；,(4)抽油泵的规格。,(1)油层供液状况和生产流体的性质；,(一)静载荷作用下的柱塞冲程,88,(二)考虑惯性载荷后柱塞冲程的计算,当悬点上升到上死点时，抽油杆柱有向下的(负的)最大加速度和向上的最大惯性载荷，抽油杆在惯性载荷的作用下还会带着柱塞继续上行。,当悬点下行到下死点后，抽油杆的惯性力向下，使抽油杆柱伸长，柱塞又比静载变形时向下多移动一段距离。,柱塞冲程增加量：,89,由于抽油杆柱上各点所承受的惯性力不同，计算中近似取

36、其平均值，即：,根据虎克定律，惯性载荷引起的柱塞冲程增量为：,上冲程：,下冲程：,(二)考虑惯性载荷后柱塞冲程的计算,90,因此，考虑静载荷和惯性载荷后的柱塞冲程为：,(二)考虑惯性载荷后柱塞冲程的计算,91,(三)抽油杆柱的振动对柱塞冲程的影响,理论分析和实验研究表明：抽油杆柱本身振动的相位在上下冲程中几乎是对称的，即如果上冲程末抽油杆柱伸长，则下冲程末抽油杆柱缩短。因此，抽油杆振动引起的伸缩对柱塞冲程的影响是一致，即要增加都增加，要减小都减小。其增减情况取决于抽油杆柱自由振动与悬点摆动引起的强迫振动的相位配合。,液柱载荷交变作用,抽油杆柱变速运动,抽油杆柱振动,抽油杆柱变形,92,(三)抽

37、油杆柱的振动对柱塞冲程的影响,理论分析和实验研究表明：抽油杆柱本身振动的相位在上下冲程中几乎是对称的，即如果上冲程末抽油杆柱伸长，则下冲程末抽油杆柱缩短。因此，抽油杆振动引起的伸缩对柱塞冲程的影响是一致，即要增加都增加，要减小都减小。其增减情况取决于抽油杆柱自由振动与悬点摆动引起的强迫振动的相位配合。,液柱载荷交变作用,抽油杆柱变速运动,抽油杆柱振动,抽油杆柱变形,93,二、泵的充满程度,气锁：抽汲时由于气体在泵内压缩和膨胀，吸入和排出阀无法打开，出现抽不出油的现象。,气体对冲满程度的影响,余隙比：,充满系数：,条件：,94,泵充满程度的影响因素分析：,(1)生产流体的性质气液比 R愈小，就越

38、大。增加泵的沉没深度或使用气锚。,(2)防冲距,下死点静止状态下柱塞与泵吸入口的距离,K值越小，值就越大。尽量减小防冲距，以减小余隙。,二、泵的充满程度,95,三、泵的漏失,(1)排出部分漏失,(2)吸入部分漏失,(3)其它部分漏失 如油管丝扣、泵的连接部分及泄油器不严等,漏失很难计算，除了新泵可根据试泵实验测试结果和相关式估算外，泵由于磨损、砂蜡卡和腐蚀所产生的漏失以及油管丝扣、泵的连接部分和泄油器不严等所产生的漏失很难计算。,96,四、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。,

39、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,97,重力式 气锚分离原理,98,旋流分离器,利用离心力原理分离气液（固）体。,气液（固）混合物由切线方向进入分离器后，沿分离器筒体旋转，产生离心力。离心力与液（固）体颗粒的密度成正比。液（固）体颗粒的密度比气体大得多，于是液（固）体颗粒就被抛到外圈（靠近器壁），较轻的气体则在内圈。被抛在外圈的液（固）体颗粒继续旋转，并向下沉淀，最后到达锥形管聚集后从下部出口放出，内圈的气体则从上部出口放出。,99,二、有杆

40、抽油井生产系统设计,有杆抽油系统组成：,有杆抽油系统设计内容：,(1)油层,(2)井筒,(4)地面出油管线,(3)采油设备(机、杆、泵等),(4)工况指标预测。,(1)油井流入动态计算；,(2)采油设备(机、杆、泵等)选择；,(3)抽汲参数(冲程、冲次、泵径和下泵深度等)确定；,有杆抽油系统设计目标：,经济、有效地举升原油。,IPR,井筒多相流规律,运动学和动力学规律,地面多相流规律,100,(1)油井和油层数据；,(2)流体物性参数；,(3)油井生产数据。,有杆抽油系统设计依据：,有杆抽油系统设计理论基础：,有杆抽油系统设计基础数据：,油藏供液能力,节点系统分析方法,二、有杆抽油井生产系统设

41、计,101,抽油机井生产节点系统分析（专题）,1.抽油机井生产系统的组成,(1)油气层子系统,(2)井筒子系统,(3)地面集输子系统,(4)采油设备子系统,稳定工作条件：协调,102,抽油机井生产节点系统分析,2.抽油机井生产系统优化设计的必要性分析,（1）示例井数据表,103,三、钢杆-玻璃钢杆组合杆柱抽油技术,玻璃钢杆优点,(1)重量轻，可减少设备投资，节省能源和增加下泵深度。,(2)弹性好，可以实现超冲程。,(3)耐腐蚀，可减少断脱事故。,玻璃钢杆缺点,(1)价格贵：是钢质抽油杆的1.61.8倍。,(2)不能承受轴向压缩载荷，使用温度不能超过93.3。,(3)报废杆不能溶化回收利用。,目

42、前钢玻璃钢组合杆柱设计理论与普通全钢杆设计理论基本相同。,104,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：,105,一、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

43、油进泵压力损失而定。,静液面与动液面的位置,106,采油指数：,折算液面：把在一定套压下测得的液面折算成套管压力为零时的液面，即：,？,（一）动液面、静液面及采油指数,107,(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,声波反射曲线,108,2.无音标井,根据波动理论和声学原理，声波在气体中的传播速度为：,利用气体状态方程确定气体密度：,因为：,则：,声波速度为：,简化为：,109,(三)含水井油水界面及工作制度与含水的关系,含水井正常抽油时，油水界面稳定在泵的吸入口处。,低气油比含水油井：在泵下加深尾

44、管来降低流压，提高产量。,低含水高气油比井(除带喷者外)：加深尾管会降低泵的充满系数。,含水井的油水界面,思考题：上述说法的理由？,110,抽油井工作制度与含水的变化关系,当油层和水层压力相同(或油水同层)时，油井含水不随工作制度而改变；,当出油层压力高于出水层压力时，增大总采液量(降流压)，将引起油井含水量的上升；,当水层压力高于油层压力时，加大总采液量，将使油井含水量下降。,确定含水井工作制度时：对油水层压力相同及水层压力高于油层压力的井，把产液量增大到设备允许的抽汲量是合理的。利用油井在不同工作制度下产液量与含水的变化情况来判断油水层的压力关系。,111,二、地面示功图分析,示功图：载荷

45、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。,示功图测试仪器：动力仪。,112,二、地面示功图分析,(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,静载理论示功图,ABC为上冲程静载荷变化线。AB为加载过程，加载过程中，游动阀和固定阀处于关闭状态；在B点加载完毕，变形结束，柱塞与泵筒开始发生相对位移，固定阀打开而吸入液体。BC为吸入过程（BC=sP为泵的冲程），游动阀处于关闭状态。,CDA为下冲程静载荷变化线。CD为卸载过程，游动阀和固定阀处于关闭状态；在D点卸载完毕，变形结束，柱

46、塞与泵筒发生向下相对位移，游动阀被顶开、排出液体。DA为排出过程，固定阀处于关闭状态。,113,2.考虑惯性载荷后的理论示功图,考虑惯性和振动后的理论示功图,S/2,(一)理论示功图及其分析,114,(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,有气体影响的示功图,气体影响示功图,充满系数：,气锁,115,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。,充不满的示功图,116,2.漏失对示功图的影响,排出部

47、分的漏失,泵排出部分漏失,柱塞的有效吸入行程：,泵效：,117,吸入部分漏失,吸入阀漏失,柱塞的有效吸入行程：,泵 效：,118,吸入阀严重漏失,吸入部分漏失,119,吸入部分和排出部分同时漏失,吸入阀和排出阀同时漏失,120,3.柱塞遇卡的示功图,柱塞在泵筒内被卡死在某一位置时，在抽汲过程中柱塞无法移动而只有抽油杆的伸缩变形，图形形状与被卡位置有关。,活塞卡在泵筒中部,121,4.带喷井的示功图,在抽汲过程中，游动阀和固定阀处于同时打开状态，液柱载荷基本加不到悬点。示功图的位置和载荷变化的大小取决于喷势的强弱及抽汲液体的粘度。,喷势强、油稀带喷,喷势弱、油稠带喷,122,5.抽油杆断脱,抽油杆断脱后的悬点载荷实际上是断脱点以上的抽油杆柱重量，只是由于摩擦力，才使上下载荷线不重合。图形的位置取决于断脱点的位置。,抽油杆柱的断脱位置可根据下式来估算：,抽油杆断脱,123,出砂井,6.其它情况,结蜡井,管式泵活塞脱出工作筒,防冲距过小活塞碰 固定阀的示功图,124,二、基本示功图,最大载荷,静载示功图,考虑动载的 示功图,最小载荷系数,最大载荷系数,最小载荷,