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1、第四章 无杆泵采油 Rodless Bottom Hole Pump Production,电动潜油离心泵 Electric Submersible Pump(ESP) 水力活塞泵 Hydraulic Piston Pump(HPP) 水力射流泵 Jet Pump(JP),第一节 电动潜油离心泵采油,(2)地层流体举升过程,(1) 能量传递过程,单流阀结构示意图 1 接头；2 限制销； 3 特制螺母；4 球体； 5 阀座；6 密封圈,泄油阀结构示意图 1接头 2空心销钉 3密封圈,电潜泵举升方式的主要优点：,(1) 排量大；,(2) 操作简单，管理方便；,(3) 能够较好地运用于斜井与水平井以
2、及海上采油；,(4) 在防蜡方面有一定的作用。,电潜泵举升方式的主要缺点：,(1) 下入深度受电机功率、油套管直径、井筒高温等的限制；,(2) 比较昂贵，初期投资高；,(3) 作业费用高和停产时间过长；,(4) 电机、电缆易出现故障；,(5) 日常维护要求高。,(一)潜油电机 motor,一、电潜泵采油装置,主要作用：带动多级离心泵旋转，将电能转换为机械能。,(二) 多级离心泵,1.泵的结构,充满在叶轮流道内的液体在离心力作用下，从叶轮中心沿叶片间的流道甩向叶轮四周时，液体受叶片的作用，使压力和速度同时增加，并经导轮的流道被引向次一级叶轮，这样，逐级流过所有的叶轮和导轮，进一步使液体的压能增加
3、，获得一定的扬程。,单级泵结构图,2.泵的增压原理,3.泵的工作特性 ESP Behavior,离心泵的特性曲线：扬程、功率和泵效随排量的变化关系曲线。,潜油离心泵特性曲线图 Pump characteristic Chart,(三) 保护器 Seal section,保护器是用来补偿电机内润滑油的损失，并起到平衡电机内外压力，防止井液进入电机及承受泵的轴向负荷的作用。利用井液与电机油的密度差异，可以防止井液进入电机造成短路而烧毁电机的装置。主要是通过隔离腔连接井液与电机油来完成这一功能。,(四) 油气分离器 separator,安装在泵的液体吸入口处，当混气流体进入多级离心泵之前，先通过分离
4、器，把自由气体分离出来，防止和减少气体进泵，保证电潜泵具有良好的工作特性。,(五) 潜油电缆,作用：地面向井下机组传输电力。,二、电潜泵油井生产系统设计,节点系统分析方法。,（一）电潜泵油井生产系统组成,(1) 油层系统,(2) 井筒流动系统,(3) 潜油离心泵系统,流入动态（IPR）,气液多相管流流动规律,HQ和Q特性曲线,1.含气液体对电泵工作特性的影响,（二）影响电泵工作特性的因素分析,扬程、排量及效率下降；,游离气体过多时，叶轮流道的大部分空间被气体占据，将会使离心泵停止排液。,2.液体粘度对电泵工作特性的影响,液体粘度大使得泵的举升功率增加；,同时泵的扬程、排量和效率也有所下降。,3
5、、温度对电泵工作特性的影响,流体温度对电机和电缆的绝缘程度有较大的影响；,流体温度高需要选择耐温等级高的电机和电缆，增加采油成本。当温度比电机的额定温度每高出10，电机的使用寿命就将缩短一半；当温度比电缆的极限使用温度每高出8.4时，电缆的寿命也将降低一半。,4、砂、蜡等对电泵工作特性的影响,要求含砂小于0.05%，含砂后，泵叶轮磨损，排量下降。,蜡沉积堵塞叶导轮流道，井液阻力增加。,电机负荷增加，严重时过载停机。,5、其它如沉没度、井下压力等与气体影响有关。,图4-8 开式水力活塞泵采油系统,第二节 水力活塞泵采油 Hydraulic Piston Pumping,液马达,一、水力活塞泵采油
6、系统举升原理,高压泵机组,井下管柱结构,井口,高压控制管汇,计量装置,动力液处理装置,地面管线,抽油泵,滑阀控制机构,系统组成,油井装置,地面流程,水力活塞泵井下机组,下冲程,上冲程,工作原理：,动力液地面加压；,油管或专用动力液管输送；,动力液被传至井下液马达处；,滑阀控制机构换向；,动力液驱动液马达；,液马达做往复运动；,液马达通过活塞杆带动抽油泵做往复运动；,原油被增压举升。,适应条件,主要缺点：,油层深度与排量范围大；,含蜡；,稠油；,定向井。,(1) 机组结构复杂，加工精度要求高；,(2) 地面流程大，投资高(规模效益)；,开式水力活塞泵采油系统,闭式水力活塞泵采油系统,二、水力活塞
7、泵油井生产系统设计,(2) 决定开式或闭式系统；,(3) 决定油井气体全部泵出，还是放气；,(4) 选择合适的井下装置；,(5) 系统工况参数确定；,(6) 决定建设泵站还是单井系统；,(7) 选择地面泵组；,(8) 设计动力液系统。,(1) 油井产能分析；,井筒流体物性分布,下泵深度,井筒压力分布,井筒温度分布,动力液排量,泵效,功率与举升效率,第三节 水力射流泵采油,一、水力射流泵采油系统 Jet Pumps System,系统组成,油井装置,地面流程,通过注入井内的高压动力液的能量传递给井下油层产出液。,优点：(1) 没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大,(2) 由于可利用动力液的热力及
8、化学特性，适用于高凝油、稠油、高含蜡油井。,水力射流泵举升原理,(3) 对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性。,二、水力射流泵工作特性,(一)射流泵工作原理,动力液地面加压；,油管或专用动力液管输送；,动力液被传至井下喷嘴；,通过喷嘴将压能转换动能；,嘴后形成低压区；,动力液与油层产出液在喉管中混合；,经扩散管动能转换成压能；,混合液的压力提高后被举升到地面。,水力射流泵排量、扬程取决于喷嘴面积与喉管面积的比值R。,（二）射流泵基本方程,(1)井筒流体温度分布计算：,(2)泵效：地层液与动力液得失能量之比。,(3)喷嘴与喉管直径：,喷嘴:,喉管:,面积比,环空过流面积越小，油井产出
9、流体流过该面积的速度就越高。流体的压力随其流速增加而下降，在高流速下压力将下降到流体的蒸汽压，导致蒸汽穴的形成，该过程称之为气蚀。,(4) 气蚀：Cavitation,气蚀,节流作用,气蚀损害,极限环空过流面积,（三）射流泵特性曲线,射流泵无量纲特性曲线,FaD为喷嘴与喉管面积比,面积比较大的泵，适用于井深、小排量举升。,第四节 人工举升方式适应性对比,1. 选择人工举升方法应考虑的因素,实质：就是选择能够发挥油井潜在产能的经济有效的举升手段。,1)油藏的驱动类型,不同驱动类型的油藏其开采动态各不相同，如对注水开发油田，应考虑油井见水后举升方式的适应性；对溶解气驱油藏则应考虑其生产气油比对举升
10、方式的影响。,对原始气油比高的井，电潜泵举升就不如气举效果好； 对稠油井，水力活塞泵举升则有优势。,2)油藏流体的性质,3)油井的完井状况及生产动态,完井方式、开采层系、井筒尺寸、不同开发阶段的产量、含水率、流压与产液的关系等，都对举升方式及其效果有重大影响。,4)油井生产中出现的问题,油井生产中的出砂、结蜡、腐蚀、结垢等均会对各种举升方法产生不同程度的影响，如射流泵能够适应出砂井的举升，而水力活塞泵遇砂则易发生卡泵。,5)油井所处的地面环境,如海上、市区、农村及边远山区，沙漠及气候恶劣地区等。对无气源的地区则不能选择气举，在海上电潜泵则比游梁式抽油机有优越性。,6)油田开发中，后期的开采方式
11、 如注水、注气、注聚合物、注蒸气及其它化学驱。,7)各种采油方法的经济效果,初始投资、系统效率、免修期及检修条件等。,上述因素可归结为技术和经济两大类，因此人工举升方法的选择必须在技术和经济综合评价的基础上优选。,气举：适用于出砂井、气液比高的井、大斜度井、海上采油井。特别适用于有高压气可供利用的油井。,日排液最高可达7950m，举升高度可达3658m。,2. 各种人工举升方法适应性对比,抽油机有杆泵：不适用于海上采油及小井眼、深井采油。对于出砂、高气油比、结蜡或腐蚀性严重的井都会降低容积效率和使用寿命。,日排液最高可达410m，举升高度可达4420m。,地面驱动螺杆泵：适用于低产浅井、高气油比油井、出砂井、粘度不是过高的油井。对砂、气不敏感。,日排液最高可达250m，举升高度可达1700m。,最高耐温130。日排液最高可达1400m，举升高度可达2500m。,电动潜油离心泵：适用于中深、大排量油井，海上采油。不适用于稠油、出砂井、结垢井。,水力活塞泵：耐温性较好,适应性较广。油层深度与排量范围大，含蜡、稠油、定向井等都适应。 在腐蚀、磨蚀环境下泵和设备的使用寿命都会降低。,日排液最高可达1245m，举升高度可达5486m。,射流泵：适应性较广,高凝油、稠油、高含蜡油井，定向井、水平井和海上丛式井。,日排液最高可达1590m，举升高度可达3500m。,