水力活塞泵采油PPT課件

1、3本章課后大作業(yè) (1)繪制單作用水力活塞泵工作原理示意圖，并說(shuō)明上下沖程工作原理。第1頁(yè)/共49頁(yè)4主要內(nèi)容 8水力活塞泵采油 （1）水力活塞泵井設(shè)備與工作原理 （2）水力活塞泵井生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) （3）水力活塞泵采油生產(chǎn)管理與故障診斷第2頁(yè)/共49頁(yè)5圖4-8 開(kāi)式水力活塞泵采油系統(tǒng)液馬達(dá)一、水力活塞泵井設(shè)備與工作原理高壓泵機(jī)組高壓控制管匯動(dòng)力液處理裝置計(jì)量裝置地面管線井口抽油泵滑閥控制機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組成油井裝置地面流程水力活塞泵井下機(jī)組井下器具管柱結(jié)構(gòu)第3頁(yè)/共49頁(yè)6工作原理：動(dòng)力液地面加壓；油管或?qū)Ｓ脛?dòng)力液管輸送；動(dòng)力液被傳至井下液馬達(dá)處；滑閥控制機(jī)構(gòu)換向；動(dòng)力液驅(qū)動(dòng)液馬達(dá)；液馬達(dá)做往復(fù)運(yùn)

2、動(dòng)；液馬達(dá)通過(guò)活塞桿帶動(dòng)抽油泵做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；原油被增壓舉升。第4頁(yè)/共49頁(yè)適應(yīng)條件主要缺點(diǎn)：油層深度與排量范圍大；含蠟；稠油；井斜。(1) 機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度要求高；(2) 地面流程大，投資高(規(guī)模效益)；7第5頁(yè)/共49頁(yè)8(2) 按動(dòng)力液循環(huán)分類(lèi)(3) 按動(dòng)力液性質(zhì)分類(lèi)水力活塞泵采油系統(tǒng)類(lèi)型分類(lèi)：(1) 按系統(tǒng)井?dāng)?shù)分類(lèi)單井流程系統(tǒng)；多井集中泵站系統(tǒng)；大型集中泵站系統(tǒng)。閉式循環(huán)方式：乏動(dòng)力液不與產(chǎn)出液混合。開(kāi)式循環(huán)方式：乏動(dòng)力液與產(chǎn)出液混合。原油動(dòng)力液水力活塞泵采油系統(tǒng)水基動(dòng)力液水力活塞泵采油系統(tǒng)第6頁(yè)/共49頁(yè)9(4) 按井下泵的安裝方式分類(lèi)固定式安裝：整個(gè)泵隨油管下入井內(nèi)，優(yōu)點(diǎn)是泵徑

3、大、排量大，缺點(diǎn)是起泵必須起油管。插入式安裝：泵工作筒隨大直徑油管下入井內(nèi)，而沉沒(méi)泵機(jī)組則用小直徑油管下入，插到泵工作筒內(nèi)。投入式安裝：又分單管封隔式和平行管柱式，泵工作筒隨油管下至井底，沉沒(méi)泵機(jī)組則從油管中投入，使用液力下泵和起泵，優(yōu)點(diǎn)是起下泵方便，缺點(diǎn)是泵徑受到限制，排量較小。第7頁(yè)/共49頁(yè)最常用的三種水力活塞泵抽油裝置(1) 開(kāi)式循環(huán)單管封隔器投入式水力活塞泵采油系統(tǒng)；(2) 閉式循環(huán)平行管柱投入式水力活塞泵采油系統(tǒng)；(3) 開(kāi)式循環(huán)平行管柱投入式水力活塞泵采油系統(tǒng)。平行旁通管為乏動(dòng)力液的流道。平行管通到封隔器下部，以排放封隔器下部聚集的氣體。10第8頁(yè)/共49頁(yè)11圖4-8 開(kāi)式水力

4、活塞泵采油系統(tǒng)圖4-9 閉式水力活塞泵采油系統(tǒng)第9頁(yè)/共49頁(yè)12水力活塞泵井下機(jī)組(1) 液馬達(dá)：將動(dòng)力液的壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能帶動(dòng)泵工作。(2) 泵：將液馬達(dá)傳遞給它的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓能，用來(lái)提高油層產(chǎn)出液的壓能。(3) 主控滑閥：利用液壓差動(dòng)原理控制液馬達(dá)和泵柱塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的換向控制機(jī)構(gòu)。第10頁(yè)/共49頁(yè)單作用泵工作原理示意圖13(一)單作用泵工作原理下沖程：主控制滑閥位于下死點(diǎn)，如圖4-12a所示。這時(shí)，高壓動(dòng)力液從中心油管經(jīng)過(guò)通道a 。進(jìn)入液馬達(dá)下缸，作用在活塞下面的環(huán)形面積上。同時(shí)，高壓動(dòng)力液還經(jīng)過(guò)通道b 進(jìn)入腔室c ，再由通道d進(jìn)入液馬達(dá)上缸，作用在液馬達(dá)活塞上面的全面積上。第

5、11頁(yè)/共49頁(yè)單作用泵工作原理示意圖14(一)單作用泵工作原理因此，液馬達(dá)活塞上、下兩面都作用有動(dòng)力液的高壓，但由于它上面的面積大于下面的面積，所以上面的總壓力大于下面的總壓力，就是在這個(gè)壓力差作用下，液馬達(dá)進(jìn)行下沖程。第12頁(yè)/共49頁(yè)由于液馬達(dá)活塞和泵活塞用一個(gè)活塞桿相連，前者的下沖程必然引起泵活塞的下沖程。此泵是和一般抽油泵結(jié)構(gòu)相同的單作用泵，因此，下沖程時(shí)，固定閥( 吸入閥)關(guān)閉，而游動(dòng)閥( 排出閥)打開(kāi)，抽油泵排出下沖程中被吸入泵內(nèi)的油層產(chǎn)出液。隨著液馬達(dá)活塞的下沖程繼續(xù)進(jìn)行，活塞桿繼續(xù)往下。單作用泵工作原理示意圖15第13頁(yè)/共49頁(yè)活塞桿實(shí)際上是一個(gè)輔助控制滑閥，在桿身的上部和

6、下部開(kāi)有控制槽e和f。當(dāng)活塞桿接近下死點(diǎn)時(shí)，它的上部控制槽e溝通了主控制滑閥上、下端的腔室c和g，使高壓動(dòng)力液由控制槽e進(jìn)入主控制滑閥下端腔室g。單作用泵工作原理示意圖16第14頁(yè)/共49頁(yè)由于主控制滑閥上端面的面積小于下端面的面積，在同樣的高壓動(dòng)力液作用下，下面的總壓力必然大于上面的總壓力，所以使主控制滑閥推向上死點(diǎn)。這時(shí)，就開(kāi)始進(jìn)行上沖程。單作用泵工作原理示意圖17第15頁(yè)/共49頁(yè)上沖程：主控制滑閥位于上死點(diǎn)，如圖4-12b所示。這時(shí)，高壓動(dòng)力液從中心油管經(jīng)過(guò)通道a進(jìn)入液馬達(dá)下缸。由于主控制滑閥位于上死點(diǎn)，堵塞了通道b，使高壓動(dòng)力液不能象下沖程一樣由通道d進(jìn)入液馬達(dá)上缸。單作用泵工作原理

7、示意圖18第16頁(yè)/共49頁(yè)這時(shí)，液馬達(dá)上缸經(jīng)過(guò)通道d、主控制滑閥中部的環(huán)形空間h和抽取的油層產(chǎn)出液相溝通。因此，液馬達(dá)的上缸充滿低壓油層產(chǎn)出液，而下缸仍然作用有高壓動(dòng)力液。單作用泵工作原理示意圖19第17頁(yè)/共49頁(yè)這時(shí)，在壓力差的作用下，液馬達(dá)的活塞進(jìn)行上沖程。上缸中工作過(guò)的乏廢動(dòng)力液和抽取的油層產(chǎn)出液相混合后，提升到地面。上沖程時(shí)，抽油泵的游動(dòng)閥關(guān)閉，固定閥打開(kāi)，進(jìn)行吸油過(guò)程。隨著上沖程的進(jìn)行，活塞桿繼續(xù)往上。單作用泵工作原理示意圖20第18頁(yè)/共49頁(yè)當(dāng)活塞桿接近上死點(diǎn)時(shí)，它下部的控制槽f使主控制滑閥的下腔室和抽取的原油相溝通。單作用泵工作原理示意圖21第19頁(yè)/共49頁(yè)這時(shí)，在主控制

8、滑閥上端面作用有高壓動(dòng)力液，下端面作用的是低壓的油層產(chǎn)出液。在這個(gè)壓力差作用下，主控制滑閥就往下運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn)。這樣，就使液馬達(dá)重新開(kāi)始轉(zhuǎn)入下沖程。單作用泵工作原理示意圖22第20頁(yè)/共49頁(yè)23(二)井下機(jī)組工作參數(shù)計(jì)算在水力活塞泵井的設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)油井的生產(chǎn)和地質(zhì)情況，確定基本參數(shù)計(jì)算的內(nèi)容，它包括以下幾項(xiàng)：在液馬達(dá)處和地面井口處所需的動(dòng)力液壓力；動(dòng)力液的流量；水力活塞泵的排量、功率和效率。第21頁(yè)/共49頁(yè)P(yáng)1-驅(qū)動(dòng)液馬達(dá)的壓力P2-泵排出壓力P3-泵吸入壓力P4-乏動(dòng)力液排出壓力q1-動(dòng)力液流量qsc-泵排量ps-井口動(dòng)力液壓力ppr-閉式乏動(dòng)力液井口壓力pwh-產(chǎn)出液井口壓力Ae-液馬

9、達(dá)活塞的截面積Ap-泵柱塞的截面積，Ar-活塞桿截面積。圖4-13 閉式與開(kāi)式動(dòng)力液壓力分析系統(tǒng)24第22頁(yè)/共49頁(yè)圖4-14 作用在Kobe式A泵上的壓力 25圖4-14表示了一種雙作用水力活塞泵在上、下沖程中的壓力作用簡(jiǎn)圖。根據(jù)在各截面積上的力的平衡可得到水力活塞泵井下機(jī)組的壓力平衡方程。第23頁(yè)/共49頁(yè)圖4-14 作用在Kobe式A泵上的壓力26以上沖程為例進(jìn)行分析。向下作用的力：P Ar + P4 ( Ae Ar ) + P2 ( Ap Ar ) + Fr1其中，F(xiàn)r為機(jī)組的摩擦力。向上作用的力：1 1P ( Ae Ar ) + P3 ( Ap Ar ) + P Ar第24頁(yè)/共4

10、9頁(yè)以向上作用力為正，根據(jù)力的平衡可得到機(jī)組上下的壓力平衡式：1( P P4 )( Ae Ar ) ( P2 P3 )( Ap Ar ) Fr = 0或1 Pr = 0Ap ArAe ArP P4 ( P2 P3 )（4-13）圖4-14 作用在Kobe式A泵上的壓力27第25頁(yè)/共49頁(yè)令EPAp ArAe Ar=泵與馬達(dá)柱塞的純截面積比，對(duì)于雙作用泵也等于泵與馬達(dá)排量比。則（4-13）式可寫(xiě)為：1 Pr = 0EP P4 ( P2 P3 ) P（4-14）圖4-14 作用在Kobe式A泵上的壓力28第26頁(yè)/共49頁(yè)圖4-14 作用在Kobe式A泵上的壓力29方程（4-14）是水力活塞泵油

11、井設(shè)計(jì)與分析的基本方程。利用動(dòng)力液的單相管流和產(chǎn)出液的多相管流公式就可建立井下與井口壓力和排量等的關(guān)系。1 Pr = 0EP P4 ( P2 P3 ) P（4-14）第27頁(yè)/共49頁(yè)30主要內(nèi)容 8水力活塞泵采油 （1）水力活塞泵井設(shè)備與工作原理 （2）水力活塞泵井生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) （3）水力活塞泵采油生產(chǎn)管理與故障診斷第28頁(yè)/共49頁(yè)31二、水力活塞泵井生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)(2) 決定開(kāi)式或閉式系統(tǒng)；(3) 決定油井氣體全部泵出，還是放氣；(4) 選擇合適的井下裝置；(5) 系統(tǒng)工況參數(shù)確定；(6) 決定建設(shè)泵站還是單井系統(tǒng)；井筒流體物性分布下泵深度井筒壓力分布井筒溫度分布動(dòng)力液排量泵效功率

12、與舉升效率(7) 選擇地面泵組；(8) 設(shè)計(jì)動(dòng)力液系統(tǒng)。(1) 油井產(chǎn)能分析；第29頁(yè)/共49頁(yè)32根據(jù)需要的泵排量和下圖確定泵型圖3-18 國(guó)產(chǎn)水力活塞泵舉升能力曲線1-長(zhǎng)沖程雙作用泵；2-平衡式單作用泵；3-雙液馬達(dá)雙作用泵；4-變壓力比單作用泵第30頁(yè)/共49頁(yè)33井下機(jī)組徑向尺寸的確定水力活塞泵井下機(jī)組的徑向尺寸受到油井直徑的限制，特別是對(duì)于自由安裝式水力活塞泵。油管2in2 1/2 in井下機(jī)組的外徑 47.5mm 58.5mm由干井下機(jī)組徑向尺寸很小，所以給水力活塞泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)許多特殊要求。第31頁(yè)/共49頁(yè)34沖程長(zhǎng)度和沖程次數(shù)的選擇在井下機(jī)組徑向尺寸很小的條件下，為了保證一

13、定的排量，必須盡可能增加活塞的沖程長(zhǎng)度和沖程次數(shù)。沖程長(zhǎng)度的增加主要受到機(jī)組中高精度同心部件的結(jié)構(gòu)工藝性、細(xì)長(zhǎng)活塞桿的縱向穩(wěn)定性、工作部件和泵閥的耐久性以及方便等因素的限制。第32頁(yè)/共49頁(yè)對(duì)于自由安裝式水力活塞泵，當(dāng)沖程長(zhǎng)度達(dá)1m時(shí)，它的總長(zhǎng)應(yīng)為55.5m左右。井下機(jī)組的長(zhǎng)度過(guò)大會(huì)使起下操作和運(yùn)輸復(fù)雜化。實(shí)踐證明，對(duì)于自由安裝式井下機(jī)組，沖程長(zhǎng)度等于1m或少些，基本就能滿足工藝要求。對(duì)于固定安裝式井下機(jī)組，根據(jù)使用要求的不同，可采用較大的活塞沖程長(zhǎng)度。一般情況下，沖程長(zhǎng)度可選擇在0.41m之間。35第33頁(yè)/共49頁(yè)沖程次數(shù)的增加受到井下機(jī)組的使用壽命及泵缸充滿系數(shù)的限制，泵缸的充滿系數(shù)取

14、決于油井中原油粘度和機(jī)組的沉沒(méi)度一般的沖程次數(shù)在4085次/min范圍內(nèi)變化對(duì)于科貝公司生產(chǎn)的井下機(jī)組，沖程和沖次之間關(guān)系可由下式確定：236第34頁(yè)/共49頁(yè)泵活塞、液動(dòng)機(jī)活塞以及活塞桿直徑比值的確定根據(jù)給定的機(jī)組工作參數(shù)，正確地選擇泵活塞、液動(dòng)機(jī)活塞以及活塞桿直徑比值是設(shè)計(jì)計(jì)算的重要問(wèn)題之一。泵活塞和液動(dòng)機(jī)活塞的直徑比值，一方面取決于下泵深度，即下泵深度愈大比值愈?。涣硪环矫嬗质艿降孛鎰?dòng)力泵排出壓力的限制。泵活塞直徑=d管/1.75， d管/2， d管/2.5液動(dòng)機(jī)活塞直徑=d管/2活塞桿直徑=d管/437第35頁(yè)/共49頁(yè)38液動(dòng)機(jī)活塞的速度調(diào)節(jié)和沖程換向一般不需要經(jīng)常改變井下機(jī)組的工況

15、或活塞組的平均速度。為了調(diào)節(jié)液動(dòng)機(jī)活塞的平均速度，只要改變進(jìn)入液動(dòng)機(jī)的動(dòng)力液流量即可，而動(dòng)力液流量的改變可采用容積調(diào)節(jié)和節(jié)流兩種方法。容積調(diào)節(jié)用作粗略調(diào)節(jié)，利用選擇相應(yīng)排量的地面動(dòng)力泵或進(jìn)行地面動(dòng)力泵排量的有級(jí)調(diào)節(jié)（換柱塞直徑或變沖程次數(shù)），它的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)功率損失。第36頁(yè)/共49頁(yè)39節(jié)流調(diào)節(jié)用作準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，在地面動(dòng)力泵的排出管線上裝節(jié)流閥，用以改變動(dòng)力液的流動(dòng)阻力，將多余的液量引回地面動(dòng)力泵的吸入管線，同時(shí)利用穩(wěn)壓器維持節(jié)流閥中的壓力降不變，使活塞平均速度穩(wěn)定。節(jié)流調(diào)節(jié)法的優(yōu)點(diǎn)是安裝和使用方便，缺點(diǎn)是引起功率損失和裝置總效率的降低。因此應(yīng)該設(shè)法使準(zhǔn)確調(diào)節(jié)時(shí)多余的液量最小，在這方面成組驅(qū)動(dòng)比單獨(dú)

16、驅(qū)動(dòng)優(yōu)越得多。第37頁(yè)/共49頁(yè)40液動(dòng)機(jī)活塞的沖程換向是由控制滑閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？刂苹y是井下機(jī)組最重要的部件，它的正確設(shè)計(jì)在很大程度上決定了井下機(jī)組的效率和壽命。控制滑閥應(yīng)滿足下列五點(diǎn)要求：（1）保證液動(dòng)機(jī)活塞的無(wú)沖擊換向；（2）保證換向的活塞組能到達(dá)極限位置（沖程長(zhǎng)度的計(jì)算值），最大限度地利用液動(dòng)機(jī)和泵的工作容積和盡可能地減少余隙容積；（3）使活塞組的工作循環(huán)能保證自動(dòng)作用的泵閥關(guān)閉滯后最小和沖擊最??；（4）盡量縮短換向時(shí)間和減少功率損失；（5）當(dāng)液動(dòng)機(jī)活塞和滑閥在任一位置時(shí)，保證液動(dòng)機(jī)及時(shí)啟動(dòng)。第38頁(yè)/共49頁(yè)41當(dāng)液動(dòng)機(jī)活塞換向時(shí)，它的速度調(diào)節(jié)是利用主滑閥對(duì)進(jìn)、出液動(dòng)機(jī)的動(dòng)力液進(jìn)行節(jié)流

17、來(lái)達(dá)到的。為了保證無(wú)沖擊換向，必須使主滑閥運(yùn)動(dòng)提前，即比液動(dòng)機(jī)活塞到達(dá)死點(diǎn)時(shí)有一定的提前值，把動(dòng)力液引入或放出主滑閥腔室。因此，當(dāng)液動(dòng)機(jī)活塞接近一個(gè)死點(diǎn)時(shí)，主滑閥就開(kāi)始堵塞動(dòng)力液引入（或放出）液動(dòng)機(jī)的通孔，增加液流阻力，減少液流流量，使液動(dòng)機(jī)活塞速度減慢，直到液動(dòng)機(jī)通孔完全被堵塞，液動(dòng)機(jī)活塞就完全停止。第39頁(yè)/共49頁(yè)42液動(dòng)機(jī)的加速由于主滑閥逐步打開(kāi)通孔而進(jìn)行得很平穩(wěn)。液動(dòng)機(jī)活塞制動(dòng)和加速的平穩(wěn)性給泵閥的開(kāi)關(guān)創(chuàng)造了有利條件。液動(dòng)機(jī)活塞的加速制動(dòng)段所需的時(shí)間和路程可分別進(jìn)行計(jì)算。液動(dòng)機(jī)活塞速度的變化規(guī)律取決于主滑閥腔室的通孔形狀和主滑閥的速度，后者有時(shí)作成隨位移能平滑地或有級(jí)地減小。假如活塞

18、組的質(zhì)量較大和速度較大，為了使其在換向前能平滑地制動(dòng)，在液動(dòng)機(jī)缸體的死點(diǎn)附近裝有緩沖裝置。第40頁(yè)/共49頁(yè)43主滑閥的控制是由輔助滑閥或活塞桿來(lái)實(shí)現(xiàn)的，后者和液動(dòng)機(jī)活塞剛性聯(lián)接，輔助滑閥控制主滑閥的沖程換向和動(dòng)力液進(jìn)入主滑閥腔室的提前值，它也是用節(jié)流調(diào)節(jié)主滑閥的速度，利用在輔助滑閥或活塞桿的不同區(qū)段上采用不同斷面的節(jié)流槽，就可使主滑閥獲得一定的速度變化規(guī)律。第41頁(yè)/共49頁(yè)44由于地面泵和整個(gè)液壓系統(tǒng)的強(qiáng)度條件，動(dòng)力液的壓力不能超過(guò)一定數(shù)值。在選擇活塞桿直徑比值時(shí)，必須特別注意它的強(qiáng)度，因?yàn)榛钊麠U的強(qiáng)度實(shí)際上限制了井下機(jī)組的活塞所能承受的載荷數(shù)值。第42頁(yè)/共49頁(yè)45結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)特殊問(wèn)題1. 元件的密封問(wèn)題；2. 連接件的同心度問(wèn)題；3. 油管柱強(qiáng)度問(wèn)題。第43頁(yè)/共49