水力活塞泵采油課件

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，并說明上下沖程工作原理。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14主要內容?8．水力活塞泵采油?（1）水力活塞泵井設備與工作原理?（2）水力活塞泵井生產參數優(yōu)化設計?（3）水力活塞泵采油生產管理與故障診斷4主要內容?8．水力活塞泵采油?（1）水力活塞泵井設備與工作2

5圖4-8開式水力活塞泵采油系統(tǒng)液馬達一、水力活塞泵井設備與工作原理高壓泵機組高壓控制管匯動力液處理裝置計量裝置地面管線井口

抽油泵滑閥控制機構系統(tǒng)組成油井裝置地面流程水力活塞泵井下機組 井下器具管柱結構 5液馬達一、水力活塞泵井設備與工作原理高壓泵機組高壓控制管36工作原理：動力液地面加壓；油管或專用動力液管輸送；動力液被傳至井下液馬達處；滑閥控制機構換向；動力液驅動液馬達；液馬達做往復運動；液馬達通過活塞桿帶動抽油泵做往復運動；原油被增壓舉升。6工作原理：動力液地面加壓；油管或專用動力液管輸送；動力液被4適應條件主要缺點：油層深度與排量范圍大；含蠟；稠油；井斜。(1)機組結構復雜，加工精度要求高；(2)地面流程大，投資高(規(guī)模效益)；

7適應條件主要缺點：油層深度與排量范圍大；含蠟；稠油；井斜。(58(2)按動力液循環(huán)分類(3)按動力液性質分類水力活塞泵采油系統(tǒng)類型分類：(1)按系統(tǒng)井數分類單井流程系統(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：乏動力液不與產出液混合。開式循環(huán)方式：乏動力液與產出液混合。原油動力液水力活塞泵采油系統(tǒng)水基動力液水力活塞泵采油系統(tǒng)8(2)按動力液循環(huán)分類(3)按動力液性質分類水力活塞泵69(4)按井下泵的安裝方式分類固定式安裝：整個泵隨油管下入井內，優(yōu)點是泵徑大、排量大，缺點是起泵必須起油管。插入式安裝：泵工作筒隨大直徑油管下入井內，而沉沒泵機組則用小直徑油管下入，插到泵工作筒內。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，沉沒泵機組則從油管中投入，使用液力下泵和起泵，優(yōu)點是起下泵方便，缺點是泵徑受到限制，排量較小。9(4)按井下泵的安裝方式分類固定式安裝：整個泵隨油管下入7最常用的三種水力活塞泵抽油裝置(1)開式循環(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最常用的三種水力活塞泵抽油裝置(1)開式循環(huán)單管封隔器投入811圖4-8開式水力活塞泵采油系統(tǒng)圖4-9閉式水力活塞泵采油系統(tǒng)11圖4-8開式水力活塞泵采油系統(tǒng)圖4-9閉式水力活塞泵912水力活塞泵井下機組(1)液馬達：將動力液的壓能轉換為機械能帶動泵工作。(2)泵：將液馬達傳遞給它的機械能轉換成液體的壓能，用來提高油層產出液的壓能。(3)主控滑閥：利用液壓差動原理控制液馬達和泵柱塞做往復運動的換向控制機構。12水力活塞泵井下機組(1)液馬達：將動力液的壓能轉換為機10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，如圖4-12a所示。這時，高壓動力液從中心油管經過通道a。進入液馬達下缸，作用在活塞下面的環(huán)形面積上。同時，高壓動力液還經過通道b進入腔室c，再由通道d進入液馬達上缸，作用在液馬達活塞上面的全面積上。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11單作用泵工作原理示意圖14(一)單作用泵工作原理因此，液馬達活塞上、下兩面都作用有動力液的高壓，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，就是在這個壓力差作用下，液馬達進行下沖程。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12由于液馬達活塞和泵活塞用一個活塞桿相連，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構相同的單作用泵，因此，下沖程時，固定閥(吸入閥)關閉，而游動閥(排出閥)打開，抽油泵排出下沖程中被吸入泵內的油層產出液。隨著液馬達活塞的下沖程繼續(xù)進行，活塞桿繼續(xù)往下。單作用泵工作原理示意圖15由于液馬達活塞和泵活塞用一個活塞桿相連，前者的下沖程必然引起13活塞桿實際上是一個輔助控制滑閥，在桿身的上部和下部開有控制槽e和f。當活塞桿接近下死點時，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，使高壓動力液由控制槽e進入主控制滑閥下端腔室g。單作用泵工作原理示意圖16活塞桿實際上是一個輔助控制滑閥，在桿身的上部和下部開有控制槽14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。這時，就開始進行上沖程。單作用泵工作原理示意圖17由于主控制滑閥上端面的面積小于下端面的面積，在同樣的高壓動力15上沖程：主控制滑閥位于上死點，如圖4-12b所示。這時，高壓動力液從中心油管經過通道a進入液馬達下缸。由于主控制滑閥位于上死點，堵塞了通道b，使高壓動力液不能象下沖程一樣由通道d進入液馬達上缸。單作用泵工作原理示意圖18上沖程：主控制滑閥位于上死點，如圖4-12b所示。這時，高壓16這時，液馬達上缸經過通道d、主控制滑閥中部的環(huán)形空間h和抽取的油層產出液相溝通。因此，液馬達的上缸充滿低壓油層產出液，而下缸仍然作用有高壓動力液。單作用泵工作原理示意圖19這時，液馬達上缸經過通道d、主控制滑閥中部的環(huán)形空間h和抽取17這時，在壓力差的作用下，液馬達的活塞進行上沖程。上缸中工作過的乏廢動力液和抽取的油層產出液相混合后，提升到地面。上沖程時，抽油泵的游動閥關閉，固定閥打開，進行吸油過程。隨著上沖程的進行，活塞桿繼續(xù)往上。單作用泵工作原理示意圖20這時，在壓力差的作用下，液馬達的活塞進行上沖程。上缸中工作過18當活塞桿接近上死點時，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當活塞桿接近上死點時，它下部的控制槽f使主控制滑閥的下腔室和19這時，在主控制滑閥上端面作用有高壓動力液，下端面作用的是低壓的油層產出液。在這個壓力差作用下，主控制滑閥就往下運動到下死點。這樣，就使液馬達重新開始轉入下沖程。單作用泵工作原理示意圖22這時，在主控制滑閥上端面作用有高壓動力液，下端面作用的是低壓2023(二)井下機組工作參數計算在水力活塞泵井的設計中，應根據油井的生產和地質情況，確定基本參數計算的內容，它包括以下幾項：?在液馬達處和地面井口處所需的動力液壓力；?動力液的流量；?水力活塞泵的排量、功率和效率。23(二)井下機組工作參數計算在水力活塞泵井的設計中，應根據21P1-驅動液馬達的壓力P2-泵排出壓力P3-泵吸入壓力P4-乏動力液排出壓力q1-動力液流量qsc-泵排量ps-井口動力液壓力ppr-閉式乏動力液井口壓力pwh-產出液井口壓力Ae-液馬達活塞的截面積Ap-泵柱塞的截面積，Ar-活塞桿截面積。圖4-13閉式與開式動力液壓力分析系統(tǒng)

24P1-驅動液馬達的壓力P2-泵排出壓力P3-泵吸入壓力P4-22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圖。根據在各截面積上的力的平衡可得到水力活塞泵井下機組的壓力平衡方程。圖4-14作用在Kobe式圖4-14表示了一種雙作用水力活23圖4-14作用在Kobe式A泵上的壓力

26以上沖程為例進行分析。向下作用的力：PAr+P4(Ae?Ar)+P2(Ap?Ar)+Fr1其中，Fr為機組的摩擦力。向上作用的力：11P(Ae?Ar)+P3(Ap?Ar)+PAr圖4-14作用在Kobe式A泵上的壓力以上沖程為例進行分析24以向上作用力為正，根據力的平衡可得到機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以向上作用力為正，根據力的平衡可得到機組上下的壓力平衡式：125令EPAp?ArAe?Ar=泵與馬達柱塞的純截面積比，對于雙作用泵也等于泵與馬達排量比。則（4-13）式可寫為：1?Pr=0EP?P4?(P2?P3)P（4-14） 圖4-14作用在Kobe式A泵上的壓力

28令EPAp?Ar=泵與馬達柱塞的純截面積比，對于雙作用26圖4-14作用在Kobe式A泵上的壓力

29方程（4-14）是水力活塞泵油井設計與分析的基本方程。利用動力液的單相管流和產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系。1?Pr=0EP?P4?(P2?P3)P（4-14）圖4-14作用在Kobe式A泵上的壓力方程（4-14）是水2730主要內容?8．水力活塞泵采油?（1）水力活塞泵井設備與工作原理?（2）水力活塞泵井生產參數優(yōu)化設計?（3）水力活塞泵采油生產管理與故障診斷30主要內容?8．水力活塞泵采油?（1）水力活塞泵井設備與工2831二、水力活塞泵井生產參數優(yōu)化設計(2)決定開式或閉式系統(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)工況參數確定；(6)決定建設泵站還是單井系統(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力液排量泵效功率與舉升效率(7)選擇地面泵組；(8)設計動力液系統(tǒng)。(1)油井產能分析；31二、水力活塞泵井生產參數優(yōu)化設計(2)決定開式或閉式系2932根據需要的泵排量和下圖確定泵型圖3-18國產水力活塞泵舉升能力曲線1-長沖程雙作用泵；2-平衡式單作用泵；3-雙液馬達雙作用泵；4-變壓力比單作用泵32根據需要的泵排量和下圖確定泵型圖3-18國產水力活3033井下機組徑向尺寸的確定水力活塞泵井下機組的徑向尺寸受到油井直徑的限制，特別是對于自由安裝式水力活塞泵。油管2in21/2in

井下機組的外徑

<47.5mm<58.5mm由干井下機組徑向尺寸很小，所以給水力活塞泵的結構設計帶來許多特殊要求。33井下機組徑向尺寸的確定水力活塞泵井下機組的徑向尺寸受到油3134沖程長度和沖程次數的選擇在井下機組徑向尺寸很小的條件下，為了保證一定的排量，必須盡可能增加活塞的沖程長度和沖程次數。沖程長度的增加主要受到機組中高精度同心部件的結構工藝性、細長活塞桿的縱向穩(wěn)定性、工作部件和泵閥的耐久性以及方便等因素的限制。34沖程長度和沖程次數的選擇在井下機組徑向尺寸很小的條件下，32對于自由安裝式水力活塞泵，當沖程長度達1m時，它的總長應為5～5.5m左右。井下機組的長度過大會使起下操作和運輸復雜化。實踐證明，對于自由安裝式井下機組，沖程長度等于1m或少些，基本就能滿足工藝要求。對于固定安裝式井下機組，根據使用要求的不同，可采用較大的活塞沖程長度。一般情況下，沖程長度可選擇在0.4～1m之間。

35對于自由安裝式水力活塞泵，當沖程長度達1m時，它的總長應為533沖程次數的增加受到井下機組的使用壽命及泵缸充滿系數的限制，泵缸的充滿系數取決于油井中原油粘度和機組的沉沒度一般的沖程次數在40～85次/min范圍內變化對于科貝公司生產的井下機組，沖程和沖次之間關系可由下式確定：2

36沖程次數的增加受到井下機組的使用壽命及泵缸充滿系數的限制，泵34泵活塞、液動機活塞以及活塞桿直徑比值的確定根據給定的機組工作參數，正確地選擇泵活塞、液動機活塞以及活塞桿直徑比值是設計計算的重要問題之一。泵活塞和液動機活塞的直徑比值，一方面取決于下泵深度，即下泵深度愈大比值愈??；另一方面又受到地面動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液動機活塞直徑=d管/2活塞桿直徑=d管/4

37泵活塞、液動機活塞以及活塞桿直徑比值的確定根據給定的機組工作3538液動機活塞的速度調節(jié)和沖程換向一般不需要經常改變井下機組的工況或活塞組的平均速度。為了調節(jié)液動機活塞的平均速度，只要改變進入液動機的動力液流量即可，而動力液流量的改變可采用容積調節(jié)和節(jié)流兩種方法。容積調節(jié)用作粗略調節(jié)，利用選擇相應排量的地面動力泵或進行地面動力泵排量的有級調節(jié)（換柱塞直徑或變沖程次數），它的優(yōu)點是無功率損失。38液動機活塞的速度調節(jié)和沖程換向一般不需要經常改變井下機組3639節(jié)流調節(jié)用作準確調節(jié)，在地面動力泵的排出管線上裝節(jié)流閥，用以改變動力液的流動阻力，將多余的液量引回地面動力泵的吸入管線，同時利用穩(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)流調節(jié)法的優(yōu)點是安裝和使用方便，缺點是引起功率損失和裝置總效率的降低。因此應該設法使準確調節(jié)時多余的液量最小，在這方面成組驅動比單獨驅動優(yōu)越得多。39節(jié)流調節(jié)用作準確調節(jié)，在地面動力泵的排出管線上裝節(jié)流閥，3740液動機活塞的沖程換向是由控制滑閥來實現的?？刂苹y是井下機組最重要的部件，它的正確設計在很大程度上決定了井下機組的效率和壽命?？刂苹y應滿足下列五點要求：（1）保證液動機活塞的無沖擊換向；（2）保證換向的活塞組能到達極限位置（沖程長度的計算值），最大限度地利用液動機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)能保證自動作用的泵閥關閉滯后最小和沖擊最??；（4）盡量縮短換向時間和減少功率損失；（5）當液動機活塞和滑閥在任一位置時，保證液動機及時啟動。40液動機活塞的沖程換向是由控制滑閥來實現的。在很大程度上決3841當液動機活塞換向時，它的速度調節(jié)是利用主滑閥對進、出液動機的動力液進行節(jié)流來達到的。為了保證無沖擊換向，必須使主滑閥運動提前，即比液動機活塞到達死點時有一定的提前值，把動力液引入或放出主滑閥腔室。因此，當液動機活塞接近一個死點時，主滑閥就開始堵塞動力液引入（或放出）液動機的通孔，增加液流阻力，減少液流流量，使液動機活塞速度減慢，直到液動機通孔完全被堵塞，液動機活塞就完全停止。41當液動機活塞換向時，它的速度調節(jié)是利用主滑閥對進、出液動3942液動機的加速由于主滑閥逐步打開通孔而進行得很平穩(wěn)。液動機活塞制動和加速的平穩(wěn)性給泵閥的開關創(chuàng)造了有利條件。液動機活塞的加速制動段所需的時間和路程可分別進行計算。液動機活塞速度的變化規(guī)律取決于主滑閥腔室的通孔形狀和主滑閥的速度，后者有時作成隨位移能平滑地或有級地減小。假如活塞組的質量較大和速度較大，為了使其在換向前能平滑地制動，在液動機缸體的死點附近裝有緩沖裝置。42液動機的加速由于主滑閥逐步打開通孔而進行得很平穩(wěn)。液動機4043主滑閥的控制是由輔助滑閥或活塞桿來實現的，后者和液動機活塞剛性聯接，輔助滑閥控制主滑閥的沖程換向和動力液進入主滑閥腔室的提前值，它也是用節(jié)流調節(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。43主滑閥的控制是由輔助滑閥或活塞桿來實現的，后者和液動機活4144由于地面泵和整個液壓系統(tǒng)的強度條件，動力液的壓力不能超過一定數值。在選擇活塞桿直徑比值時，必須特別注意它的強度，因為活塞桿的強度實際上限制了井下機組的活塞所能承受的載荷數值。44由于地面泵和整個液壓系統(tǒng)的強度條件，動力液的壓力不能超過4245結構設計中的幾個特殊問題1.元件的密封問題；2.連接件的同心度問題；3.油管柱強度問題。45結構設計中的幾個特殊問題1.元件的密封問題；2.連接4346主要內容?8．水力活塞泵采油?（1）水力活塞泵井設備與工作原理?（2）水力活塞泵井生產參數優(yōu)化設計?（3）水力活塞泵采油生產管理與故障診斷46主要內容?8．水力活塞泵采油?（1）水力活塞泵井設備與工4447目前，有以下對水力活塞泵進行工況診斷的方法：一、直觀分析判斷法直觀分析判斷法能夠作出比較準確的定性判斷和大體的定量分析，對水力活塞泵采油井的管理十分必要。但該方法一直停留在人工觀察井口動力液壓力變化，憑經驗進行工況診斷的水平，由于各人經驗的相互差異，增大了分析診斷結果的誤差，導致盲目起換泵的工作量的增加而影響油井產量，因此這種方法遠遠不能滿足水力活塞泵生產現代化管理水平的需要。47目前，有以下對水力活塞泵進行工況診斷的方法：一、直觀分析4548二、壓力系統(tǒng)分析法水力活塞泵采油井的工況可以采用壓力系統(tǒng)分析（即節(jié)點分析）法來進行診斷。為了得出比較精確的定量分析數據，需要編制程序進行什算，其核心是計算泵吸入壓力P4。對于開式系統(tǒng)48二、壓力系統(tǒng)分析法水力活塞泵采油井的工況可以采用壓力系統(tǒng)4649對于閉式系統(tǒng)計算出P4后，可計算出油層中部壓力和生產壓差，同時能夠分析判斷泵效、泵深和工作參數是否合理以及油井的生產潛力。49對于閉式系統(tǒng)計算出P4后，可計算出油層中部壓力和生產壓差4750三、對比分析法該方法是對水力活塞泵泵內壓力分布進行分析，總結出液馬達活塞理論運動規(guī)律，根據多口油井測試、檢泵對比資料，整理得出幾種在礦場上常見的典型工況模版。應用計算機采集井口動力液壓力和流量隨時間的變化曲線，對比典型工況模版，進行泵況診斷分析。50三、對比分析法該方法是對水力活塞泵泵內壓力分布進行分析，483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，并說明上下沖程工作原理。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494主要內容?8．水力活塞泵采油?（1）水力活塞泵井設備與工作原理?（2）水力活塞泵井生產參數優(yōu)化設計?（3）水力活塞泵采油生產管理與故障診斷4主要內容?8．水力活塞泵采油?（1）水力活塞泵井設備與工作50

5圖4-8開式水力活塞泵采油系統(tǒng)液馬達一、水力活塞泵井設備與工作原理高壓泵機組高壓控制管匯動力液處理裝置計量裝置地面管線井口

抽油泵滑閥控制機構系統(tǒng)組成油井裝置地面流程水力活塞泵井下機組 井下器具管柱結構 5液馬達一、水力活塞泵井設備與工作原理高壓泵機組高壓控制管516工作原理：動力液地面加壓；油管或專用動力液管輸送；動力液被傳至井下液馬達處；滑閥控制機構換向；動力液驅動液馬達；液馬達做往復運動；液馬達通過活塞桿帶動抽油泵做往復運動；原油被增壓舉升。6工作原理：動力液地面加壓；油管或專用動力液管輸送；動力液被52適應條件主要缺點：油層深度與排量范圍大；含蠟；稠油；井斜。(1)機組結構復雜，加工精度要求高；(2)地面流程大，投資高(規(guī)模效益)；

7適應條件主要缺點：油層深度與排量范圍大；含蠟；稠油；井斜。(538(2)按動力液循環(huán)分類(3)按動力液性質分類水力活塞泵采油系統(tǒng)類型分類：(1)按系統(tǒng)井數分類單井流程系統(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：乏動力液不與產出液混合。開式循環(huán)方式：乏動力液與產出液混合。原油動力液水力活塞泵采油系統(tǒng)水基動力液水力活塞泵采油系統(tǒng)8(2)按動力液循環(huán)分類(3)按動力液性質分類水力活塞泵549(4)按井下泵的安裝方式分類固定式安裝：整個泵隨油管下入井內，優(yōu)點是泵徑大、排量大，缺點是起泵必須起油管。插入式安裝：泵工作筒隨大直徑油管下入井內，而沉沒泵機組則用小直徑油管下入，插到泵工作筒內。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，沉沒泵機組則從油管中投入，使用液力下泵和起泵，優(yōu)點是起下泵方便，缺點是泵徑受到限制，排量較小。9(4)按井下泵的安裝方式分類固定式安裝：整個泵隨油管下入55最常用的三種水力活塞泵抽油裝置(1)開式循環(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最常用的三種水力活塞泵抽油裝置(1)開式循環(huán)單管封隔器投入5611圖4-8開式水力活塞泵采油系統(tǒng)圖4-9閉式水力活塞泵采油系統(tǒng)11圖4-8開式水力活塞泵采油系統(tǒng)圖4-9閉式水力活塞泵5712水力活塞泵井下機組(1)液馬達：將動力液的壓能轉換為機械能帶動泵工作。(2)泵：將液馬達傳遞給它的機械能轉換成液體的壓能，用來提高油層產出液的壓能。(3)主控滑閥：利用液壓差動原理控制液馬達和泵柱塞做往復運動的換向控制機構。12水力活塞泵井下機組(1)液馬達：將動力液的壓能轉換為機58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，如圖4-12a所示。這時，高壓動力液從中心油管經過通道a。進入液馬達下缸，作用在活塞下面的環(huán)形面積上。同時，高壓動力液還經過通道b進入腔室c，再由通道d進入液馬達上缸，作用在液馬達活塞上面的全面積上。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59單作用泵工作原理示意圖14(一)單作用泵工作原理因此，液馬達活塞上、下兩面都作用有動力液的高壓，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，就是在這個壓力差作用下，液馬達進行下沖程。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60由于液馬達活塞和泵活塞用一個活塞桿相連，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構相同的單作用泵，因此，下沖程時，固定閥(吸入閥)關閉，而游動閥(排出閥)打開，抽油泵排出下沖程中被吸入泵內的油層產出液。隨著液馬達活塞的下沖程繼續(xù)進行，活塞桿繼續(xù)往下。單作用泵工作原理示意圖15由于液馬達活塞和泵活塞用一個活塞桿相連，前者的下沖程必然引起61活塞桿實際上是一個輔助控制滑閥，在桿身的上部和下部開有控制槽e和f。當活塞桿接近下死點時，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，使高壓動力液由控制槽e進入主控制滑閥下端腔室g。單作用泵工作原理示意圖16活塞桿實際上是一個輔助控制滑閥，在桿身的上部和下部開有控制槽62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。這時，就開始進行上沖程。單作用泵工作原理示意圖17由于主控制滑閥上端面的面積小于下端面的面積，在同樣的高壓動力63上沖程：主控制滑閥位于上死點，如圖4-12b所示。這時，高壓動力液從中心油管經過通道a進入液馬達下缸。由于主控制滑閥位于上死點，堵塞了通道b，使高壓動力液不能象下沖程一樣由通道d進入液馬達上缸。單作用泵工作原理示意圖18上沖程：主控制滑閥位于上死點，如圖4-12b所示。這時，高壓64這時，液馬達上缸經過通道d、主控制滑閥中部的環(huán)形空間h和抽取的油層產出液相溝通。因此，液馬達的上缸充滿低壓油層產出液，而下缸仍然作用有高壓動力液。單作用泵工作原理示意圖19這時，液馬達上缸經過通道d、主控制滑閥中部的環(huán)形空間h和抽取65這時，在壓力差的作用下，液馬達的活塞進行上沖程。上缸中工作過的乏廢動力液和抽取的油層產出液相混合后，提升到地面。上沖程時，抽油泵的游動閥關閉，固定閥打開，進行吸油過程。隨著上沖程的進行，活塞桿繼續(xù)往上。單作用泵工作原理示意圖20這時，在壓力差的作用下，液馬達的活塞進行上沖程。上缸中工作過66當活塞桿接近上死點時，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當活塞桿接近上死點時，它下部的控制槽f使主控制滑閥的下腔室和67這時，在主控制滑閥上端面作用有高壓動力液，下端面作用的是低壓的油層產出液。在這個壓力差作用下，主控制滑閥就往下運動到下死點。這樣，就使液馬達重新開始轉入下沖程。單作用泵工作原理示意圖22這時，在主控制滑閥上端面作用有高壓動力液，下端面作用的是低壓6823(二)井下機組工作參數計算在水力活塞泵井的設計中，應根據油井的生產和地質情況，確定基本參數計算的內容，它包括以下幾項：?在液馬達處和地面井口處所需的動力液壓力；?動力液的流量；?水力活塞泵的排量、功率和效率。23(二)井下機組工作參數計算在水力活塞泵井的設計中，應根據69P1-驅動液馬達的壓力P2-泵排出壓力P3-泵吸入壓力P4-乏動力液排出壓力q1-動力液流量qsc-泵排量ps-井口動力液壓力ppr-閉式乏動力液井口壓力pwh-產出液井口壓力Ae-液馬達活塞的截面積Ap-泵柱塞的截面積，Ar-活塞桿截面積。圖4-13閉式與開式動力液壓力分析系統(tǒng)

24P1-驅動液馬達的壓力P2-泵排出壓力P3-泵吸入壓力P4-70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圖。根據在各截面積上的力的平衡可得到水力活塞泵井下機組的壓力平衡方程。圖4-14作用在Kobe式圖4-14表示了一種雙作用水力活71圖4-14作用在Kobe式A泵上的壓力

26以上沖程為例進行分析。向下作用的力：PAr+P4(Ae?Ar)+P2(Ap?Ar)+Fr1其中，Fr為機組的摩擦力。向上作用的力：11P(Ae?Ar)+P3(Ap?Ar)+PAr圖4-14作用在Kobe式A泵上的壓力以上沖程為例進行分析72以向上作用力為正，根據力的平衡可得到機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以向上作用力為正，根據力的平衡可得到機組上下的壓力平衡式：173令EPAp?ArAe?Ar=泵與馬達柱塞的純截面積比，對于雙作用泵也等于泵與馬達排量比。則（4-13）式可寫為：1?Pr=0EP?P4?(P2?P3)P（4-14） 圖4-14作用在Kobe式A泵上的壓力

28令EPAp?Ar=泵與馬達柱塞的純截面積比，對于雙作用74圖4-14作用在Kobe式A泵上的壓力

29方程（4-14）是水力活塞泵油井設計與分析的基本方程。利用動力液的單相管流和產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系。1?Pr=0EP?P4?(P2?P3)P（4-14）圖4-14作用在Kobe式A泵上的壓力方程（4-14）是水7530主要內容?8．水力活塞泵采油?（1）水力活塞泵井設備與工作原理?（2）水力活塞泵井生產參數優(yōu)化設計?（3）水力活塞泵采油生產管理與故障診斷30主要內容?8．水力活塞泵采油?（1）水力活塞泵井設備與工7631二、水力活塞泵井生產參數優(yōu)化設計(2)決定開式或閉式系統(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)工況參數確定；(6)決定建設泵站還是單井系統(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力液排量泵效功率與舉升效率(7)選擇地面泵組；(8)設計動力液系統(tǒng)。(1)油井產能分析；31二、水力活塞泵井生產參數優(yōu)化設計(2)決定開式或閉式系7732根據需要的泵排量和下圖確定泵型圖3-18國產水力活塞泵舉升能力曲線1-長沖程雙作用泵；2-平衡式單作用泵；3-雙液馬達雙作用泵；4-變壓力比單作用泵32根據需要的泵排量和下圖確定泵型圖3-18國產水力活7833井下機組徑向尺寸的確定水力活塞泵井下機組的徑向尺寸受到油井直徑的限制，特別是對于自由安裝式水力活塞泵。油管2in21/2in

井下機組的外徑

<47.5mm<58.5mm由干井下機組徑向尺寸很小，所以給水力活塞泵的結構設計帶來許多特殊要求。33井下機組徑向尺寸的確定水力活塞泵井下機組的徑向尺寸受到油7934沖程長度和沖程次數的選擇在井下機組徑向尺寸很小的條件下，為了保證一定的排量，必須盡可能增加活塞的沖程長度和沖程次數。沖程長度的增加主要受到機組中高精度同心部件的結構工藝性、細長活塞桿的縱向穩(wěn)定性、工作部件和泵閥的耐久性以及方便等因素的限制。34沖程長度和沖程次數的選擇在井下機組徑向尺寸很小的條件下，80對于自由安裝式水力活塞泵，當沖程長度達1m時，它的總長應為5～5.5m左右。井下機組的長度過大會使起下操作和運輸復雜化。實踐證明，對于自由安裝式井下機組，沖程長度等于1m或少些，基本就能滿足工藝要求。對于固定安裝式井下機組，根據使用要求的不同，可采用較大的活塞沖程長度。一般情況下，沖程長度可選擇在0.4～1m之間。

35對于自由安裝式水力活塞泵，當沖程長度達1m時，它的總長應為581沖程次數的增加受到井下機組的使用壽命及泵缸充滿系數的限制，泵缸的充滿系數取決于油井中原油粘度和機組的沉沒度一般的沖程次數在40～85次/min范圍內變化對于科貝公司生產的井下機組，沖程和沖次之間關系可由下式確定：2

36沖程次數的增加受到井下機組的使用壽命及泵缸充滿系數的限制，泵82泵活塞、液動機活塞以及活塞桿直徑比值的確定根據給定的機組工作參數，正確地選擇泵活塞、液動機活塞以及活塞桿直徑比值是設計計算的重要問題之一。泵活塞和液動機活塞的直徑比值，一方面取決于下泵深度，即下泵深度愈大比值愈??；另一方面又受到地面動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液動機活塞直徑=d管/2活塞桿直徑=d管/4

37泵活塞、液動機活塞以及活塞桿直徑比值的確定根據給定的機組工作8338液動機活塞的速度調節(jié)和沖程換向一般不需要經常改變井下機組的工況或活塞組的平均速度。為了調節(jié)液動機活塞的平均速度，只要改變進入液動機的動力液流量即可，而動力液流量的改變可采用容積調節(jié)和節(jié)流兩種方法。容積調節(jié)用作粗略調節(jié)，利用選擇相應排量的地面動力泵或進行地面動力泵排量的有級調節(jié)（換柱塞直徑或變沖程次數），它的優(yōu)點是無功率損失。38液動機活塞的速度調節(jié)和沖程換向一般不需要經常改變井下機組8439節(jié)流調節(jié)用作準確調節(jié)，在地面動力泵的排出管線上裝節(jié)流閥，用以改變動力液的流動阻力，將多余的液量引回地面動力泵的吸入管線，同時利用穩(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)流調節(jié)法的優(yōu)點是安裝和使用方便，缺點是引起功率損失和裝置總效率的降低。因此應該設法使準確調節(jié)時多余的液量最小，在這方面成組驅動比單獨驅動優(yōu)越得多。39節(jié)流調節(jié)用作準確調節(jié)，在地面動力泵的排出管線上裝節(jié)流閥，8540液動機活塞的沖程換向是由控制滑閥來實現的?？刂苹y是井下機組最重要的部件，它的正確設計在很大程度上決定了井下機組的效率和壽命?？刂苹y應滿足下列五點要求：（1）保證液動機活塞的無沖擊換向；（2）保證換向的活塞組能到達極限位置（沖程長度的計算值），最大限度地利用液動機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)能保證自動作用的泵閥關閉滯后最小和沖擊最?。唬?）盡量縮短換向時間和減少功率損失；（5