人工舉升理論第17講 水力活塞泵

人工舉升理論第17講水力活塞泵吳曉東第17講水力活塞泵水力活塞泵是一種液壓傳動(dòng)的往復(fù)容積式無(wú)桿抽油設(shè)備。高壓動(dòng)力液由地面泵通過(guò)油管輸送到井下的液動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)液動(dòng)機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。液動(dòng)機(jī)活塞桿帶動(dòng)抽油泵活塞往復(fù)抽油。

水力活塞泵裝置的組成和工作流程水力活塞泵裝置的組成和工作流程示意圖水力活塞泵裝置由三部分組成：井下部分、地面部分、聯(lián)系井下與地面的中間部分。

按動(dòng)力液循環(huán)方式的類型可將水力活塞泵抽油系統(tǒng)分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。

水力活塞泵單井裝置水力活塞泵單井裝置工作原理：動(dòng)力油由三相分離器供給地面泵，升壓后驅(qū)動(dòng)井下泵運(yùn)轉(zhuǎn)。乏動(dòng)力液與油井產(chǎn)出液的混合液進(jìn)入三相分離器進(jìn)行油、氣、水分離。三相分離器內(nèi)的壓力和油氣界面始終保持穩(wěn)定，油井產(chǎn)液和氣體則由三相分離器輸往計(jì)量站。如果油井出砂，則需增設(shè)除砂裝置。動(dòng)力液經(jīng)循環(huán)泵增壓后進(jìn)入水力旋流除砂器，機(jī)械雜質(zhì)從旋流器下出口排出輸走，而較干凈的動(dòng)力液則從旋流器上出口流出供給地面泵升壓。應(yīng)用條件：適用于邊遠(yuǎn)井、分散井，需迅速投產(chǎn)的油井及產(chǎn)液量大于10t/d、產(chǎn)液含水較高的油井。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：一次投資少，移運(yùn)性好，投產(chǎn)迅速，油井產(chǎn)量計(jì)量準(zhǔn)確；缺點(diǎn)：操作管理工作量較大，可靠性差。

水力活塞泵組合式泵站水力活塞泵組合式泵站工作原理：各地面泵機(jī)組和三相分離器分別并聯(lián)使用，高壓動(dòng)力液由高壓控制管匯分配給各井，各井返出的混合液進(jìn)入三相分離器進(jìn)行分離。應(yīng)用條件：井?dāng)?shù)2～10口，其它條件同單井裝置。優(yōu)缺點(diǎn)：投產(chǎn)迅速，操作管理工作量和可靠性優(yōu)于單井裝置;缺點(diǎn)：動(dòng)力液質(zhì)量和油井產(chǎn)量計(jì)量的準(zhǔn)確性不易保證。

水力活塞泵系統(tǒng)泵站水力活塞泵系統(tǒng)泵站工作原理：由動(dòng)力液罐來(lái)的動(dòng)力液經(jīng)高壓泵站升壓，再經(jīng)各高壓控制管匯間分配給各井，各井返出的混合液，經(jīng)計(jì)量站動(dòng)力液處理站。

應(yīng)用條件：井?dāng)?shù)不受限制，油井產(chǎn)液量大于5t/d，符合質(zhì)量要求的動(dòng)力液供給有保證。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)力液質(zhì)量易保證，系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，操作管理方便；缺點(diǎn)：一次投資大，建設(shè)周期長(zhǎng)。

水力活塞泵井下機(jī)組的結(jié)構(gòu)和工作原理動(dòng)力液系統(tǒng)動(dòng)力液種類代號(hào)應(yīng)用范圍脫水原油SLY-1系統(tǒng)泵站低含水原油SLY-2系統(tǒng)泵站、單井系統(tǒng)、組合式泵站高含水原油SLY-3高含水抽油井水基動(dòng)力液SLS-1淡水基體，用于開式系統(tǒng)SLS-2淡水基體，用于閉式系統(tǒng)SLS-3地層水基體，用于開式系統(tǒng)架防腐劑、防垢劑的水（包括地層水）——只用于水力噴射泵和水力透平泵動(dòng)力液系統(tǒng)選擇動(dòng)力液時(shí)，要考慮如下因素

考慮安全和環(huán)境保護(hù)因素時(shí)，宜選用水；閉式動(dòng)力液系統(tǒng)經(jīng)常采用淡水，因?yàn)樵谠撓到y(tǒng)中，動(dòng)力液循環(huán)使用，為了潤(rùn)滑和防腐，向動(dòng)力液中添加化學(xué)藥劑成本不高；開式動(dòng)力液系統(tǒng)多采用油做動(dòng)力液，因?yàn)橛盟鲃?dòng)力液時(shí)，動(dòng)力液要與采出液混合采出，這就要求連續(xù)地加注化學(xué)添加劑，因而增加了生產(chǎn)費(fèi)用；如果用油做動(dòng)力液，地面泵的維修保養(yǎng)會(huì)相應(yīng)減少，并且閥的壽命也會(huì)延長(zhǎng)，另外，由于水的體積模量低，會(huì)引起比油大得多的壓力脈沖，這些脈沖對(duì)管子接頭有害，會(huì)造成組件的疲勞破壞；井下泵很容易受動(dòng)力液粘度和潤(rùn)滑性能的影響，在井底溫度下，水實(shí)際上不具潤(rùn)滑性，因此，如不進(jìn)行適當(dāng)處理，它可能會(huì)降低泵的使用壽命，動(dòng)力液在井下泵內(nèi)各滑動(dòng)件的滲漏量隨著液體粘度變化而不同，用水比用大多數(shù)原油滲漏量都要大；與動(dòng)力油相比，采用動(dòng)力水時(shí)所需地面壓力較低；雖然水力活塞泵很適用于開采粘性原油，但有時(shí)也采用低比重油做動(dòng)力液并采用開式動(dòng)力液系統(tǒng)，使得來(lái)出液和動(dòng)力液在泵出口相混合，從而稀釋了粘度大的采出液，方便原油在地面的輸送。

井口裝置開式水力活塞泵井口裝置

水力活塞泵裝置基本參數(shù)的計(jì)算基本參數(shù)計(jì)算的內(nèi)容包括以下幾項(xiàng)：當(dāng)一定工況時(shí)，在液動(dòng)機(jī)處和地面動(dòng)力泵處所需的動(dòng)力液壓力；當(dāng)一定工況時(shí)，動(dòng)力液的流量；當(dāng)一定工況時(shí)，水力活塞泵的排量；水力活塞泵裝置的功率和效率。

差動(dòng)式水力活塞泵井下機(jī)組的活塞組上作用力簡(jiǎn)圖a一下沖程；b－上沖程水力活塞泵裝置基本參數(shù)的計(jì)算水力活塞泵裝置基本參數(shù)的計(jì)算當(dāng)下沖程時(shí)活塞組的受力平衡方程式如下

當(dāng)下沖程時(shí)，液動(dòng)機(jī)處動(dòng)力液壓力的計(jì)算公式為

當(dāng)上沖程時(shí)，活塞組的受力平衡方程式為：

當(dāng)上沖程時(shí)，液動(dòng)機(jī)處動(dòng)力液壓力的計(jì)算公式為

水力活塞泵裝置基本參數(shù)的計(jì)算地面動(dòng)力泵處給出的動(dòng)力液壓力可由下式確定

下沖程

上沖程

液動(dòng)機(jī)所需動(dòng)力液流量由下式確定水力活塞泵裝置基本參數(shù)的計(jì)算活塞泵排量可由下式求得

水力活塞泵裝置基本參數(shù)的計(jì)算井下機(jī)組的有效功率N效由下式確定

水力活塞泵裝置的總功率N總由下式表示水力活塞泵裝置基本參數(shù)的計(jì)算水力活塞泵裝置的總效率η總可由下式計(jì)算

水力活塞泵井下機(jī)組的平均效率η井機(jī)是估價(jià)井下機(jī)組的結(jié)構(gòu)和工作完善性的主要依據(jù)，它可用下式表示

水力活塞泵的工況診斷直觀分析判斷法直觀分析判斷法能夠作出比較準(zhǔn)確的定性判斷和大體上的定量分析，對(duì)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(dòng)力液壓力變化，憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工況診斷的水平上，由于各人經(jīng)驗(yàn)的相互差異，增大了分析診斷結(jié)果的誤差，導(dǎo)致盲目起換泵的工作量的增加而影響油井產(chǎn)量，因此這種方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足水力活塞泵生產(chǎn)現(xiàn)代化管理水平的需要。水力活塞泵的工況診斷對(duì)比分析法該方法是對(duì)水力活塞泵泵內(nèi)壓力分布進(jìn)行分析，總結(jié)出液馬達(dá)活塞理論運(yùn)動(dòng)規(guī)律，根據(jù)多口油井測(cè)試、檢泵對(duì)比資料，整理得出幾種在礦場(chǎng)上常見(jiàn)的典型工況模版，應(yīng)用計(jì)算機(jī)作為采集單元，通過(guò)在井口測(cè)試動(dòng)力液壓力和流量隨時(shí)間的變化曲線，對(duì)比典型工況模版，進(jìn)行泵況診斷分