無(wú)桿泵采油-西南石油大學(xué)

無(wú)桿泵采油-西南石油大學(xué)第一頁(yè)，共188頁(yè)。

為了減少抽油桿事故和克服有桿抽油設(shè)備中抽油泵排量降低的不足，徹底改變有桿抽油設(shè)備的工作方式，無(wú)桿抽油設(shè)備得到了快速的發(fā)展。無(wú)桿抽油設(shè)備的特點(diǎn)是：取消了抽油桿，把驅(qū)動(dòng)機(jī)放到井下直接帶動(dòng)抽油泵抽油。這樣就較好地解決了采油技術(shù)發(fā)展中對(duì)抽油設(shè)備提出的兩個(gè)十分重要的要求：增加井下泵的傳動(dòng)功率以及擴(kuò)大泵在不同開(kāi)采條件下的參數(shù)(排量和壓頭)調(diào)節(jié)范圍。目前，應(yīng)用比較廣泛的無(wú)桿抽油設(shè)備有水力活塞泵、電動(dòng)潛油離心泵、螺桿泵等。第二頁(yè)，共188頁(yè)。第一節(jié)水力活塞泵水力活塞泵是一種液壓傳動(dòng)的無(wú)桿抽油設(shè)備，其井下部分主要由液馬達(dá)、抽油泵和滑閥控制機(jī)構(gòu)組成。動(dòng)力由地面加壓后，經(jīng)油管或?qū)Ｓ脛?dòng)力液管傳至井下，通過(guò)滑閥控制機(jī)構(gòu)不斷改變供給液馬達(dá)的液體流向來(lái)驅(qū)動(dòng)液馬達(dá)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)抽油泵進(jìn)行抽油。

第三頁(yè)，共188頁(yè)。

水力活塞泵抽油系統(tǒng)，是由許多不同的機(jī)械或設(shè)備聯(lián)合成的一個(gè)整體。整個(gè)系統(tǒng)由兩大部分組成，即水力活塞泵抽油裝置以及地面流程。水力活塞泵抽油裝置包括：水力活塞泵井下機(jī)組、井下管柱結(jié)構(gòu)和井口。地面流程包括：地面高壓泵機(jī)組、高壓控制管匯、動(dòng)力液處理裝置和計(jì)量裝置與地面管線。水力活塞泵對(duì)油層深度、含蠟、稠油、斜井及水平井具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，其主要缺點(diǎn)是機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度要求高，動(dòng)力液處理費(fèi)用高，計(jì)量困難。一、水力活塞泵采油系統(tǒng)及裝置

1、水力活塞泵采油系統(tǒng)第四頁(yè)，共188頁(yè)。(1)

按系統(tǒng)井?dāng)?shù)分，有單井流程系統(tǒng)、多井集中泵站系統(tǒng)、大型集中泵站系統(tǒng)。

(2)

按動(dòng)力液循環(huán)分，主要有閉式循環(huán)方式、開(kāi)式循環(huán)方式。所謂開(kāi)式循環(huán)或閉式循環(huán)是指在整個(gè)采油系統(tǒng)中乏動(dòng)力液是否有自己的獨(dú)立通道。動(dòng)力液經(jīng)地面泵加壓使井下泵工作后不與產(chǎn)出液混合，而從特設(shè)的乏動(dòng)力液獨(dú)立通道排出，再通過(guò)地面泵反復(fù)循環(huán)使用的，稱為閉式循環(huán)。反之，稱為開(kāi)式循環(huán)。開(kāi)式循環(huán)方式設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，但動(dòng)力液處理費(fèi)用較高；而閉式循環(huán)方式設(shè)備復(fù)雜，操作麻煩，但動(dòng)力液處理費(fèi)用低。水力活塞泵一般按如下條件進(jìn)行分類：第五頁(yè)，共188頁(yè)。

(3)

按動(dòng)力液性質(zhì)分，有原油動(dòng)力液、水基動(dòng)力液。所謂原油動(dòng)力液和水基動(dòng)力液是指在整個(gè)系統(tǒng)中所使用的是以原油還是以添加各種防腐劑和潤(rùn)滑劑的水為動(dòng)力液。目前，在油田推廣應(yīng)用中，應(yīng)優(yōu)先選用原油做動(dòng)力液的開(kāi)式循環(huán)多井集中泵站系統(tǒng)。在原油粘度較高或油井含水較高時(shí)，可選用水做動(dòng)力液的閉式循環(huán)多井集中泵站系統(tǒng)。第六頁(yè)，共188頁(yè)。1）開(kāi)式循環(huán)單井采油系統(tǒng)

圖4-1開(kāi)式水力活塞泵采油系統(tǒng)圖4-2閉式水力活塞泵采油系統(tǒng)

1-高壓控制管匯；2-地面泵；1-高壓控制管匯；2-地面泵；

3-發(fā)動(dòng)機(jī)；4-動(dòng)力液罐；5-井口裝置；3-發(fā)動(dòng)機(jī)；4-動(dòng)力汽罐；

6-井下泵工作筒；7-沉沒(méi)泵5-井口裝置；6-泵工作筒；7-沉沒(méi)泵第七頁(yè)，共188頁(yè)。2）閉式循環(huán)單井采油系統(tǒng)圖4-1開(kāi)式水力活塞泵采油系統(tǒng)圖4-2閉式水力活塞泵采油系統(tǒng)

1-高壓控制管匯；2-地面泵；1-高壓控制管匯；2-地面泵；

3-發(fā)動(dòng)機(jī)；4-動(dòng)力液罐；5-井口裝置；3-發(fā)動(dòng)機(jī)；4-動(dòng)力汽罐；

6-井下泵工作筒；7-沉沒(méi)泵5-井口裝置；6-泵工作筒；7-沉沒(méi)泵第八頁(yè)，共188頁(yè)。2．水力活塞泵抽油裝置水力活塞泵抽油裝置是指用于舉升原油的水力活塞泵井下機(jī)組、井下管柱結(jié)構(gòu)及井口。水力活塞泵抽油裝置的分類方法有兩種：

1)根據(jù)井底安裝方式分為固定式、插入式、投入式三種。第九頁(yè)，共188頁(yè)。

固定式安裝方式如圖4—3(a)所示，整個(gè)泵隨油管下入井內(nèi)，優(yōu)點(diǎn)是在相同尺寸的套管情況下，比其他類型泵的泵徑大、排量大，缺點(diǎn)是起泵必須起油管。圖4-3水利活塞泵裝置類型第十頁(yè)，共188頁(yè)。

插入式安裝方式如圖4—3(b)所示，一般為同心管閉式循環(huán)，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)。圖4-3水利活塞泵裝置類型第十一頁(yè)，共188頁(yè)。

投入式安裝方式又分單管封隔式和平行管柱式，分別如圖4—3(c)、4—3(d)和4—3(e)所示。泵工作筒隨油管下至井中，沉沒(méi)泵機(jī)組則從油管中投入，使用液力下泵和起泵。投入式安裝方式水力活塞泵的優(yōu)點(diǎn)是起下泵方便，不用上作業(yè)隊(duì)，節(jié)省修井作業(yè)費(fèi)用；缺點(diǎn)是泵徑受到限制，排量較小。圖4-3水利活塞泵裝置類型第十二頁(yè)，共188頁(yè)。(2)根據(jù)井下泵液馬達(dá)與抽油泵端的數(shù)目不同，又可分為雙液馬達(dá)泵和雙泵端泵。雙液馬達(dá)泵可增大揚(yáng)程，雙泵端泵可增大排量。最常用的有如下三種，即：開(kāi)式循環(huán)單管封隔器投入式水力活塞泵、閉式循環(huán)單管封隔器投入式水力活塞泵、開(kāi)式循環(huán)平行管柱投入式水力活塞泵。第十三頁(yè)，共188頁(yè)。圖4-4投入式泵的工作原理3．水力活塞泵抽油裝置的工作原理

1)

開(kāi)式循環(huán)單管封隔器投入式泵的工作原理

投入式泵也叫自由泵，即泵隨油管下入井內(nèi)，由封隔器把井筒上、下分隔，沉沒(méi)泵在油管內(nèi)液力作用下起下。圖4—4表示了最簡(jiǎn)單的投入式泵油井裝置，即開(kāi)式循環(huán)單管封隔器投入式水力活塞泵油井裝置的基本組成和工作原理。投入式泵油井裝置基本由以下部分組成：井口捕捉器、井口四通閥、中心油管、沉沒(méi)機(jī)組、泵筒、固定閥和封隔器等。封隔器把套管分為上、下兩個(gè)空間，中心油管又把封隔器上部空間分為兩個(gè)通道。下泵狀態(tài)工作狀態(tài)起泵狀態(tài)起泵結(jié)束第十四頁(yè)，共188頁(yè)。2)

閉式循環(huán)平行管柱投入式水力活塞泵的工作原理閉式循環(huán)平行管柱投入式水力活塞泵如圖4—3(e)所示，它和開(kāi)式循環(huán)單管封隔器式管柱的差別在于：在中心油管旁多了一根小直徑的旁通管，它直通泵筒上的乏動(dòng)力液排出孔，因此乏動(dòng)力液就不再和產(chǎn)出液混合而直接從此旁通管排出地面經(jīng)少許處理后又進(jìn)入地面泵反復(fù)使用，而產(chǎn)出液則從油套管環(huán)形空間返出，使原油處理量減少了一半。所以，閉式循環(huán)平行管柱投入式水力活塞泵的運(yùn)行成本最低，可以選用優(yōu)質(zhì)動(dòng)力液或水基動(dòng)力液。但是增加了地面上的乏動(dòng)力液管線和井內(nèi)管柱的側(cè)管，鋼材消耗較多，作業(yè)費(fèi)用也較高。第十五頁(yè)，共188頁(yè)。3）開(kāi)式循環(huán)平行管拄投入式泵的工作原理圖4—3(d)為開(kāi)式循環(huán)平行管柱投入式水力活塞泵，側(cè)管接通封隔器下部的油套管環(huán)形空間，通過(guò)此管把聚集在封隔器下部油套管環(huán)形空間的氣體排出。由于沒(méi)有乏動(dòng)力液的專用通道，所以乏動(dòng)力液仍必須和產(chǎn)出液混合后從油套管環(huán)形空間排出。此種泵主要用于油井含氣較高的情況。第十六頁(yè)，共188頁(yè)。4．水力活塞泵井下機(jī)組的工作原理水力活塞泵井下機(jī)組主要由液馬達(dá)、泵和主控滑閥三部分組成。

(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，常用的是往復(fù)柱塞式液馬達(dá)。

(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，常用的是往復(fù)柱塞泵。

(3)主控制滑閥：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)。第十七頁(yè)，共188頁(yè)。

通常情況下，水力活塞泵機(jī)組有單作用和雙作用兩種。前者在柱塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，只在單一行程排出被增壓的液體；而后者在上、下行程均排出被增壓的液體。通常高排量泵都采用雙作用方式。第十八頁(yè)，共188頁(yè)。圖4-5單作用泵的工作原理（a）下沖程；（b）上沖程1-液馬達(dá)活塞；2-活塞桿；3-主控制滑閥；4-水力活塞泵活塞

圖4-5是國(guó)產(chǎn)水力活塞泵井下機(jī)組的結(jié)構(gòu)示意圖。該泵為差動(dòng)式單作用水力活塞泵，它的作用原理如下：第十九頁(yè)，共188頁(yè)。二、常用水力活塞泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理1．長(zhǎng)沖程大排量雙作用泵

1)結(jié)構(gòu)組成2)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3)工作原理4)優(yōu)點(diǎn):長(zhǎng)沖程、雙作用、排量大和效率高。圖4—6長(zhǎng)沖程雙作用泵原理圖1-拉桿；2-換向滑閥；3-吸入閥；4-排出閥；5-換向閥；6-下活塞；7-固定閥；8-上活塞第二十頁(yè)，共188頁(yè)。2.長(zhǎng)沖程不平衡式單作用泵此類泵是在“基本型”基礎(chǔ)上進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)改變而成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是沉沒(méi)泵中一個(gè)活塞直徑變小，只有一組吸入排出閥，設(shè)在小直徑活塞一端，大直徑活塞一端的上端始終作用著泵排出壓力。工作原理與“基本型”相同。優(yōu)點(diǎn)有液馬達(dá)活塞直徑比泵端活塞直徑大，泵壓力比小(泵端活塞與液馬達(dá)活塞的作用面積之比)，可顯著增加泵的舉升能力，與“基本型”相比，在相同的井口工作壓力條件下，泵揚(yáng)程可提高65%--124%。適應(yīng)低液面、產(chǎn)量小的油井。第二十一頁(yè)，共188頁(yè)。3.長(zhǎng)沖程平衡式單作用泵此類泵也是在“基本型”的基礎(chǔ)上，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部改變而成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是沉沒(méi)泵的兩個(gè)活塞中，上端的一個(gè)活塞直徑比下端活塞直徑小，并設(shè)計(jì)成一定比例，使上下行程的負(fù)載和工作壓力平衡。只有一組吸入排出閥組，設(shè)在大直徑活塞一端，小直徑活塞的上端，始終作用著泵的吸入壓力。工作原理與“基本型”相同。優(yōu)點(diǎn)是，與“基本型”相比，顯著地降低了泵的壓力比和井口工作壓力。相同井口工作壓力，泵的舉升能力提高58.5%。適應(yīng)低液面、產(chǎn)量較小的油井。第二十二頁(yè)，共188頁(yè)。4．雙液馬達(dá)雙作用泵該泵是在“基本型”的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)液馬達(dá)活塞。這樣，不論是上行程還是下行程都由兩個(gè)液馬達(dá)活塞驅(qū)動(dòng)一個(gè)泵端活塞運(yùn)動(dòng)。工作原理與“基本型”相同。優(yōu)點(diǎn)為壓力比小、揚(yáng)程高。在相同井口工作壓力條件下，泵的揚(yáng)程比相應(yīng)的“基本型”提高77.2%；同理，在相同的動(dòng)液面條件下，抽相同的液量，工作壓力可降低44%。適應(yīng)深井、低液面、較大產(chǎn)量的油井。第二十三頁(yè)，共188頁(yè)。5.無(wú)閥心換向機(jī)構(gòu)水力泵與“基本型”不同之處是換向機(jī)構(gòu)完全對(duì)稱(圖4—7)，取消了閥心。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，該泵的換向機(jī)構(gòu)、拉桿、液缸均為對(duì)稱設(shè)計(jì)，裝好吸入排出閥組后，可以與連接件顛倒組裝。工作原理與“基本型”大同小異。

圖4—7無(wú)閥芯換向機(jī)構(gòu)1-閥體；2-滑閥；3-密封環(huán)；4-拉桿第二十四頁(yè)，共188頁(yè)。優(yōu)點(diǎn):(1)

大幅度提高了換向操作力的作用面積，操作力顯著增加，比“基本型”增加1.8倍；(2)

減少了摩擦運(yùn)動(dòng)副，提高了各運(yùn)動(dòng)副的浮動(dòng)性和對(duì)中性；(3)

增長(zhǎng)軸向密封面長(zhǎng)度50%，改善間隙密封性能。強(qiáng)化機(jī)構(gòu)導(dǎo)向，提高了主副閥抗偏磨、抗漏沖蝕能力；(4)

在相同的現(xiàn)場(chǎng)工作條件下，無(wú)閥心換向機(jī)構(gòu)比“基本型”的連續(xù)工作周期提高2.7倍以上，抗干擾能力顯著增強(qiáng)。另外，還可派生出不平衡式、平衡式單作用泵和雙液馬達(dá)雙作用泵。適用范圍與“基本型”相似。第二十五頁(yè)，共188頁(yè)。6.閥組式雙作用泵

1)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2)

工作原理3)優(yōu)點(diǎn)拉桿直徑設(shè)計(jì)可大一些，從而增加了強(qiáng)度，使換向機(jī)構(gòu)抗干擾能力提高。適應(yīng)范圍與“基本型”類同。

圖4—8閥組式水力泵1-工作筒；2-沉沒(méi)泵；3-上排出閥；4-上吸入閥；5-上活塞；6-上換向槽；7-上三通閥；8-先導(dǎo)閥9-下?lián)Q向閥；10-下三通閥；11-下活塞；12-下吸入閥；13-下排出閥；14-固定閥第二十六頁(yè)，共188頁(yè)。7.差動(dòng)式單作用泵1)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2)工作原理3)優(yōu)缺點(diǎn)圖4—9差動(dòng)式單作用泵1-工作筒；2-沉沒(méi)泵；3-液馬達(dá)柱塞；4-上換向槽；5-滑閥；6-下?lián)Q向槽；7-泵端閥球；8-抽油泵柱塞；9-固定閥第二十七頁(yè)，共188頁(yè)。三、水力活塞泵的設(shè)計(jì)計(jì)算

當(dāng)設(shè)計(jì)計(jì)算水力活塞泵裝置時(shí)，一般先給出下列的原始數(shù)據(jù)：（1）油井的產(chǎn)量（或必需的采液量）；（2）油井中動(dòng)液面深度；（3）井下機(jī)組的沉沒(méi)度；（4）井下機(jī)組的安裝型式和油井中管柱的尺寸；（5）原油特性：粘度、重度、含水量、含砂量、含蠟量和含氣量等。第二十八頁(yè)，共188頁(yè)。水力活塞泵的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟如下：1.

井下機(jī)組徑向尺寸的確定一般對(duì)于2英寸油管，井下機(jī)組的外徑不大于47.5mm；而對(duì)于21/2英寸油管，井下機(jī)組的外徑不大于58.5mm。由于井下機(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。2.

活塞組的沖程長(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，為了保證一定的排量，必須盡可能增加活塞組的沖程長(zhǎng)度和沖程次數(shù)。第二十九頁(yè)，共188頁(yè)。

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維護(hù)方便等因素的限制。如對(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5～5.5m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，基本上就能滿足工藝要求。對(duì)于固定安裝式井下機(jī)組，根據(jù)使用要求的不同，可采用較大的活塞組沖程長(zhǎng)度。一般情況下，沖程長(zhǎng)度可選擇在0.4～1.0m之間?；钊M沖程次數(shù)的增加受到井下機(jī)組的使用壽命以及泵缸的充滿系數(shù)的限制。第三十頁(yè)，共188頁(yè)。

泵缸的充滿系數(shù)取決于油井中原油粘度和機(jī)組的沉沒(méi)度。假如機(jī)組的沉沒(méi)度是足夠的話，可以把沖程次數(shù)比正常數(shù)值提高0.5~1倍，而使機(jī)組不被到損壞。一般的沖程次數(shù)在40~85min-1范圍內(nèi)變化。如“科貝”公司生產(chǎn)的井下機(jī)組的額定加速度值可由下式確定

（4-1）式中，

——每分鐘的沖程次數(shù)，min-1；

S——泵活塞的沖程長(zhǎng)度，cm。

當(dāng)泵活塞和液動(dòng)機(jī)活塞的面積比值等于1:1時(shí)，在泵中液流速度小于3m/s，而在泵的出口和液動(dòng)機(jī)槽道中液流速度小于6m/s。第三十一頁(yè)，共188頁(yè)。3.

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??；另一方面又受到地面動(dòng)力泵排出壓力的限制。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)組的活塞組所能承受的載荷數(shù)值。第三十二頁(yè)，共188頁(yè)。下面列舉一些推薦數(shù)值：

泵活塞直徑=、或；液動(dòng)機(jī)活塞直徑=；活塞桿直徑=。上式中的為油管（下泵用）的名義直徑。應(yīng)該說(shuō)明，上述比值的正確確定必須在對(duì)水力活塞泵井下機(jī)組基本參數(shù)進(jìn)行多次計(jì)算和對(duì)比基礎(chǔ)上進(jìn)行。第三十三頁(yè)，共188頁(yè)?！簞?dòng)機(jī)的活塞直徑——活塞泵的活塞直徑——活塞桿直徑——液動(dòng)機(jī)的活塞面積——活塞泵的活塞面積——活塞桿面積——井下機(jī)組的下泵深度——井下機(jī)組在沉沒(méi)深度——井下機(jī)組到地面罐的混合液管線的水力阻力——地面動(dòng)力泵到井下機(jī)組的動(dòng)力液管線的水力阻力——泵入口前管線中抽取原油的水力阻力4、差動(dòng)式單作用和雙作用水力活塞泵裝置基本參數(shù)的計(jì)算問(wèn)題d發(fā)F發(fā)d桿S下A-下沖程d泵F泵f桿S上B-上沖程第三十四頁(yè)，共188頁(yè)?！聸_程時(shí)機(jī)組機(jī)械摩擦力的總和——上沖程時(shí)機(jī)組機(jī)械摩擦力的總和——?jiǎng)恿σ?、原油、混合液重度——混合液管線出口回壓——下、上沖程時(shí)液動(dòng)機(jī)處的動(dòng)力液壓力——下、上沖程時(shí)地面動(dòng)力泵處的動(dòng)力液壓力——地面動(dòng)力泵處的動(dòng)力液的平均壓力d發(fā)F發(fā)d桿S下A-下沖程d泵F泵f桿S上B-上沖程圖差動(dòng)式水力活塞泵井下機(jī)組的活塞組上作用力簡(jiǎn)圖第三十五頁(yè)，共188頁(yè)。地面動(dòng)力泵處應(yīng)給出的動(dòng)力液壓力：動(dòng)力液壓力確定下沖程：上沖程：地面動(dòng)力泵處應(yīng)給出的動(dòng)力液壓力可由下式計(jì)算：d發(fā)F發(fā)d桿S下A-下沖程d泵F泵f桿S上B-上沖程第三十六頁(yè)，共188頁(yè)。2）動(dòng)力液量的確定第三十七頁(yè)，共188頁(yè)。3）活塞泵的排量計(jì)算第三十八頁(yè)，共188頁(yè)。4）水力活塞泵的功率和效率的計(jì)算功率：效率：第三十九頁(yè)，共188頁(yè)。5、水力活塞泵的速度調(diào)節(jié)和沖程換向（1）水力活塞泵的速度調(diào)節(jié)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。動(dòng)力液流量的改變可采用容積調(diào)節(jié)和節(jié)流調(diào)節(jié)兩種方法。（2）沖程換向液動(dòng)機(jī)活塞的沖程換向是由控制滑閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

控制滑閥是井下機(jī)組最重要的部件，它的正確設(shè)計(jì)計(jì)算在很大程度上決定了井下機(jī)組的效率和壽命。第四十頁(yè)，共188頁(yè)?？刂苹y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)，最大限度的利用動(dòng)力機(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小。

(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)。第四十一頁(yè)，共188頁(yè)。

工作循環(huán)圖（可用來(lái)確定井下機(jī)組的最優(yōu)計(jì)算工況和進(jìn)行主滑閥的計(jì)算）(1)在差動(dòng)式單作用水力活塞泵中，下沖程時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度比上沖程時(shí)大得多；(2)動(dòng)力液流量q的峰值相當(dāng)于動(dòng)力液同時(shí)用在移動(dòng)活塞和移動(dòng)滑閥時(shí)，當(dāng)活塞在上死點(diǎn)和下死點(diǎn)停住時(shí)，動(dòng)力液僅用在移動(dòng)滑閥上。(3)克服阻力所需的壓力p阻,當(dāng)上沖程時(shí)僅占總壓力的較小部分，而當(dāng)下沖程時(shí)幾乎占總壓力的絕大部分。在滑閥腔室中壓力，永遠(yuǎn)低于液動(dòng)機(jī)中動(dòng)力液壓力；

(4)上、下沖程時(shí)，泵的排量不一樣；

(5)因?yàn)榈孛鎰?dòng)力泵處的壓力波動(dòng)不大，排量幾乎不變，所以在一個(gè)工作循環(huán)中地面動(dòng)力泵的功率變化很小。第四十二頁(yè)，共188頁(yè)。6、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)題包括：往復(fù)運(yùn)動(dòng)件、限制可動(dòng)性件、不動(dòng)連接件硬密封：間隙密封和螺旋密封、端面硬密封軟密封：橡膠密封圈密封、填料密封動(dòng)密封和靜密封（2）連接件的同心度問(wèn)題（3）絲扣連接的放松問(wèn)題實(shí)踐證明，最可靠的防松措施是提高絲扣連接和支承端面的摩擦力，就是在絲扣連接處，用強(qiáng)力上扣，使支承端面很好地靠住，如有可能要裝鎖緊螺母。對(duì)于承受沖擊載荷的零件，還必須考慮附加的防松措施，如采用環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)、打洋沖眼、熱錫焊和熱裝絲扣等辦法。目前水力活塞泵最大下泵深度為4600m第四十三頁(yè)，共188頁(yè)。7.

同心懸掛的兩油管柱的強(qiáng)度校核水力活塞泵裝置的油管柱不但在自重和液柱重的作用下，而且還在地面動(dòng)力泵的高壓動(dòng)力液的壓力作用下。油管柱強(qiáng)度是限制水力活塞泵下泵深度的主要因素。當(dāng)下泵深度很大時(shí)，必須采用高強(qiáng)度鋼管，也可采用復(fù)合鋼管柱，即上部用較高強(qiáng)度的鋼管，下部用較低強(qiáng)度鋼管。為了正確地選擇油管和確定下泵深度，必須對(duì)油管柱進(jìn)行強(qiáng)度校核。但是，一般來(lái)說(shuō)，在下泵深度低于1000m時(shí)，不需要進(jìn)行強(qiáng)度校核。第四十四頁(yè)，共188頁(yè)。

在拉伸載荷作用下，最上端的絲扣連接處是油管柱強(qiáng)度最薄弱的地方，它的許用拉伸載荷可由下式確定：

（4-15）式中，

——絲扣連接處的拉斷載荷；

——安全系數(shù)，不應(yīng)低于1.35~1.5。第四十五頁(yè)，共188頁(yè)。

當(dāng)同心懸掛兩油管柱時(shí)，下泵深度首先受到外油管柱強(qiáng)度的限制。當(dāng)將井下機(jī)組壓出泵座時(shí)，在外油管柱最上端的絲扣連接處作用有最大拉伸載荷，它等于油管柱重、兩管柱的環(huán)形空間內(nèi)液柱重和井下機(jī)組壓出時(shí)地面動(dòng)力泵在外油管柱中造成最大壓力等三項(xiàng)的總和。當(dāng)壓出井下機(jī)組時(shí)，最大壓力值一般采用10MPa，但在特殊情況下也可達(dá)15MPa，它和固定密封裝置的摩擦力大小有關(guān)，而井下機(jī)組的工作時(shí)間、動(dòng)力液壓力大小和原油性質(zhì)是影響上述摩擦力的主要因素。內(nèi)油管柱絲扣連接處的最大拉伸載荷發(fā)生在井下機(jī)組正常工作時(shí)，它等于管柱重、液柱重和動(dòng)力液最大工作壓力所產(chǎn)生的載荷三項(xiàng)的總和，必要時(shí)也要進(jìn)行核算。第四十六頁(yè)，共188頁(yè)。四、水力活塞泵的使用范圍和發(fā)展趨勢(shì)

水力活塞泵的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是具有較高的效率，而且隨著油井動(dòng)液面的降低，它的效率減小不多；它的基本工作參數(shù)—排量和壓頭可在大范圍內(nèi)平滑地調(diào)節(jié)，而其效率并無(wú)多大變化；自由安裝式水力活塞泵可利用動(dòng)力液進(jìn)行起下操作，使起下操作機(jī)械化不僅可大大減輕繁重的體力勞動(dòng)，而且可減少停井時(shí)間，增加原油產(chǎn)量，延長(zhǎng)油管壽命和降低建井成本，如自由安裝式水力活塞泵起下只需一個(gè)工人即可，而且從2000m處用動(dòng)力液提升，一般只需30～60min，下放只需25～35min，水力活塞泵的主要工作部件易于標(biāo)準(zhǔn)化，它的采用便于實(shí)行礦場(chǎng)自動(dòng)化。第四十七頁(yè)，共188頁(yè)。1．水力活塞泵特別適用下列的開(kāi)采條件

1）深井和超深井的開(kāi)采水力活塞泵在深井和超深井中能高效率地工作，隨著抽井動(dòng)液面降低，排量和效率改變不顯著。

2）斜井和方向井的開(kāi)采水力活塞泵在斜井和方向井中開(kāi)采也很有效，甚至在井斜達(dá)70o的情況下它的工作和起下操作也無(wú)多大困難。由于水力活塞泵的地面設(shè)備很緊湊，平衡性好，適用于固定式平臺(tái)或棧橋的海上油井開(kāi)采。水力活塞泵的地面設(shè)備可解決海上油井開(kāi)采的安全防火問(wèn)題。第四十八頁(yè)，共188頁(yè)。3）小眼油井的開(kāi)采目前，已用53/4英寸（134mm）套管柱的油井代替65/8英寸（168mm）套管柱的油井，并正在發(fā)展43/4英寸（121mm）或更小套管柱的油井。這樣可以加速鉆井速度，減少投資。在這樣情況下水力活塞泵在技術(shù)上特別有效。

4）粘油井的開(kāi)采粘油井（粘度達(dá)幾百和幾千厘泊）的開(kāi)采，用有桿抽油設(shè)備有時(shí)是不可能的，用電動(dòng)潛油離心泵開(kāi)采效率低。采用水力活塞泵時(shí)，可利用熱動(dòng)力液對(duì)原油進(jìn)行加熱，粘度降低幾十倍，也可采用其它方法降低原油粘度，因此，水力活塞泵開(kāi)采粘油井是有效的。第四十九頁(yè)，共188頁(yè)。5）多蠟井的開(kāi)采實(shí)踐表明，用水力活塞泵開(kāi)采多蠟井時(shí)，發(fā)現(xiàn)油管壁上石蠟的沉積量很小，這是因?yàn)榫性鸵言谒钊镁聶C(jī)組出口處，和廢動(dòng)力液混合，降低了單位體積液體的含氣量和含蠟量，石蠟的影響因而減輕。利用熱動(dòng)力液或往動(dòng)力液中加入石蠟溶劑，可以完全消除石蠟的影響。第五十頁(yè)，共188頁(yè)。

水力活塞泵的缺點(diǎn)是需向井中下放雙層油管（指插入固定式和平行管自由式)，這樣一方面增加了設(shè)備的金屬消耗量和投資，提高了井下修理勞動(dòng)量和維修費(fèi)用；另一方面又限制了井下機(jī)組的尺寸，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。為了消除這個(gè)缺點(diǎn)，可采用套管固定式或套管自由式，即采用單油管柱帶封隔器方案。但是，上述方案使用的前提條件必須保證套管柱的平直和密封性，同時(shí)油井的油氣比要低或動(dòng)液面高允許采用大的沉沒(méi)度。如這些條件不具備時(shí)，可考慮采用雙平行油管柱即平行管自由式，可以減少設(shè)備的重量，但它的排量受到限制。第五十一頁(yè)，共188頁(yè)。

水力活塞泵在某些油區(qū)特別是開(kāi)采松散砂石的油層時(shí)，需專門準(zhǔn)備動(dòng)力液。在冬夭嚴(yán)寒季節(jié)時(shí)，水力活塞泵的地面設(shè)備和管線的操作有一定的困難。水力活塞泵的下泵深度受油管強(qiáng)度的限制。上述的缺點(diǎn)在采取相應(yīng)措施后是可以克服的。

水力活塞泵的使用壽命要比有桿泵長(zhǎng)一倍。我國(guó)從1966年開(kāi)始在礦場(chǎng)上試驗(yàn)水力活塞泵采油，目前，在一些油田上已得到較大規(guī)模的推廣使用，水力活塞泵在井下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間最一長(zhǎng)已達(dá)一年半左右。第五十二頁(yè)，共188頁(yè)。2.

水力活塞泵的發(fā)展趨勢(shì)

1）用在大排量和深井的開(kāi)采近十幾年來(lái)，單臺(tái)水力活塞泵的排量比過(guò)去增加了3倍以上，因此對(duì)大排量油井的適應(yīng)性大大增加。為了能在深井和超深井中工作，增加下泵深度，采用了雙聯(lián)液動(dòng)機(jī)或小比例泵的結(jié)構(gòu)。在一定的套管尺寸范圍內(nèi)，采用雙泵端泵或串聯(lián)的兩個(gè)雙泵端泵的方法，使水力活塞泵更加擴(kuò)大了它的排量和井深的使用范圍。第五十三頁(yè)，共188頁(yè)。圖4-13串聯(lián)雙泵端泵(左)和大排量雙泵端泵(右)示意圖第五十四頁(yè)，共188頁(yè)。2）集中動(dòng)力泵站和控制分站例如某油田原有5口井各裝一臺(tái)三缸地面動(dòng)力泵和一個(gè)動(dòng)力油罐。后來(lái)增加到18口井，把5臺(tái)地面動(dòng)力泵集中到一個(gè)動(dòng)力泵站，采用了800m3的動(dòng)力油罐。動(dòng)力液通過(guò)一個(gè)排出集管分送到5個(gè)動(dòng)力液控制分站，每一個(gè)分站可以控制4~5口井。這樣，原來(lái)5口井所用的5臺(tái)地面動(dòng)力泵可以操作18口井。集中動(dòng)力泵站的推廣，有可能采用大功率臥式多缸地面動(dòng)力泵（如184kW的臥式五缸柱塞泵）和成套動(dòng)力液控制管匯，來(lái)分配、控制和測(cè)量每口井的動(dòng)力液流量。采用組合式管匯，可以適應(yīng)不同數(shù)量的油井。第五十五頁(yè)，共188頁(yè)。3）采用閉式動(dòng)力液系統(tǒng)閉式動(dòng)力液系統(tǒng)由于動(dòng)力液能保持清潔，因此減少了動(dòng)力液處理和維護(hù)費(fèi)用，而且使水力活塞泵的液動(dòng)機(jī)部分磨損減輕，壽命延長(zhǎng)。常用的閉式系統(tǒng)包括三條管柱：大管柱裝水力活塞泵井下機(jī)組；一個(gè)管柱出原油；一個(gè)管柱返回廢動(dòng)力液。現(xiàn)在大多數(shù)油井可以每一條管柱單獨(dú)下放。由于采取了一系列新的改進(jìn)（如減小油管接頭直徑，改進(jìn)接頭設(shè)計(jì)和采用專門的內(nèi)密封裝置結(jié)構(gòu)），使閉式動(dòng)力液系統(tǒng)的采用更加方便。閉式動(dòng)力液系統(tǒng)因占地面積小，適用于海上平臺(tái)抽油。第五十六頁(yè)，共188頁(yè)。4）用于單井同時(shí)分采多油層為了加速多油層的新油田開(kāi)發(fā)，節(jié)省大量的投資和材料消耗，近年來(lái)飛速發(fā)展單井同時(shí)分采多油層的采油法。水力活塞泵在這方面的應(yīng)用也很廣泛，出現(xiàn)了不少用于單井同時(shí)分采多油層的水力活塞泵方案。第五十七頁(yè)，共188頁(yè)。第二節(jié)

水力射流泵第五十八頁(yè)，共188頁(yè)。一、水力射流泵采油系統(tǒng)水力射流泵(也稱噴射泵)是利用射流原理將注入井內(nèi)的高壓動(dòng)力液的能量傳遞給井下油層產(chǎn)出液的無(wú)桿水力采油設(shè)備。射流泵采油系統(tǒng)與水力活塞泵一樣，也是由地面(包括動(dòng)力液供給和產(chǎn)出液收集處理系統(tǒng))和井下(包括動(dòng)力液及產(chǎn)出液在井筒內(nèi)的流動(dòng)系統(tǒng)和射流泵)兩大部分組成。地面部分和井筒流動(dòng)系統(tǒng)與水力活塞泵開(kāi)式采油系統(tǒng)相同，動(dòng)力液在井下與油層產(chǎn)出液混合后返回地面。第五十九頁(yè)，共188頁(yè)。圖4-14射流泵結(jié)構(gòu)示意圖1-提升打撈系統(tǒng);2-工作筒;3-沉沒(méi)泵;4-測(cè)壓室;5-噴嘴;6-喉管;7-擴(kuò)散管;8-油氣進(jìn)排系統(tǒng);9-固定閥

射流泵主要由噴嘴、喉管及擴(kuò)散管組成。噴嘴是用來(lái)將流經(jīng)的高壓動(dòng)力液的壓能轉(zhuǎn)換為高速流動(dòng)液體的動(dòng)能，并在嘴后形成低壓區(qū)。高速流動(dòng)的低壓動(dòng)力液與被吸入低壓區(qū)的油層產(chǎn)出液在喉管子混合，流經(jīng)截面不斷擴(kuò)大的擴(kuò)散管時(shí)，因流速降低將高速流動(dòng)的液體動(dòng)能轉(zhuǎn)換成低速流動(dòng)的壓能?；旌弦旱膲毫μ岣吆蟊慌e升到地面。第六十頁(yè)，共188頁(yè)。

射流泵是通過(guò)流體壓能與動(dòng)能之間的流體能量直接轉(zhuǎn)換來(lái)傳遞能量，而不像其它類型的泵那樣，必須有機(jī)械能量與流體能量的轉(zhuǎn)換。因此，射流泵沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)緊湊，泵排量范圍大，對(duì)定向井、水平井和海上叢式井的舉升有良好的適應(yīng)性。由于可利用動(dòng)力液的熱力及化學(xué)特性，水力射流泵可用于高凝油、稠油、高含蠟油井。射流泵可以采用自由安裝，因而撿泵及泵下測(cè)量工作都比較方便。第六十一頁(yè)，共188頁(yè)。

盡管水力射流泵具有以上優(yōu)點(diǎn)，但由于高壓動(dòng)力液通過(guò)噴嘴時(shí)的水力阻力損失和高速流動(dòng)的動(dòng)力液與低速流動(dòng)的油層產(chǎn)出液產(chǎn)生的高湍流混合損失，射流泵的效率遠(yuǎn)低于容積式泵的效率，并且需要建設(shè)地面動(dòng)力液系統(tǒng)，因而，在正常條件下其使用仍受到一定的限制。第六十二頁(yè)，共188頁(yè)。二、水力射流泵的工作原理圖4-15井下射流泵工作示意圖水力射流泵的排量、揚(yáng)程取決于噴嘴面積與喉管面積的比值。第六十三頁(yè)，共188頁(yè)。三、噴射泵特點(diǎn)

1）泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外廓尺寸小，無(wú)運(yùn)動(dòng)件，免修期長(zhǎng)；

2）可制成小直徑、大排量自由安裝式泵，降低作業(yè)成本；

3）噴射泵噴嘴入口處所需工作壓力，由地面泵和油管柱液體的液柱提供；

4）油套環(huán)形空間內(nèi)液體中自由氣體所產(chǎn)生的氣舉效應(yīng)，可降低噴射泵所需的排除壓力；

5）噴射泵和一般往復(fù)抽油泵，對(duì)自由氣體含量、機(jī)械雜質(zhì)含量和粘度變化敏感性??；第六十四頁(yè)，共188頁(yè)。四、射流泵的基本計(jì)算1、泵效地層液與動(dòng)力液得失能量之比稱為射流泵的泵效。地層液得到的能量：動(dòng)力液失去的能力：則射流泵的效率公式為：

（4-16）因?yàn)榈仁剑?-16）右邊的一項(xiàng)可以寫成：第六十五頁(yè)，共188頁(yè)。2、噴嘴與喉管直徑根據(jù)油井的具體情況進(jìn)行選泵時(shí)，在選定泵的圖4-16射流泵無(wú)量綱特性曲線上確定最佳流量比、壓力比，在此基礎(chǔ)上以油井的產(chǎn)液量和動(dòng)力液流量為依據(jù)，求出最佳噴嘴直徑及噴嘴與喉管的面積比。

（4-18）式中，

An——噴嘴面積，mm2；

——?jiǎng)恿σ簤毫μ荻?，MPa/m第六十六頁(yè)，共188頁(yè)。噴嘴直徑(mm):

（4-19）由已選定的泵型確定其噴嘴與喉管的面積比R，再求出喉管面積(mm2)：

（4-20）喉管直徑(mm):

（4-21）第六十七頁(yè)，共188頁(yè)。3、最小氣蝕面積由于油井產(chǎn)出流體必須加速到相當(dāng)高的速度才能進(jìn)入喉管，因此潛在著氣蝕的問(wèn)題。噴嘴和喉管間環(huán)空過(guò)流面積越小，油井產(chǎn)出流體流過(guò)該面積的速度就越高。流體的靜壓力隨其流速平方的增加而下降，在高流速下靜壓力將下降到流體的蒸汽壓。這個(gè)降低的壓力將導(dǎo)致蒸汽穴的形成，這個(gè)過(guò)程稱為氣蝕。氣蝕的出現(xiàn)對(duì)進(jìn)入喉管的液流起節(jié)流作用。即使增加動(dòng)力液的流量和壓力，在這種泵吸入壓力下也無(wú)法提高油井產(chǎn)量。隨著泵內(nèi)壓力的增加，氣穴隨后破壞，可導(dǎo)致沖蝕，即氣蝕損害。第六十八頁(yè)，共188頁(yè)。

因此，對(duì)于一個(gè)給定的油井產(chǎn)量和泵吸入壓力來(lái)講，將存在一個(gè)最小的環(huán)空過(guò)流面積，這可以將流速保持到足以防止氣蝕現(xiàn)象的出現(xiàn)。（4-22）式中，

Acm——不發(fā)生氣蝕的噴嘴和喉管間最小環(huán)空過(guò)流面積，mm2；

——吸入井液的壓力梯度，MPa/m第六十九頁(yè)，共188頁(yè)。五、射流泵無(wú)量綱特性曲線射流泵具有如圖4-16所示無(wú)量綱特性曲線。圖4-16射流泵無(wú)量綱特性曲線（注：圖中FaD為無(wú)量綱面積比）第七十頁(yè)，共188頁(yè)。六、水力射流泵油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟水力射流泵油井生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟如下：①依據(jù)油層的流入動(dòng)態(tài)，即IPR曲線，確定設(shè)計(jì)產(chǎn)液量下的井底流壓力。②從井底向上計(jì)算井筒壓力分布，由泵的吸入口壓力確定下泵深度。③確定井簡(jiǎn)溫度系統(tǒng)的計(jì)算。④確定井筒壓力系統(tǒng)的計(jì)算。⑤在泵的特性曲線上，找出最高泵效下所對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程。第七十一頁(yè)，共188頁(yè)。⑥由混合液井口壓力，求出泵的混合液出口壓力，從推導(dǎo)出，然后沿井筒向上求出動(dòng)力液井口壓力。⑦求出泵在此工作條件下的工況參數(shù)。第七十二頁(yè)，共188頁(yè)。第三節(jié)

電動(dòng)潛水泵第七十三頁(yè)，共188頁(yè)。

電潛泵全稱電動(dòng)潛油離心泵，簡(jiǎn)稱電泵，是將電動(dòng)機(jī)和泵一起下入油井內(nèi)液面以下進(jìn)行抽油的井下舉升設(shè)備。電潛泵是井下工作的多級(jí)離心泵，同油管一起下入井內(nèi)，地面電源通過(guò)變壓器、控制屏和潛油電纜將電能輸送給井下潛油電機(jī)，使電機(jī)帶動(dòng)多級(jí)離心泵旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，把油井中的井液舉升到地面。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外電潛泵舉升技術(shù)發(fā)展很快，在油田生產(chǎn)中，特別是在高含水期，大部分原油是靠電潛泵生產(chǎn)出來(lái)的。電潛泵在非自噴高產(chǎn)井或高含水井的舉升技術(shù)中將起重要的作用。第七十四頁(yè)，共188頁(yè)。一、電潛泵采油裝置及其工作原理如圖4—17所示，電潛泵采油裝置主要由三部分組成：(1)

井下機(jī)組部分：潛油電機(jī)、保護(hù)器、分離器和多級(jí)離心泵。(2)

電力傳輸部分：潛油電纜。(3)

地面控制部分：控制屏、變壓器和接線盒。電潛泵供電流程：地面電源變壓器控制屏潛油電纜潛油電機(jī)。電潛泵抽油工作流程：分離器多級(jí)離心泵單流閥泄油閥井口出油干線。圖4-17電動(dòng)潛油泵機(jī)組示意圖1-井口；2-接線盒；3-控制屏；4-變壓器；5-油管；6-泄油閥；7-單流閥；8-多級(jí)離心泵；9-氣體分離器（泵吸入口）；10-保護(hù)器；11-潛油電機(jī)；12-扶正器；13-電纜；14-電纜卡子；15-電纜護(hù)罩；16-電纜頭第七十五頁(yè)，共188頁(yè)。1.電動(dòng)潛油泵

1)

結(jié)構(gòu)

電動(dòng)潛油泵是由多級(jí)葉輪組成，為多級(jí)串連的離心泵。其轉(zhuǎn)動(dòng)部分主要有軸、鍵、葉輪、墊片、軸套和限位卡簧等；固定部分主要有殼體、泵頭(即上部接頭)、泵座(即下部接頭)、導(dǎo)輪和扶正軸承等。相鄰兩節(jié)泵的泵殼用法蘭連接，軸用花鍵套連接。圖4—18電動(dòng)潛油泵結(jié)構(gòu)示意圖1-泵出口接頭；2-軸頭壓蓋；3-上軸承外套；4-導(dǎo)輪；5-膠圈；6-泵殼；7-放氣孔；8-交叉流道管；9-分離器殼體；10-誘導(dǎo)輪；11-分離殼；12-分離器葉輪座；13-半圓頭絲堵；4-泵下接頭；15-六角螺栓；16-泵護(hù)帽；17-上止推墊；18-中止推墊；19-葉輪；20-下止推墊；21-鍵；22-軸；23-分離器葉輪；24-軸承內(nèi)套；25-卡簧；26-花鍵套；27-花鍵套彈簧第七十六頁(yè)，共188頁(yè)。（1）受套管內(nèi)徑限制，泵外形呈細(xì)長(zhǎng)狀，直徑小，長(zhǎng)度大，葉輪、導(dǎo)輪級(jí)數(shù)多。（2）垂直懸掛運(yùn)轉(zhuǎn)，軸向卸載，徑向扶正。在葉輪吸入口面積上受壓力P1作用，葉輪出口面上受壓力P2作用，壓力差使葉輪產(chǎn)生向下的軸向推力，如圖4-19所示。圖4-19葉輪受力狀況示意圖

1-導(dǎo)輪；2-葉輪

這個(gè)壓力差可近似地用式(4-23)表示:式中，——每片葉輪承受的軸向推力，N；

——葉輪吸入口壓力，MPa；第七十七頁(yè)，共188頁(yè)。圖4—20葉輪軸向卸載示意圖1-葉輪；2-導(dǎo)輪；3-上止推墊；4-下止推墊解決軸向力的方法：（軸向卸載）A、導(dǎo)輪B、平衡孔第七十八頁(yè)，共188頁(yè)。2)離心泵工作原理與普通離心泵相同，電機(jī)帶動(dòng)泵軸上的葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪內(nèi)液體的每一質(zhì)點(diǎn)受離心力作用，從葉輪中心沿葉片間的流道甩向葉輪四周，壓力和速度同時(shí)增加，經(jīng)過(guò)導(dǎo)輪流道被引向上一級(jí)葉輪，這樣逐級(jí)流經(jīng)所有的葉輪和導(dǎo)輪，使液體壓能逐次增加，最后獲得一定的揚(yáng)程，將井液輸送到地面。第七十九頁(yè)，共188頁(yè)。3)電動(dòng)潛油泵的特性曲線與普通離心泵一樣，通常以流量所產(chǎn)生的壓頭、功率、效率和葉輪的轉(zhuǎn)速這些參數(shù)之間的相互關(guān)系即特性曲線，來(lái)表征其工作狀況。圖4—21電動(dòng)潛油泵特性曲線第八十頁(yè)，共188頁(yè)。

潛油離心泵在油井中的油、氣、水三相特性曲線可以從純水特性曲線進(jìn)行校核得到，但必須考慮油、氣、水三相的混合液粘度，其校核方法如下：假如水是連續(xù)相，原油是分散相，則水、油、氣乳化液的有效運(yùn)動(dòng)粘度可按下式來(lái)確定：（4-26）假如原油是連續(xù)相，水是分散相，則：（4-27）第八十一頁(yè)，共188頁(yè)。2．油氣分離器主要有沉降式和旋轉(zhuǎn)式兩種。

1)

沉降式油氣分離器它是依據(jù)重力原理來(lái)進(jìn)行油氣分離的。圖4—22沉降式分離器示意圖沉降式分離器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、成本較低，但缺點(diǎn)是分離器主要依據(jù)流體重力來(lái)實(shí)現(xiàn)油氣分離，分離效率低。第八十二頁(yè)，共188頁(yè)。2)旋轉(zhuǎn)式油氣分離器目前常用的有離心式和渦流式兩種，分離效果均比沉降式油氣分離器好。

離心式分離器見(jiàn)圖4—23，利用離心力分離原理，使氣體在近軸區(qū)，液體在邊緣近壁區(qū)，達(dá)到氣液分離的目的。圖4—23離心式分離器示意圖1-上接頭；2-殼體；3-村套；4-葉輪；5-誘導(dǎo)輪；6-軸；7-吸入口濾網(wǎng)；8-下接頭第八十三頁(yè)，共188頁(yè)。圖4—24渦旋式旋轉(zhuǎn)分離器示意圖1-上接頭；2-殼體；3-分離殼；4-軸；5-渦輪；6-導(dǎo)流殼；7-葉輪；8-誘導(dǎo)輪；9-防砂帽；10-下接頭

渦流式分離器利用誘導(dǎo)渦輪原理來(lái)分離井液中的氣體，見(jiàn)圖4—24。

旋轉(zhuǎn)式分離器的主要優(yōu)點(diǎn)是依據(jù)液體相對(duì)密度與天然氣相對(duì)密度的較大差異所造成離心力差異來(lái)達(dá)到油氣分離的目的，分離效率比較高。根據(jù)國(guó)外有關(guān)資料介紹和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，這種分離器可處理占油、氣、水三相總體積30%的游離氣，并且分離效率可高達(dá)90%以上。能夠有效地分離高含氣井的氣體，提高多級(jí)離心泵的效率。第八十四頁(yè)，共188頁(yè)。3．潛油電機(jī)1)結(jié)構(gòu)潛油電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、扶正軸承、止推軸承及油循環(huán)系統(tǒng)組成。見(jiàn)圖4—25。2)工作原理潛油電機(jī)是三相鼠籠式異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。圖4—25潛油電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1-扁電纜；2-止推軸承；3-電機(jī)軸；4-電纜頭；5-注油閥；6-引線；7-定子；8-轉(zhuǎn)子；9-扶正軸承；10-電機(jī)殼體；11-打油葉輪；12-濾網(wǎng)；13-注、放油閥第八十五頁(yè)，共188頁(yè)。3)潛油電機(jī)的特點(diǎn)外形呈細(xì)長(zhǎng)型；定子和轉(zhuǎn)子亦分?jǐn)?shù)節(jié)，每節(jié)定子都固定在電機(jī)殼上，轉(zhuǎn)子靠鍵和定子卡簧固定在軸上。電機(jī)為懸掛式，上部有止推軸承，承受轉(zhuǎn)子重力和其他軸向力。電機(jī)內(nèi)充滿專用潤(rùn)滑油，起潤(rùn)滑、冷卻、增強(qiáng)電機(jī)絕緣性能和平衡電機(jī)內(nèi)外壓力的作用。

第八十六頁(yè)，共188頁(yè)。4、保護(hù)器保護(hù)器是用來(lái)補(bǔ)償電機(jī)內(nèi)潤(rùn)滑油的損失，并起到平衡電機(jī)內(nèi)外壓力，防止井液進(jìn)入電機(jī)及承受泵的軸向負(fù)荷的作用。目前國(guó)內(nèi)外使用的保護(hù)器主要有連通式、沉淀式和膠囊式，也有以上幾種的組合式保護(hù)器。

第八十七頁(yè)，共188頁(yè)。1)

連通式保護(hù)器結(jié)構(gòu)圖4—26連通式保護(hù)器1-單向機(jī)械密封；2-雙向機(jī)械密封；3-放氣閥；4-連通孔；5-回油管；6-連通室；7-注油閥；8-軸承；9-過(guò)濾器；10-放氣閥；11-隔離套；12-供油管；13-放油閥第八十八頁(yè)，共188頁(yè)。

主要由機(jī)械密封、內(nèi)外腔體和軸承等零部件組成，如圖4—26所示。工作原理是給保護(hù)器內(nèi)腔注潤(rùn)滑油，外腔注隔離液。隔離液為相對(duì)密度1.8~2.2的重油，將井液與潤(rùn)滑油隔離開(kāi)來(lái)。保護(hù)器內(nèi)的機(jī)械密封，使井液不能進(jìn)入電機(jī)。電機(jī)中的潤(rùn)滑油通過(guò)保護(hù)器連通孔與井液連通，在重油作用下使電機(jī)內(nèi)壓力稍高于井筒與電機(jī)環(huán)形空間壓力，并能及時(shí)調(diào)整平衡。電機(jī)下井運(yùn)行時(shí)，溫度不斷升高，電機(jī)保護(hù)器內(nèi)的潤(rùn)滑油和隔離液受熱膨脹，一部分重油進(jìn)入井筒，即保護(hù)器的呼出過(guò)程。電機(jī)停止運(yùn)行后，溫度降低，潤(rùn)滑油和隔離液收縮，井液由連通孔進(jìn)入保護(hù)器，積存于隔離液上方，即保護(hù)器吸入過(guò)程。保護(hù)器內(nèi)的機(jī)械密封，在內(nèi)外壓力基本平衡的狀態(tài)下工作。圖4—26連通式保護(hù)器1-單向機(jī)械密封；2-雙向機(jī)械密封；3-放氣閥；4-連通孔；5-回油管；6-連通室；7-注油閥；8-軸承；9-過(guò)濾器；10-放氣閥；11-隔離套；12-供油管；13-放油閥第八十九頁(yè)，共188頁(yè)。2)

沉淀式保護(hù)器結(jié)構(gòu)主要由機(jī)械密封、沉淀室、補(bǔ)償管和止推軸承等零部件組成(圖4—27)。工作原理是沉淀式保護(hù)器全部注電機(jī)潤(rùn)滑油，油的相對(duì)密度小于1。機(jī)組下入油井運(yùn)行時(shí)，電機(jī)溫度不斷升高，電機(jī)、保護(hù)器中的潤(rùn)滑油受熱膨脹，經(jīng)補(bǔ)償管上浮進(jìn)入井筒，此即呼出過(guò)程。電機(jī)停止運(yùn)行后，溫度降低，潤(rùn)滑油收縮，井液通過(guò)補(bǔ)償管進(jìn)入沉淀室而沉入底部，此時(shí)保護(hù)器完成一個(gè)呼吸過(guò)程。電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，主要由于與其相近的保護(hù)器機(jī)械密封相對(duì)漏失而導(dǎo)致潤(rùn)滑油不斷減少，井液不斷進(jìn)入沉淀室，液面相對(duì)不斷升高，直到?jīng)]過(guò)連通管后進(jìn)入下一級(jí)沉淀室。當(dāng)所有沉淀室都充滿井液時(shí)，井液沿連通管進(jìn)入電機(jī)，此時(shí)保護(hù)器失效。在以上過(guò)程中，機(jī)械密封將護(hù)軸管與軸間縫隙封住，使井液不能由此下行。若第一級(jí)機(jī)械密封磨損失效，下一級(jí)機(jī)械密封還可以起作用；當(dāng)各級(jí)機(jī)械密封都失效時(shí)，井液則通過(guò)護(hù)軸管與軸的間隙進(jìn)入電機(jī)，此時(shí)保護(hù)器也失效。第九十頁(yè)，共188頁(yè)。(3)膠囊式保護(hù)器目前常用的有單膠囊、雙膠囊兩種。這種保護(hù)器下部為沉淀室結(jié)構(gòu)，上部為膠囊(圖4—28)。它有以下優(yōu)點(diǎn):①

用膠囊隔離井液和電機(jī)潤(rùn)滑油，只要膠囊不破損，井液就不能進(jìn)入電機(jī)。②將止推軸承裝在下部，可防止井液的進(jìn)入，保證有良好的潤(rùn)滑，延長(zhǎng)了止推軸承的使用壽命。

③依靠膠囊實(shí)現(xiàn)電機(jī)潤(rùn)滑油的熱脹冷縮呼吸作用，減少潤(rùn)滑油的漏失量。第九十一頁(yè)，共188頁(yè)。④

缺點(diǎn)是膠囊受溫度限制且容易老化，從而在呼吸過(guò)程中產(chǎn)生破裂。圖4—28膠囊式保護(hù)器1-上部接頭；2-放氣閥；3-機(jī)械密封；4-護(hù)軸管；5-軸；6-膠囊；7-殼體；8-隔離體；9-沉淀室；10-注油閥；11-止推軸承；12-下部接頭；13-呼吸孔；14-連通孔第九十二頁(yè)，共188頁(yè)。5．地面主要設(shè)備

1）變壓器電動(dòng)潛油泵所用的變壓器與普通變壓器原理相同，常用的為空氣自冷干式或自冷油浸式三相自藕變壓器。其作用是將電網(wǎng)電壓(6kV)轉(zhuǎn)變?yōu)闈撚碗姍C(jī)所需電壓及照明、清蠟和控制系統(tǒng)電壓。第九十三頁(yè)，共188頁(yè)。

目前所使用的變壓器繞組一般有三種聯(lián)接型式，即Y、△/Y和Y/△。常用國(guó)產(chǎn)電動(dòng)潛油泵變壓器已形成系列，電壓等級(jí)分別為初級(jí)6000V，次級(jí)中壓500～2500V之間，低壓為380V。由于使用機(jī)組不同，電壓等級(jí)不同，可在中壓部分調(diào)整確定。為了保證潛油電機(jī)穩(wěn)定工作，可以通過(guò)調(diào)節(jié)變壓器上的分接開(kāi)關(guān)，來(lái)獲得所需電壓。第九十四頁(yè)，共188頁(yè)。2)

控制柜用于自動(dòng)控制潛油電泵的啟動(dòng)、停機(jī)及電機(jī)和電纜系統(tǒng)的短路、電機(jī)過(guò)載或欠載的自動(dòng)保護(hù)?？刂破辽习惭b的電器儀表能自動(dòng)記錄電機(jī)的運(yùn)行電流，并能隨時(shí)檢測(cè)電流、電壓等多項(xiàng)參數(shù)?？刂乒衩姘迳弦话阌须娏饔涗泝x、保護(hù)中心、電壓表、井下壓力顯示儀、啟停按鈕及指示燈等裝置?？梢杂赊D(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)人工控制或自動(dòng)控制。在自動(dòng)控制狀態(tài)下，能實(shí)現(xiàn)供電間斷后再啟動(dòng)以及由于供液不足而欠載停機(jī)，并經(jīng)過(guò)預(yù)定的時(shí)間間隔后的再啟動(dòng)。第九十五頁(yè)，共188頁(yè)。

國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的控制柜已初步形成系列。國(guó)外主要生產(chǎn)廠家有REDA和CENTRILIFT，其系列為功率18.6～1491.4kW，電壓600～5OOOV，電流25～300A。國(guó)產(chǎn)的主要生產(chǎn)廠家有大慶電泵公司、天津控制設(shè)備廠、淄博開(kāi)關(guān)廠、紅泉儀表廠，功率100～250kW，電壓500～2500V，電流65～100A。第九十六頁(yè)，共188頁(yè)。3)

電動(dòng)潛油泵測(cè)試系統(tǒng)與電泵機(jī)組配套使用，主要用來(lái)測(cè)試機(jī)組工作環(huán)境的壓力和溫度。亦稱井下傳感器。電動(dòng)潛油泵測(cè)試系統(tǒng)主要由兩部分組成。井下部分(一次儀表)與井下電泵機(jī)組相連，地面部分(二次儀表)安裝在控制柜內(nèi)或單獨(dú)存放，信號(hào)傳送靠動(dòng)力電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)。第九十七頁(yè)，共188頁(yè)。(1)

REDA公司測(cè)試系統(tǒng)

PSI裝置可連續(xù)測(cè)定和顯示井下機(jī)組工作位置的環(huán)境溫度和壓力。最大壓力測(cè)量范圍0～35MPa，分為0～7MPa、0～17.5MPa和0～35MPa三檔，精度為1.5級(jí)，溫度量程為232.2℃，精度為±1.7℃；還可將井下傳感器與電機(jī)斷開(kāi)，測(cè)量電機(jī)的絕緣狀況。REDA公司的井下裝置安裝于電機(jī)下部，使用壽命較短。第九十八頁(yè)，共188頁(yè)。(2)

PSI主要結(jié)構(gòu)

PSI一次儀表也稱PSI井下裝置，其主要結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4—29。圖4—29PSI井下裝置1-接電機(jī)定子；2-電流互感(啟動(dòng)時(shí)供電使電子線路閉合)；3-電機(jī)定子繞組星點(diǎn)；4-分壓傳感器；5-隔板；6-閉鎖切斷開(kāi)關(guān)；7-電阻溫度計(jì)；8-印刷電路板；9-電容器；10-扼流圖第九十九頁(yè)，共188頁(yè)。PSI二次儀表也稱PSI地面裝置或地面讀數(shù)表，其面板結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4—30。圖4—30地面讀數(shù)表示意圖1-數(shù)字顯示窗；2-選擇開(kāi)關(guān)；3-通斷開(kāi)關(guān)第一百頁(yè)，共188頁(yè)。(3)

PSI工作原理由地面讀數(shù)表中的穩(wěn)流器送出一個(gè)穩(wěn)定的直流信號(hào)，經(jīng)過(guò)電流反轉(zhuǎn)繼電器、交流濾波器、高壓保險(xiǎn)、三相扼流線圈、動(dòng)力電纜、電機(jī)繞組至壓敏電阻回地。由于電流是連續(xù)的，故由傳感器的參數(shù)(壓力、溫度)與電阻的線性關(guān)系曲線產(chǎn)生的所要測(cè)試參數(shù)的電壓信號(hào)，也連續(xù)地返回地面，并在一定時(shí)間間隔(20s)內(nèi)交替顯示出井下壓力和溫度值，也可通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)連續(xù)測(cè)量溫度或壓力值。第一百零一頁(yè)，共188頁(yè)。6.電力傳送部分電力傳送部分是電纜。電纜主要是將電能可靠地從地面輸送給井下電機(jī)，必須具備以下條件：(1)

抗腐蝕性好，密封性好，保證井液不會(huì)滲入絕緣層內(nèi)；(2)

耐溫耐壓性好，在井底溫度和壓力下能長(zhǎng)期正常工作；(3)

有較高的機(jī)械強(qiáng)度，以防止在起下過(guò)程中損壞；(4)

在與電機(jī)相連的一端帶有特制的電纜插頭。第一百零二頁(yè)，共188頁(yè)。圖4—31圓形潛油電纜示意圖1-導(dǎo)體；2-絕緣填充劑；3-防護(hù)層；4-絕緣層；5-外襯層；6-愷裝鋼帶圖4—32扁形潛油電纜示意圖1-導(dǎo)體；2-絕緣層；3-防護(hù)層；4-絕緣填充；5-外襯層；6-愷裝鋼帶

從外形來(lái)看有圓電纜和扁電纜兩種，其基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4—31和圖4—32。第一百零三頁(yè)，共188頁(yè)。二、電潛泵油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)電潛泵井的工作好壞，與電潛泵井的設(shè)計(jì)與施工有密切關(guān)系。合理選井與設(shè)計(jì)，可以延長(zhǎng)電泵機(jī)組的壽命，獲得較合理的經(jīng)濟(jì)效益。電潛泵油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是以油井生產(chǎn)系統(tǒng)為對(duì)象，以油井供液能力(IPR)為依據(jù)，以整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)為基礎(chǔ)，把獲得規(guī)定產(chǎn)量(或給定設(shè)備)下的最高效率和最低能耗作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，在設(shè)計(jì)中采用了節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)分析方法。第一百零四頁(yè)，共188頁(yè)。1．電潛泵油井生產(chǎn)系統(tǒng)電潛泵油井生產(chǎn)系統(tǒng)是由油層、井筒、井下電泵機(jī)組和地面出油管線與分離器等四個(gè)子系統(tǒng)組成，每個(gè)子系統(tǒng)都有各自不同的流動(dòng)規(guī)律。要使油井高效率地穩(wěn)定生產(chǎn)，就必須在生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分利用各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)的油井生產(chǎn)規(guī)律。

1）油層流動(dòng)系統(tǒng)油層流動(dòng)系統(tǒng)的流動(dòng)規(guī)律可用油井流入動(dòng)態(tài)(IPR)來(lái)描述，通常采用的是油、氣、水三相流動(dòng)時(shí)的廣義IPR曲線。第一百零五頁(yè)，共188頁(yè)。2）井筒流動(dòng)系統(tǒng)井筒流動(dòng)系統(tǒng)包括油層流體從井底流到泵吸入口和泵以上油管中的流動(dòng)。它們都遵守氣—液多相管流流動(dòng)規(guī)律。

3）潛油離心泵系統(tǒng)生產(chǎn)廠家所提供的曲線是對(duì)純水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，然而，電泵在實(shí)際使用時(shí)，所抽汲的流體是油、氣、水三相混合物。由于混合物高速流經(jīng)電泵時(shí)，同時(shí)被葉輪充分?jǐn)嚢?，易產(chǎn)生乳化，會(huì)使油水混合物粘度急劇增高。第一百零六頁(yè)，共188頁(yè)。使用時(shí)，隨著混合液中含水量的增加(0％～70％)，電泵的特性曲線隨之變壞，當(dāng)含水為60％～70％時(shí)，H—Q和—Q特性曲線下降最厲害。但當(dāng)含水達(dá)80％以后，電泵特性反而有所改善。因此，當(dāng)電泵井含水后，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須對(duì)電泵特性采取粘度校正。當(dāng)泵吸入口壓力低于飽和壓力時(shí)，游離氣隨液體進(jìn)泵后會(huì)使泵的排量、壓頭和效率下降，泵特性變差，工作不穩(wěn)定。為了消除游離氣的有害影響，提高電泵在多氣油井中的使用效果，在泵入口處加油氣分離器，控制進(jìn)泵的氣量；同時(shí)，對(duì)少量氣體進(jìn)泵后的電泵特性也需進(jìn)行氣體影響校正。第一百零七頁(yè)，共188頁(yè)。2、電潛泵油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

1）設(shè)計(jì)的任務(wù)電潛泵油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)是在滿足由油井供液能力所確定的產(chǎn)量的前提下，確定下泵深度、選擇泵型和計(jì)算工作參數(shù)，使其效率最高和能耗最小，并滿足以下條件：

(1)

泵的實(shí)際排量應(yīng)滿足要求的油井設(shè)計(jì)產(chǎn)量，在所選泵的推薦范圍內(nèi)工作；第一百零八頁(yè)，共188頁(yè)。

(2)

下泵深度不大于油層中部深度，即＜；

(3)

泵的最大外徑小于套管內(nèi)徑，≤十(表示泵與套管的允許間隙值)；

(4)

進(jìn)泵氣液比＜8％。第一百零九頁(yè)，共188頁(yè)。圖4-33電潛泵節(jié)點(diǎn)設(shè)置圖

通常，由于地面出油管線的壓力降變化范圍不大，可將井口壓力作為常數(shù)。這樣，設(shè)計(jì)的油井生產(chǎn)系統(tǒng)范圍只從井口到油層，在油層、井底、泵的入口處分別設(shè)置四個(gè)節(jié)點(diǎn)(圖4—33)，并把泵看作功能節(jié)點(diǎn)，以泵兩端的壓差作為求解節(jié)點(diǎn)。求解時(shí)分別以井口壓力和油藏壓力為起點(diǎn)計(jì)算泵的排出壓力和入口壓力，根據(jù)產(chǎn)量選定泵型后，根據(jù)該泵的特性曲線和設(shè)計(jì)排量求出單級(jí)泵的平均揚(yáng)程、功率和效率。利用泵兩端的壓差和泵的單級(jí)揚(yáng)程可計(jì)算出泵的級(jí)數(shù)、泵排量、泵效率和功率等。第一百一十頁(yè)，共188頁(yè)。2）設(shè)計(jì)計(jì)算的主要步驟

設(shè)計(jì)計(jì)算的主要步驟如下：

（1）在已知設(shè)計(jì)產(chǎn)液量的條件下，根據(jù)油層的流入動(dòng)態(tài)(IPR曲線)確定井底流壓井計(jì)算其壓力分布和氣液比，以給定的泵入口壓力()或泵入口氣液比()確定下泵深度()。（2）以井口壓力為起點(diǎn)，向下計(jì)算井筒壓力分布，求出下泵深度處的壓力，即為泵出口壓力。（3）泵出口壓力與泵入口壓力之差即為泵的有效總揚(yáng)程()。第一百一十一頁(yè)，共188頁(yè)。

（4）氣液混合物從泵入口到出口，由于壓力不斷增加，泵內(nèi)氣液比不斷地減小，每一級(jí)導(dǎo)葉輪的工作條件也特不同。故在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將有效總揚(yáng)程分段，假設(shè)分為n段，在給定泵的特性曲線的基礎(chǔ)上，逐段校核計(jì)算排量、揚(yáng)程和功率(i＝1，2，3，...n)：

（4-28）第一百一十二頁(yè)，共188頁(yè)。（5）計(jì)算各段的級(jí)數(shù)和泵內(nèi)增溫(i＝1，2，3，…n)

級(jí)數(shù)：（4-29）增溫：（4-30）式中，

——第i段的揚(yáng)程，；

——泵內(nèi)增溫，℃。第一百一十三頁(yè)，共188頁(yè)。

（6）計(jì)算泵功率、效率、級(jí)數(shù)和液體增溫(i＝1，2，3，…n)：

（4-31）

（7）計(jì)算泵出口溫度

（4-32）第一百一十四頁(yè)，共188頁(yè)。（8）計(jì)算電泵井泵吸入口以上流體的溫度分布電泵井與自噴井及有桿抽油井井內(nèi)流體溫度分布計(jì)算的差別主要在于電泵井的井下電泵機(jī)組相當(dāng)于一個(gè)固定熱源，不斷向流經(jīng)機(jī)組的流體提供熱量，使流體增溫，從而改變井內(nèi)流溫分布。根據(jù)熱力學(xué)原理，推導(dǎo)出泵的吸入口以上油管內(nèi)流體溫度計(jì)算式如下：

（4-34）第一百一十五頁(yè)，共188頁(yè)。（9）潛油電機(jī)的選擇當(dāng)潛油離心泵的所需功率確定后，選擇電機(jī)功率時(shí)，還應(yīng)考慮分離器和保護(hù)器的機(jī)械損耗功率。在一般情況下，每級(jí)分離器的機(jī)械損耗功率為1～l.5kW，每級(jí)保護(hù)器的機(jī)械損耗功率為1.0kW，按電機(jī)所需的功率和套管尺寸即可確定出電機(jī)的額定電壓和電流。第一百一十六頁(yè)，共188頁(yè)。（10）潛油電纜的選擇

電纜型號(hào)可以根據(jù)井底溫度、電機(jī)功率、電壓和電流進(jìn)行選擇。電線的壓降損失和功率損失與電線的截面積和長(zhǎng)度有關(guān)，其電力損失對(duì)采油動(dòng)力成本有直接的影響，所以選擇電線時(shí)應(yīng)盡可能選用截面積比較大的電纜。計(jì)算電線壓降損失和功率損失的公式如下：

（4-35）第一百一十七頁(yè)，共188頁(yè)。

電纜的壓降損失也可從電纜壓降損失曲線上查到，如圖4—34所示。圖4-34電纜壓降損失曲線第一百一十八頁(yè)，共188頁(yè)。（11）變壓器的選擇自耦變壓器的容量必須能夠滿足電機(jī)最大的啟動(dòng)電壓，所以根據(jù)電機(jī)的負(fù)載來(lái)確定變壓器的容量可用下式進(jìn)行計(jì)算：（4-36）式中，

——電機(jī)電壓，V；

——電纜壓降損失，V；

——電機(jī)額定電流，A。第一百一十九頁(yè)，共188頁(yè)。第四節(jié)

螺桿泵螺桿泵是以液體產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)位移為泵送基礎(chǔ)的一種新型機(jī)械采油裝置。它具有靈活可靠、抗磨蝕及容積效率高等待點(diǎn)。隨著合成橡膠和粘結(jié)技術(shù)的發(fā)展，使螺桿泵采油也成為稠油出砂冷采、聚物驅(qū)油油田的主要人工舉升方式。第一百二十頁(yè)，共188頁(yè)。一、螺桿泵的組成按螺桿泵的驅(qū)動(dòng)方式不同，可分為地面驅(qū)動(dòng)和井下驅(qū)動(dòng)兩類。

1．地面驅(qū)動(dòng)井下單螺桿泵地面驅(qū)動(dòng)井下單螺桿泵采油系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱螺桿泵采油系統(tǒng)）由四部分組成（圖4-35）。

1）電控部分電控箱是螺桿泵井的控制部分，控制電機(jī)的啟、停。第一百二十一頁(yè)，共188頁(yè)。2）地面驅(qū)動(dòng)部分地面驅(qū)動(dòng)裝置是是把動(dòng)力傳遞給井下泵轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)抽汲原油的機(jī)械裝置。從變速形式上分，有無(wú)級(jí)調(diào)速和分級(jí)調(diào)速。機(jī)械傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置主要由以下幾部分組成。（1）減速箱（2）電機(jī)（3）密封盒（4）方卡子：圖4-35地面驅(qū)動(dòng)井下單螺桿泵系統(tǒng)示意圖1-電控箱；2-電機(jī)；3-皮帶；4-方卡子；5-減速箱；6-壓力表；7-專用井口；8-抽油桿；9-抽油桿扶正器；10-油管扶正器；11-油管；12-螺桿泵；13-套管；14-定位銷；15-油管防脫器；16-篩管；17-死堵第一百二十二頁(yè)，共188頁(yè)。3）井下泵部分井下泵部分包括定子和轉(zhuǎn)子。定子是由丁腈橡膠硫化粘接在缸體內(nèi)形成的。丁腈橡膠襯套的內(nèi)表面是雙螺旋曲面（或多螺旋曲面），定子與螺桿泵轉(zhuǎn)子配合。轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)抽汲功能。轉(zhuǎn)子由合金鋼調(diào)質(zhì)后，經(jīng)車銑、剖光、鍍鉻而成。每一截面都是圓的單螺桿。圖4-35地面驅(qū)動(dòng)井下單螺桿泵系統(tǒng)示意圖1-電控箱；2-電機(jī)；3-皮帶；4-方卡子；5-減速箱；6-壓力表；7-專用井口；8-抽油桿；9-抽油桿扶正器；10-油管扶正器；11-油管；12-螺桿泵；13-套管；14-定位銷；15-油管防脫器；16-篩管；17-絲堵第一百二十三頁(yè)，共188頁(yè)。4）配套工具部分（1）專用井口：簡(jiǎn)化了采油樹(shù)，使用、維修、保養(yǎng)方便，同時(shí)增加了井口強(qiáng)度，減小了地面驅(qū)動(dòng)裝置的振動(dòng)，起到保護(hù)光桿和換密封盒時(shí)密封井口的作用。（2）特殊光桿：強(qiáng)度大，防斷裂，光潔度高，有利于井口密封。（3）抽油桿扶正器：避免或減緩抽油桿與油管的磨損。（4）油管扶正器：減小油管柱振動(dòng)和磨損。（5）抽油桿防倒轉(zhuǎn)裝置：防止抽油桿倒扣。第一百二十四頁(yè)，共188頁(yè)。

（6）油管防脫裝置：錨定泵和油管，防止油管脫落。（7）防蠟器：延緩原油中石蠟和膠質(zhì)在油管內(nèi)壁的沉積速度。（8）防抽空裝置：地層供液不足會(huì)造成螺桿泵損壞，安裝井口流量式或壓力式抽空保護(hù)裝置可有效地避免此現(xiàn)象的發(fā)生。（9）篩管：過(guò)濾油層流體。第一百二十五頁(yè)，共188頁(yè)。2．井下驅(qū)動(dòng)螺桿泵井下驅(qū)動(dòng)螺桿泵裝置其驅(qū)動(dòng)方式為電動(dòng)，它是另一種形式的電潛泵(無(wú)桿泵)，其井下部分由電機(jī)、保護(hù)器和螺桿泵組成。地面電能通過(guò)電纜傳遞給井下電機(jī)，帶動(dòng)螺桿泵旋轉(zhuǎn)，將井液排到地面，典型的井下驅(qū)動(dòng)螺桿泵系統(tǒng)如圖4—36所示。圖4-36井下驅(qū)動(dòng)井下單螺桿泵系統(tǒng)示意圖第一百二十六頁(yè)，共188頁(yè)。二、螺桿泵工作原理1．基礎(chǔ)理論螺桿泵是擺線內(nèi)嚙合螺旋齒輪副的一種應(yīng)用。螺桿泵的轉(zhuǎn)子、定子副是利用擺線的多等效動(dòng)點(diǎn)效應(yīng)，在空間形成封閉腔室，并當(dāng)轉(zhuǎn)子和定子作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，封閉腔室能作軸向移動(dòng)，使其中的液體從一端移向另一端，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和壓力能的相互轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)舉升作用。螺桿泵又有單頭和多頭螺桿泵之分（重點(diǎn)介紹單螺桿泵）。第一百二十七頁(yè)，共188頁(yè)。圖4－37轉(zhuǎn)子圖4－38定子第一百二十八頁(yè)，共188