第五章无杆泵采油 目的要求 无杆泵采油是用电缆或高压液体将地面能量传输到井下,带动井下机组工作把原油抽至 地面。它和有杆泵采油的区别在于动力传递方式不同。要求学生们重点掌握电动潜油离心泵 采油原理与水力泵采油原理。本章在学习过程中,要求学生注意结合上章内容,注意区分有 杆泵采油和无杆泵采油的适用范围以及各自的优缺点 课时:6学时 重点授课内容提要 ·第一节电动潜油离心泵采油 电动潜油离心泵简称潜油电泵或电潜泵或电泵,20世纪20年代中后期开始在美国应用。 (一)系统组成 潜油电机是一般是两极三相鼠笼式异步感应电动机,与其它异步电动机工作原理相同。 其主要特点是,外形呈细长型;定子和转子分节:电机内充满专用润滑油,起润滑、冷却、 增强电机绝缘性能和平衡电机内外压力的作用。 保护器是利用井液与电机油的密度差异,以防止井液进入电机造成短路而烧毁电机的装 置 分离器分可为沉降式和旋转(离心)式两种。沉降式分离器是靠重力分异进行油气分离 的,其效果较差,适合于气液比低于10%的井。旋转式分离器是靠旋转时产生的离心力进 行油气分离的,分离效果较好,在吸入口气液比低于30%的范围内使用,分离效率可达90 以上 电动潜油离心泵是由多级组成的,其中每一级包括一个固定的导轮和一个可转动的叶 轮。与普通离心泵相比,在结构上有以下特点:①受套管内径限制,泵外形是细长状,直径 小,长度大,叶轮、导轮级数多;②垂直悬挂运转,轴向卸载,径向扶正 电缆包括潜油动力电缆和潜油电机引接线。动力电缆分为圆电缆和扁电缆两类,而电机 引接线只有扁电缆一种。井径较大者用圆电缆,井径较小者可用扁电缆。其主要作用是将地 面的电力传输给井下电机。 控制柜用于控制潜油电泵的启动、停机及电机和电缆系统的短路、电机过载或欠载的自 动保护。控制柜上安装的电器仪表能自动记录电机的运行电流,并能随时检测电流、电压等 多项参数 (二)井下多级离心泵的工作特征
1 第五章 无杆泵采油 目的要求 无杆泵采油是用电缆或高压液体将地面能量传输到井下，带动井下机组工作把原油抽至 地面。它和有杆泵采油的区别在于动力传递方式不同。要求学生们重点掌握电动潜油离心泵 采油原理与水力泵采油原理。本章在学习过程中，要求学生注意结合上章内容，注意区分有 杆泵采油和无杆泵采油的适用范围以及各自的优缺点。 课时：6 学时 重点授课内容提要 第一节 电动潜油离心泵采油 电动潜油离心泵简称潜油电泵或电潜泵或电泵，20 世纪 20 年代中后期开始在美国应用。 （一）系统组成 潜油电机是一般是两极三相鼠笼式异步感应电动机，与其它异步电动机工作原理相同。 其主要特点是，外形呈细长型；定子和转子分节；电机内充满专用润滑油，起润滑、冷却、 增强电机绝缘性能和平衡电机内外压力的作用。 保护器是利用井液与电机油的密度差异，以防止井液进入电机造成短路而烧毁电机的装 置。 分离器分可为沉降式和旋转（离心）式两种。沉降式分离器是靠重力分异进行油气分离 的，其效果较差，适合于气液比低于 10%的井。旋转式分离器是靠旋转时产生的离心力进 行油气分离的，分离效果较好，在吸入口气液比低于 30%的范围内使用，分离效率可达 90% 以上。 电动潜油离心泵是由多级组成的，其中每一级包括一个固定的导轮和一个可转动的叶 轮。与普通离心泵相比，在结构上有以下特点：①受套管内径限制，泵外形是细长状，直径 小，长度大，叶轮、导轮级数多；②垂直悬挂运转，轴向卸载，径向扶正。 电缆包括潜油动力电缆和潜油电机引接线。动力电缆分为圆电缆和扁电缆两类，而电机 引接线只有扁电缆一种。井径较大者用圆电缆，井径较小者可用扁电缆。其主要作用是将地 面的电力传输给井下电机。 控制柜用于控制潜油电泵的启动、停机及电机和电缆系统的短路、电机过载或欠载的自 动保护。控制柜上安装的电器仪表能自动记录电机的运行电流，并能随时检测电流、电压等 多项参数。 （二）井下多级离心泵的工作特征
井下多级离心泵的特性(表征其工作状况):排量、压头、功率、效率与转速之间的关 系 泵的排量:泵在单位时间内输送的液体体积 泵的压头(扬程):单位质量流体通过泵增加的能量,也称为有效压头或扬程,它反 映了泵的出口和入口流体的压力变化 泵的功率:电机传给叶轮的功率,称为泵的轴功率。 泵的效率(泵效):泵的有效功率与泵轴功率之比 泵的有效功率:泵内流体获得的功率 转速:泵轴在单位时间内的转数 泵的特性曲线:指排量、压头、功率、效率与转速之间的关系曲线。 扬程 泵效 功率 排量 (三)电泵油井生产系统设计 1、电泵油井生产系统 油层子系统 井筒子系统 井下电泵机组子系统 地面出油管线子系统 井下泵组子系统的工作规律可用特性曲线来确定,但必须根据含水、气量等影响泵的工 作特性的有关参数进行校正。 2、电泵油井生产系统设计方法
2 井下多级离心泵的特性（表征其工作状况）：排量、压头、功率、效率与转速之间的关 系。 泵的排量：泵在单位时间内输送的液体体积。 泵的压头（扬程）：单位质量流体通过泵增加的能量，也称为有效 压头或扬程，它反 映了泵的出口和入口流体的压力变化。 泵的功率：电机传给叶轮的功率，称为泵的轴功率。 泵的效率（泵效）：泵的有效功率与泵轴功率之比。 泵的有效功率：泵内流体获得的功率。 转速：泵轴在单位时间内的转数。 泵的特性曲线：指排量、压头、功率、效率与转速之间的关系曲线。 （三）电泵油井生产系统设计 1、电泵油井生产系统 油层子系统 井筒子系统 井下电泵机组子系统 地面出油管线子系统 井下泵组子系统的工作规律可用特性曲线来确定，但必须根据含水、气量等影响泵的工 作特性的有关参数进行校正。 2、电泵油井生产系统设计方法
(1)主要任务 确定下泵深度、选择泵效最高的泵型 泵的实际排量在最佳排量范围内 进泵气液比低于8% (2)设计步骤 开始 输入或从磁盘中词入设计参数 选择泵型和确定泵入口压力或气液比 根据油层生产情况计算IPR曲线,由设计产量确定井底流压 计算泵下压力温度分布及气液比,确定下泵深度 以井口为起点计算泵的出口压力 对泵的特性曲线进行粘度和气体的校正 确定泵总扬程 计算泵的效率、功率和级数和泵内增温 选择电缆、电机,并计算其增温 否减小产量 <电机额定功率 输出设计结果 (四)电泵采油的主要特点 1、电泵举升方式的主要优点 排量大 操作简单,管理方便 能较好地运用于斜井、水平井和海上采油 在防蜡方面有一定的作用。 2、电泵举升方式的主要缺点 下入深度受到限制; 比较昂贵,初期投资高 作业费用高和停产时间过长 电机、电缆易出现故障 日常维护要求高。 第二节水力泵采油
3 （1）主要任务 确定下泵深度、选择泵效最高的泵型 泵的实际排量在最佳排量范围内 进泵气液比低于 8% （2）设计步骤 （四）电泵采油的主要特点 1、电泵举升方式的主要优点 排量大； 操作简单，管理方便； 能较好地运用于斜井、水平井和海上采油； 在防蜡方面有一定的作用。 2、电泵举升方式的主要缺点 下入深度受到限制； 比较昂贵，初期投资高； 作业费用高和停产时间过长； 电机、电缆易出现故障； 日常维护要求高。 第二节 水力泵采油
水力泵包括水力活塞泵和水力射流泵(水力喷射泵),是一种靠液压传动的无杆抽油设 备 (一)水力活塞泵采油 水力活塞泵采油系统 开式系统 优先选用 原油做动力液 的开式系统 2、结构、分类和工作原理 结构:主要由液马达、泵和主控滑阀三部分组成。 分类:水力活塞泵机组有单作用和双作用两种 工作原理:动力液地面加压:油管或专用管输送动力液至液马达处;动力液驱动液马达 滑阀控制机构换向:液马达做往复运动;液马达通过活塞杄带动抽油泵做往复运动;原油被 增压举升。 3、水力活塞泵油井生产系统设计 决定开式或闭式系统 决定是否放气 选择合适的井下装置 系统工况参数确定 决定建设泵站还是单井系统 选择地面泵组 设计动力液系统 (二)水力射流泵采油 地面部分和水力活塞泵开式采油系统相同 射流泵结构:喷嘴、喉管、扩散管
4 水力泵包括水力活塞泵和水力射流泵（水力喷射泵），是一种靠液压传动的无杆抽油设 备。 （一）水力活塞泵采油 水力活塞泵采油系统 2、结构、分类和工作原理 结构：主要由液马达、泵和主控滑阀三部分组成。 分类：水力活塞泵机组有单作用和双作用两种 工作原理：动力液地面加压；油管或专用管输送动力液至液马达处；动力液驱动液马达； 滑阀控制机构换向；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。 3、水力活塞泵油井生产系统设计 决定开式或闭式系统 决定是否放气 选择合适的井下装置 系统工况参数确定 决定建设泵站还是单井系统 选择地面泵组 设计动力液系统 （二）水力射流泵采油 地面部分和水力活塞泵开式采油系统相同。 射流泵结构：喷嘴、喉管、扩散管
第三节螺杆泵采油 法国人勒内·莫依诺( Rene moineau)于20世纪30年代初发明了螺杆泵( Progressing Cavity Pump,PCP),但最早用螺杆泵采油的是美国。1980年后,螺杆泵作为人工举升设 备得到了更广泛的应用,然而螺杆泵采油技术还处在发展阶段 (一)螺杆泵的分类 1、地面驱动螺杆泵采油系统 即机动螺杆泵采油系统,主要由地面驱动装置、抽油杆柱、螺杆泵等部分组成。 2、井下驱动螺杆泵采油系统(无杆泵) 中动力液 螺杆泵 液马达 螺杆泵 保护暮 (二)螺杆泵的结构和工作原理 螺杆泵的结构 由定子和转子组成。转子是通过精加工、表面镀铬的高强度螺杆;定子就是泵筒,是由 一种坚固、耐油、抗腐蚀的合成橡胶精磨成型,然后被永久地粘接在钢壳体内而成。除单螺 杆泵外,螺杆泵还有多螺杆(双螺杆、三螺杆等泵) 2、螺杆泵的工作原理 靠空腔排油,即转子与定子间形成的一个个互不连通的封闭腔室,当转子转动时,封闭 空腔沿轴线方向由吸入端向排出端方向运移。封闭腔在排出端消失,空腔内的原油也就随之 由吸入端均匀地挤到排出端。同时,又在吸入端重新形成新的低压空腔将原油吸入 (三)螺杆泵采油的特点
5 第三节 螺杆泵采油 法国人勒内·莫依诺（René Moineau）于 20 世纪 30 年代初发明了螺杆泵（Progressing Cavity Pump，PCP），但最早用螺杆泵采油的是美国。1980 年后，螺杆泵作为人工举升设 备得到了更广泛的应用，然而螺杆泵采油技术还处在发展阶段。 （一） 螺杆泵的分类 1、地面驱动螺杆泵采油系统 即机动螺杆泵采油系统，主要由地面驱动装置、抽油杆柱、螺杆泵等部分组成。 2、井下驱动螺杆泵采油系统（无杆泵） （二）螺杆泵的结构和工作原理 1、螺杆泵的结构 由定子和转子组成。转子是通过精加工、表面镀铬的高强度螺杆；定子就是泵筒，是由 一种坚固、耐油、抗腐蚀的合成橡胶精磨成型，然后被永久地粘接在钢壳体内而成。除单螺 杆泵外，螺杆泵还有多螺杆（双螺杆、三螺杆等泵）。 2、螺杆泵的工作原理 靠空腔排油，即转子与定子间形成的一个个互不连通的封闭腔室，当转子转动时，封闭 空腔沿轴线方向由吸入端向排出端方向运移。封闭腔在排出端消失，空腔内的原油也就随之 由吸入端均匀地挤到排出端。同时，又在吸入端重新形成新的低压空腔将原油吸入。 （三）螺杆泵采油的特点
1、优点 (1)地面装置简单,安装方便,价格低,投资少 (2)泵效高、节能; (3)适应高含气井 (4)适应粘度范围厂 (5)允许井口有较高回压 (6)适应高含砂井 (7)螺杆泵可下在斜直井段,适应于丛式井组和水平井。 2、缺点 (1)定子为橡胶材料,寿命低,容易损坏 (2)与有杆泵相比,总压头较小。 重点 本节课程的重点应放在: 1.泵的特征曲线的研究,要求学生能找出最佳排量范围。 2.电泵油井生产系统的设计 3.水力活塞泵采油系统分析、结构、分类和工作原理的掌握 4.注意掌握螺杆泵采油的优缺点。 难点 本节课的难点是水力活塞泵采油系统的分析。 教学方法 本节课以多媒体叙述为主配合图件,择重讲授。 本节小结 1、井下多级离心泵的工作特征及其泵的特征曲线分析 2、水力活塞泵采油系统分析 3、水力泵采油的工作原理 4、螺杆泵的优缺点 思考题 (一)基本概念 泵的排量泵的压头泵的功率泵效转速 (二)简述有杆泵采油和无杆泵采油的区别?以及各自的应用范围? (三)回答问题 1.螺杆泵采油的优点是什么? 2.水力泵采油的工作原理是什么? 3.电泵采油的主要特点?
6 1、优点 (1) 地面装置简单，安装方便，价格低，投资少； (2) 泵效高、节能； (3) 适应高含气井； (4) 适应粘度范围广； (5) 允许井口有较高回压； (6) 适应高含砂井； (7) 螺杆泵可下在斜直井段，适应于丛式井组和水平井。 2、缺点 (1) 定子为橡胶材料，寿命低，容易损坏； (2) 与有杆泵相比，总压头较小。 重点 本节课程的重点应放在： 1. 泵的特征曲线的研究，要求学生能找出最佳排量范围。 2. 电泵油井生产系统的设计 3. 水力活塞泵采油系统分析、结构、分类和工作原理的掌握 4. 注意掌握螺杆泵采油的优缺点。 难点 本节课的难点是水力活塞泵采油系统的分析。 教学方法 本节课以多媒体叙述为主配合图件，择重讲授。 本节小结 1、 井下多级离心泵的工作特征及其泵的特征曲线分析 2、 水力活塞泵采油系统分析 3、 水力泵采油的工作原理 4、 螺杆泵的优缺点 思考题 （一）基本概念 泵的排量 泵的压头 泵的功率 泵效 转速 （二）简述有杆泵采油和无杆泵采油的区别？以及各自的应用范围？ （三）回答问题 1. 螺杆泵采油的优点是什么？ 2. 水力泵采油的工作原理是什么？ 3. 电泵采油的主要特点？