油气开采第九章.ppt
《油气开采第九章.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《油气开采第九章.ppt(122页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第九章 有杆泵采油方法,第三章,有杆泵采油,游梁式有杆泵采油:其结构简单、适应性强和寿命长,地面驱动螺杆泵采油,掌握抽油装置和泵的工作原理 影响泵效的因素及提高泵效的措施 深井泵工作状况分析方法,本章内容,第一节 抽油装置及泵的工作原理,抽油装置 用的最广泛的是游梁式深井泵抽油装置,第九章第一节,第一节 抽油装置及泵的工作原理,抽油装置 组成:三抽为主( 抽油机,抽油杆,抽油泵)+辅助装置,第九章第一节,第一节 抽油装置及泵的工作原理,抽油机(主要是地面设备) 游梁式抽油机是通过游梁与曲柄连杆机构将曲柄的圆周运动转变为驴头的上、下摆动。按结构不同可将其分为常规型和前置型两类。为了提高冲程、节约
2、能源及改善抽油机的结构特性和受力状态,国内外还出现了许多变形抽油机。,第九章第一节,分类,游梁,无游梁,第一节 抽油装置及泵的工作原理,常规型游梁式抽油机,第九章第一节,目前油田用的最多,常规型:支架在驴头和曲柄连杆之间,上、下冲程时间相等。,前置型:减速箱在支架的前面,缩短了游梁的长度,减小了抽油机的规格尺寸,上、下冲程时间不等,从而降低了上冲程的v、a和动载荷及减速箱的 和需要的电机功率。,变形:异相型、旋转驴头式、大轮式以及六杆式双游梁。提高冲程、节约能源及改善抽油机的结构特性和受力状态,游梁,支架在驴头和曲柄连杆之间,上、下冲程时间相等。,减速箱在支架的前面,缩短了游梁的长度,减小了抽
3、油机的规格尺寸,上、下冲程时间不等,从而降低了上冲程的v、a和动载荷及减速箱的 和需要的电机功率。,第一节 抽油装置及泵的工作原理,无游梁式抽油机 为了减轻抽油机重量,扩大设备的使用范围以及改善其技术经济指标,特点多为长冲程低冲次,适合于深井和稠油井采油。目前,无游梁式抽油机主要有:链条式、增距式和宽带式抽油机。,第九章第一节,第一节 抽油装置及泵的工作原理,深井泵(抽油泵) 抽油泵是有杆泵抽有系统中的主要设备。主要由工作筒(外筒和衬套)、活(柱)塞及阀(游动阀和固定阀)组成,见下图所示。游动阀又称为排出阀;固定阀又称为吸入阀。抽油泵按其结构不同可分为管式泵和杆式泵。,第九章第一节,第一节 抽
4、油装置及泵的工作原理,深井泵分类,第九章第一节,第一节 抽油装置及泵的工作原理,管式泵 管式泵 是把外筒和衬套在地面组装好后,接在油管下部先下入井内,然后投入固定阀,最后把活塞接在抽油杆柱下端下入泵筒内。 特 点 结构简单、成本低;泵径大,排量大;检泵时需起出油管,修井工作量大。 应用范围 下泵深度不大、产量较高的井。,第九章第一节,第一节 抽油装置及泵的工作原理,杆式泵 杆式泵是整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱的下端,整体通过油管下入井内,由预先安装在油管预定位置上的卡簧固定在油管上。 特 点 检泵不需起出油管,检泵方便;结构复杂,制造成本高;排量小。 应用范围 下泵深度较大,但产量较低的井
5、 。,第九章第一节,第一节 抽油装置及泵的工作原理,光杆与抽油杆 光杆:联接驴头钢丝绳与井下抽油杆,并同井口盘根盒配合密封井口。,第九章第一节,第一节 抽油装置及泵的工作原理,抽油杆 普通型抽油杆:结构简单、制造容易、成本低;直径小,有利于在油管中上下运行。主要用于常规有杆泵抽油方式。 玻璃纤维抽油杆:耐腐蚀,寿命长;重量轻,有利于降低抽油机悬点载荷和节约能量;弹性模量小,可实现超冲程,有利于提高泵效。 空心抽油杆:由空心圆管制成,成本较高,可用于热油循环和热电缆加热等特殊抽油工艺,也可以通过空心通道向井内添加化学药剂。适用于高含蜡、高凝固点的稠油井。,第九章第一节,第一节 抽油装置及泵的工作
6、原理,泵的工作原理 悬点(或活塞)在上、下死点间的位移,称为光杆冲程(或活塞冲程),用S(或Sp)来表示。 活塞上下运动一次称为一个冲程,分为上冲程和下冲程,在一个冲程内完成进油和排油。 每分钟内完成上、下冲程的次数称为冲次,用n来表示。,第九章第一节,第一节 抽油装置及泵的工作原理,泵的工作原理,第九章第一节,冲程,上冲程:抽油杆柱带动活塞向上运动。游动阀关闭,泵内压力降低。固定阀在沉没压力与泵内压力构成的压差作用下,克服重力而被打开,原油进泵而井口排油。,下冲程:抽油杆柱带动活塞向下运动。固定阀关闭,游动阀打开,当泵内压力升高到大于活塞以上液柱压力和游动阀重力时,游动阀被顶开,泵内液体排向
7、油管。,沉没压力:作用在泵上的环形空间液柱压力。,第一节 抽油装置及泵的工作原理,上冲程 如果活塞上提之前油管内已充满液体,在井口将排出相当于活塞冲程长度的一段液体。 原来作用在固定阀上的油管内的液柱将从油管转移到活塞上,从而引起抽油杆柱的伸长和油管的缩短 驴头上承受的静载荷为抽油杆柱质量加上活塞以上的液柱质量 上冲程是泵内吸入液体而井口排出液体的过程,造成泵吸入的条件是泵内压力(吸入压力)低于沉没压力,第九章第一节,第一节 抽油装置及泵的工作原理,下冲程 由于有相当于活塞冲程长度的一段光杆从井外进入油管,将排挤出相当于这段光杆体积的液体。 原来作用在活塞上的液柱质量转移到固定阀上,从而引起抽
8、油杆柱的缩短和油管的伸长 下冲程是泵向油管内排液的过程,造成泵排出液体的条件是泵内压力(排出压力)高于活塞以上的液柱压力,第九章第一节,第二节 泵效的影响因素及提高措施,泵的理论排量 理想情况下,活塞上、下一次进入和排出的液体都等于活塞让出的体积: 每日的排量为:,第九章第二节,与泵径有关的系数,第二节 泵效的影响因素及提高措施,泵效定义,第九章第二节,在抽油井生产过程中,泵的实际排量 常小于其理论排量 ,二者的比值称为泵的容积效率 ,油田通称为泵效,即,正常情况下,若泵效为0.70.8,就不错了 实际情况下,平均泵效低于0.7 ,甚至小于0.3,活塞让出体积,油进泵,油从泵内排出,1、抽油杆
9、柱和油管柱的弹性伸缩 2、气体和充不满的影响 3、漏失,第二节 泵效的影响因素及提高措施,泵效的影响因素 从泵三个基本工作环节出发: 影响泵效的因素主要有:,要提高泵效,就必须设法减少上述三个方面的影响,抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩,将减小活塞冲程,因而降低泵效。活塞冲程小于光杆冲程是造成泵效小于1的不可避免因素。抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩量越大,活塞冲程与光杆冲程的差别也就越大,泵效也就越低。抽油杆柱所受的载荷性质不同,则伸缩变形的性质与程度也不同。 主要有静载荷和动载荷构成,动载荷由惯性载荷和振动载荷构成。,1. 抽油杆和油管弹性伸缩对活塞冲程的影响,(1) 静载荷对活塞冲程的影响,上冲程中
10、:抽油杆加载,油管卸载。,1)A B驴头上移,游动阀关闭, 抽油杆弹性伸长r 。,2)B B时油管卸载,缩短t ,活塞与衬套无相对位移,固定阀关闭。,3)B C吸入阀打开,BC=Sp =S-(r + t )=S- ,1. 抽油杆和油管弹性伸缩对活塞冲程的影响,活塞未动,无效位移,下冲程时:固定阀立即关闭。,1)C D,抽油杆卸载,缩短r ; 2)D D,油管加载,伸长t ; 3)D E,游动阀打开,DE=Sp=S-(r + t ),*实际上,抽油杆和油管的伸缩是同时进行的。 由于抽油杆柱与油管柱的弹性伸缩使活塞冲程小于光杆冲程的值,称为冲程损失。,活塞冲程 :,根据广义虎克定律 :,推导如下:
11、,(2) 惯性载荷对活塞冲程的影响,上死点:aA 最大,向下;Fi最大,向上,杆压缩,多向上移动iu ; 下死点:aA 最大,向上;Fi最大,向下,杆拉长,多向下移动id,活塞冲程比只有静载荷作用时要增加 :,由于抽油杆柱上各点的惯性力不同,故取其平均值。根据广义虎克定律可得:,1. 抽油杆和油管弹性伸缩对活塞冲程的影响,则,在静载荷和惯性载荷的共同作用下,活塞冲程为:,考虑到弹性波在抽油杆中的传播速度 ,上式还可写成:,其中:,证明如下:,*惯性载荷虽然增加sp ,同时使悬点最大载荷增加,最小载荷降低,杆受力条件变差。所以,不采用增加惯性载荷的方法增加sp ,即不采用快速抽汲。,(3) 振动
12、载荷对活塞冲程的影响 理论分析和实验研究表明:抽油杆柱本身振动的位相在上、下冲程中几乎是对称的,即如在上冲程末抽油杆柱伸长,则在下冲程末抽油杆柱缩短;反之亦然。,气锁:由于气体在泵内的压缩和膨胀,使得吸入阀(固定阀)无法打开而抽不出油,这种现象称为“气锁”。常用充满系数来表示气体的影响程度 充满系数:是指每冲次吸入泵内的原油(或液体)的体积 与活塞让出容积 之比,即,2. 气体和充不满的影响,泵的充满系数与泵内气油比及泵的结构有关。 定义 为泵内的气油比; 为泵的余隙比;,则:,可导出充满系数表达式为:,推导过程如下:,讨论:,抽油泵在工作时,由于各种原因将产生漏失,使泵效降低。影响泵效的漏失
13、主要有: 1) 排出部分漏失:指活塞与衬套的间隙漏失和游动阀漏失,将减少泵内排出的油量。 2) 吸入部分漏失:指固定阀漏失,它将会减少进入泵内的油量。 3) 其它部分漏失:由于油管丝扣、泵的连接部分及泄油器不严,都将降低泵效。,3. 漏失的影响,泵效的高低,是反映抽油设备利用率和管理水平的一个重要指标。泵效同油层条件有相当密切的关系,因此,提高泵效的一个重要方面是要从油层着手,保证油层有足够的供液能力。,油层:对注水开发油田:加强注水,实施增产措施 对于井筒方面: 提高泵效应采取下述措施。,第二节 泵效的影响因素及提高措施,泵效的提高措施,1. 选择合理的工作方式 选择合理的工作方式来提高泵效
14、的基本原则是: 1) 当抽油机已选定,并且设备能力足够大时,在保证产量的前提下,应以获得最高泵效为基本出发点来调整抽汲参数。 2) 当产量不限时,应在设备条件允许的前提下,以获得尽可能大的产量来提高泵效。 调整抽汲参数时,在保证Ap、S和n的乘积不变(即理论排量一定)的条件下,虽然可以任意调整三个参数,但当其组合不同时,冲程损失、气体的影响及漏失的影响也不同。此外,对于深井抽汲时,要充分注意振动载荷影响的s和n配合不利区。,2. 使用油管锚 使用油管锚将油管下端固定,则可消除油管变形,从而减小冲程损失。 3. 合理利用气体能量及减少气体影响,合理利用套管气,带喷井:利用气能举油,加油嘴控制 不
15、带喷井:稳定液面和产量,减少脱气后引起的油粘度增加,正常抽油井:,增加沉没度,或安装气锚以减少气体进泵,第三节 抽油泵工况分析,抽油泵工作状况的好坏,直接影响抽油井的系统效率,因此,需要经常进行分析,以采取相应的措施。 分析依据:地面实测示功图。 示功图:悬点载荷同悬点位移之间的关系曲线图,它实际上直接反映的是光杆的工作情况,因此又称为光杆示功图或地面示功图。 实际井将受泵制造质量、安装质量,以及砂、蜡、水、气、稠油和腐蚀等多种因素的影响,所以,实测示功图的形状很不规则,需对照理论示功图分析。,第九章第三节,一、 理论示功图分析 1. 静载荷作用的理论示功图,绘制步骤: 1)计算 , ,; 2
16、)利用力比,减程比,折算W,Sp ; 3)绘图。 静载荷作用的理论示功图为一平行四边形。,ABC为上冲程静载变化线:,A:下死点,静载Wrl, 开 关, 关。AB:加载线,加载过程, 关 , 关。B:加载完毕, , 关 , 关 开 。BC:吸入过程,BC=Sp, 关 , 开。 C:上死点。,上冲程,游动阀,固定阀,CDA为下冲程静载变化线 :,C:上死点,静载 , 关, 开 关;CD:卸载线,卸载过程, 关, 关;D:卸载完毕, ,关 开, 关;DA:排出过程,DA=Sp, 开, 关(相对位移); A:下死点。,下冲程,游动阀,固定阀,*若不计杆管弹性,静载作用下理论示功图为矩形。,2. 惯性
17、和振动载荷作用的理论示功图,(1)惯性载荷,前半:由大变小的向下的惯性力,(加载); 后半:由小变大的向上的惯性力,(减载);,上冲程,前半:由大变小的向上的惯性力,(减载); 后半:由小变大的向下的惯性力,(加载);,下冲程,(2)振动载荷 叠加在四边形ABCD上。振动发生在粘性液体中,为阻尼振动,逐渐减弱。另外,由于振动载荷的方向具有对称性,反映在示功图上的振动载荷也是按上、下冲程对称的。,3. 气体影响下的理论示功图,由于气体很容易被压缩,表现在示功图上便是加载和卸载缓慢。呈现明显的“刀把”形。,原因:在下冲程末余隙内还残存一定数量的溶解气,上冲程开始后泵内的压力因气体膨胀而不能很快降低
18、,使吸入阀打开滞后(B点)、加载缓慢。 下冲程由于气体受压缩,泵内压力不能迅速提高,排出阀打开滞后(D点),因此使得卸载变得缓慢(CD)。 气体影响使泵效降低值为:,充不满的示功图(供液不足,稠油):下冲程开始卸载缓慢,只有活塞遇液面后才开始快速卸载。,4. 漏失影响下的理论示功图 漏失的影响与漏失程度、运动过程以及抽汲速度有关。即:漏失越严重,对示功图影响越大;,(1)排出部分漏失(只发生在上冲程) 1)上冲程 :排除阀座封不严,活塞与衬套间隙,使活塞上部液体漏到活塞下部的工作筒内,漏失量岁泵内压力的减少而增大,因漏失液体对活塞有向上的“顶托”作用,所以悬点载荷不能及时上升到最大值(油B B
19、),使加载缓慢。 2)上后半冲程:活塞上行速度减慢,在 (C点),又出现了漏失液体的“顶托”作用,使悬点负荷提前卸载,到上死点时,悬点载荷已降至C点。 有效行程 , 3)当漏失量很大时,由于漏失液体对活塞的“顶托”作用很大,上冲程载荷远低于最大载荷AC,使吸入阀始终关闭,泵排量为0。,(2)吸入部分漏失(只发生在下冲程) 下冲程开始后,由于吸入阀漏失使泵内压力不能及时提高,延缓了卸载过程,同时,使排出阀不能及时打开。吸入部分漏失造成排出阀打开滞后(DD)和提前关闭(AA),活塞的有效排出冲程:,二、 典型示功图分析 典型示功图是指某一因素影响十分明显,示功图的形状反映了该因素影响的基本特征。尽
20、管实际情况很复杂,但总是存在一个最主要因素,因此可根据示功图判断泵的工作状况。, 三、 抽油井计算机诊断技术 抽油井计算机诊断技术是将实测地面示功图利用数学的方法,借助于计算机求出抽油杆柱任一截面上的载荷与位移,同时绘出井下抽油泵的示功图,以此判断并分析抽油泵乃致整个抽油设备的工作状况。 1. 诊断技术的理论基础 把抽油杆柱作为一根井下动态的传导线,其下端的泵作用为发送器,上端的动力仪作为接收器。井下泵的工作状况以应力波的形式沿抽油杆柱以声波速度传递到地面。把地面记录的资料经过数据处理,就可定量地推断泵的工作情况。应力波在抽油杆柱中的传播过程可用带阻尼的波动方程来描述,2诊断技术的应用 把地面
21、示功图数据用计算机进行数字处理后,由于消除了抽油杆柱的变形和粘滞阻力以及振动和惯性的影响,将会得到形状简单而又能真实反映泵工作状况的井下示功图。,(a)表明理想情况下(油管锚定、无气体影响和漏失等)泵的示功图为一矩形,长边为活塞冲程,短边为液体载荷。,(b)为一平行四边形,由于其存在冲程损失,表明油管未锚定。 (c)为油管锚定,只有气体影响泵的理论示功图。活塞的有效排出冲程为 ,泵的充满程度则为,(d)较气体影响的卸载线陡直,反映出供液不足。 (e) 为排出部分漏失 (f)吸入部分漏失。,第七节 有杆泵采油系统选择设计,新投产或转抽的油井,要合理地选择抽油设备,油井投产后,必须检验设计效果,设
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 油气 开采 第九
链接地址:https://www.31doc.com/p-2662360.html