人工举升理论第17讲水力活塞泵

1、人工举升理论 第第17讲讲 水力活塞泵水力活塞泵 吴晓东吴晓东 水力活塞泵是一种液压传动的往 复容积式无杆抽油设备。高压动 力液由地面泵通过油管输送到井 下的液动机，驱动液动机往复运 动。液动机活塞杆带动抽油泵活 塞往复抽油。 水力活塞泵装置的组成和工作流程示意图 水力活塞泵装置由三部 分组成：井下部分、地 面部分、联系井下与地 面的中间部分。 按动力液循环方式的类 型可将水力活塞泵抽油 系统分为开式系统和闭 式系统。 工作原理：工作原理： 动力油由三相分离器供给地面泵，升压后驱动井 下泵运转。乏动力液与油井产出液的混合液进入三相分离器进 行油、气、水分离。三相分离器内的压力和油气界面始终保持

2、 稳定，油井产液和气体则由三相分离器输往计量站。如果油井 出砂，则需增设除砂装置。动力液经循环泵增压后进入水力旋 流除砂器，机械杂质从旋流器下出口排出输走，而较干净的动 力液则从旋流器上出口流出供给地面泵升压。 应用条件：应用条件： 适用于边远井、分散井，需迅速投产的油井及产 液量大于10t/d、产液含水较高的油井。 优缺点：优缺点： 优点：一次投资少，移运性好，投产迅速，油井产 量计量准确；缺点：操作管理工作量较大，可靠性差。 工作原理：工作原理：各地面泵机组和三相分离器分 别并联使用，高压动力液由高压控制管汇 分配给各井，各井返出的混合液进入三相 分离器进行分离。 应用条件：应用条件：井数

3、210口，其它条件同单井 装置。 优缺点：优缺点：投产迅速，操作管理工作量和可 靠性优于单井装置;缺点：动力液质量和油 井产量计量的准确性不易保证。 工作原理：工作原理：由动力液罐来的动力液经高压 泵站升压，再经各高压控制管汇间分配给 各井，各井返出的混合液，经计量站动力 液处理站。 应用条件：应用条件：井数不受限制，油井产液量大 于5t/d，符合质量要求的动力液供给有保证。 优缺点：优缺点：优点：动力液质量易保证，系统 可靠性强，操作管理方便；缺点：一次投 资大，建设周期长。 动力液种类代号应用范围 脱水原油SLY-1系统泵站 低含水原油SLY-2系统泵站、单井系统、组合式泵站 高含水原油S

4、LY-3高含水抽油井 水基动力液 SLS-1淡水基体，用于开式系统 SLS-2淡水基体，用于闭式系统 SLS-3地层水基体，用于开式系统 架防腐剂、防垢剂的水 （包括地层水） 只用于水力喷射泵和水力透平泵 选择动力液时，要考虑如下因素 考虑安全和环境保护因素时，宜选用水； 闭式动力液系统经常采用淡水，因为在该系统中，动力液循环使用，为了润滑和 防腐，向动力液中添加化学药剂成本不高； 开式动力液系统多采用油做动力液，因为用水作动力液时，动力液要与采出液混 合采出，这就要求连续地加注化学添加剂，因而增加了生产费用； 如果用油做动力液，地面泵的维修保养会相应减少，并且阀的寿命也会延长，另 外，由于水

5、的体积模量低，会引起比油大得多的压力脉冲，这些脉冲对管子接头有害， 会造成组件的疲劳破坏； 井下泵很容易受动力液粘度和润滑性能的影响，在井底 温度下，水实际上不具 润滑性，因此，如不进行适当处理，它可能会降低泵的使用寿命，动力液在井下泵内 各滑动件的渗漏量随着液体粘度变化而不同，用水比用大多数原油渗漏量都要大； 与动力油相比，采用动力水时所需地面压力较低； 虽然水力活塞泵很适用于开采粘性原油，但有时也采用低比重油做动力液并采用 开式动力液系统，使得来出液和动力液在泵出口相混合，从而稀释了粘度大的采出液， 方便原油在地面的输送。 开式水力活塞泵井口装置 基本参数计算的内容包括以下几项： 当一定工

6、况时，在液动机处和地面动力 泵处所需的动力液压力； 当一定工况时，动力液的流量； 当一定工况时，水力活塞泵的排量； 水力活塞泵装置的功率和效率。 差动式水力活塞泵井下机组的活塞 组上作用力简图 a一下冲程；b上冲程 杆 下 回混混动下 f S phLp)( 当下冲程下冲程时活塞组的受力平衡方程式如下 0 下杆回混混杆 动下 SfphLfp 当下冲程下冲程时，液动机处动力液压力的计算公式为 当上冲程时，活塞组的受力平衡方程式为： 0)( )()( 上泵油沉 杆泵发回混混杆发动上 SFhh fFFphLfFp 当上冲程时，液动机处动力液压力的计算公式为 杆发 上泵回油油沉混混 回混混动上 fF S

7、FphhhL phLp )()( )( 地面动力泵处给出的动力液压力可由下式确定 动动动下动下 )(hLpp 动动动上动上 )(hLpp 下冲程 上冲程 液动机所需动力液流量由下式确定 naYfFXF naYfFXFq )(1440 6024)( 杆阀发 杆阀发 活塞泵排量可由下式求得 nXFnXFQ 容泵容泵 14402460 井下机组的有效功率N效由下式确定 QHN 表油效 水力活塞泵装置的总功率N总由下式表示 地泵 动 总 qp N 水力活塞泵装置的总效率总可由下式计算 总 油升油沉油 总 效 N QhhhL N N)( 水力活塞泵井下机组的平均效率井机是估价井下机组的结构 和工作完善性

8、的主要依据，它可用下式表示 动动动 效 泵发井机 )(hLqN N 直观分析判断法直观分析判断法 直观分析判断法能够作出比较准确的定性判断和大 体上的定量分析，对水力活塞泵采油井的管理十分 必要。但该方法一直停留在人工观察井口动力液压 力变化，凭经验进行工况诊断的水平上，由于各人 经验的相互差异，增大了分析诊断结果的误差，导 致盲目起换泵的工作量的增加而影响油井产量，因 此这种方法远远不能满足水力活塞泵生产现代化管 理水平的需要。 对比分析法对比分析法 该方法是对水力活塞泵泵内压力分布进行分析，总 结出液马达活塞理论运动规律，根据多口油井测试、 检泵对比资料，整理得出几种在矿场上常见的典型 工况模版，应用计算机作为采集单元，通过在井口 测试动力液压力和流量随时间的变化曲线，对比典 型工况模版，进行泵况诊断分析。 水力活塞泵采油井的工况可以采用压力系统分析 (即节点分析) 法