套管泵（二）

1、套管泵（二）          密封件的寿命问题是通过一组密封装置和限制了泵在井中气体部分下落的速度来保障的。为了降低泵在井中气体部分的下降速度，而又不影响泵在液体中的下落速度，泵体中提供了一种制动装置，它对穿过泵体的流体提供了不同的阻尼，即因流体是气体还是液体而不同。特别地，该制动装置在泵体腔内入口塞堵形成的台肩的上部安置了一个制动体，它在底端正对着台肩开有一个内腔。该制动体的外表面是一个圆锥面，越往下面该锥面变得越大，因而形成了围绕着制动体下端的流体阻尼区。制动体上安置了一个制动器阀门和一个对着阀门的

2、压缩弹簧，当阀盘与台肩重叠的时候，它能够阻止气体在泵体中的快速通过。因此，泵  下落速度由于气体通过阀盘的速率而受到了限制。当泵达到井中液体的部分时候，进入泵体腔内的液体对阀盘的第一次撞击驱动阀盘覆盖住制动体的内腔而使液体能流过泵腔。尤其是通过围绕着制动体底端的环行通道。在制动体的底端开了一些槽，它们位于腔（制动体腔）与环行通道之间，这样，一旦液体流过环行通道吸附现象就会在制动体底端的腔内产生来维持制动体底端与阀盘的相配合的状态，进而能确保液体能顺利流过泵体，因此也就能确保泵体在井中液体部分的顺利通过。该发明也包含有密封组件，她含有高弹性的部件与套管内径相配合，它被牢牢地固定在两个支

3、座之间，他还具有可调节的外径以达到使用一种型号的密封组件就可以适应不同型号的油井。为达到这样的目的，该发明提供了几组密封组件，每一组件都含有高弹性密封件，该高弹性密封件都具有末端与肩环的凸缘相配合。密封的中间向外突出在密封件与肩环之间形成一个腔，在该腔内置有调节环来支撑着密封件的末端，这样就能把密封件固定在泵体的周围。每一调节环均由上下隔套组成，这样调节环的长度就可以调节，主要是通过调节密封件尾端的距离来实现的，因此就能改变密封件的外径来匹配所用井的套管。3.4 套管泵试验装置 以下是套管泵的试验装置示意图       &#

4、160;          图3-3  套管泵的试验装置研制实用的套管泵要利用实验设备。美国俄克拉何马州的Basco公司与Free Lift公司合作设计并制造了一台实验设备，该设备能在4 1/2 英寸和5 1/2 英寸的套管中试验套管泵。利用此设备制造了性能可靠的套管泵 图3.3是试验设备的示意图，该装置中有一个计时器，它能够准确测出套管泵的下行速度。能够确定泵在单相和两相流条件下的下行时间。产液量用孔板流量计计量，当压力为010.95 时，测到的产气量为07080 。 &#

5、160;              在不同条件下进行了大量试验，积累了大量的资料来确定套管泵的功能。除了实验室资料外，还从常规的实际油井中获取了现场资料。利用积累的资料，Free Lift 公司确定了为使某一给定井成功地应用套管泵所必需保持的压力和产量。3.5 套管泵现场应用条件 影响套管泵的正常工作的主要因素有两个：一是油井的有关参数；二是套管泵的有关结构参数。在油井的有关参数中，油井内天然气的压力直接影响到套管泵每次所能举升的液体的质量，而油井的天然气产量又决定

6、了在某一段时间内泵所能举升的次数。套管泵内压力检测装置的结构参数控制着泵在液体段内的下落深度；减速装置的结构参数又影响着泵在油井中的下落速度(包括气体段和液体段)。所以最好的情况应该是:合理确定泵的有关结构参数，控制泵的下落速度及泵在液体段内的下落深度，以使泵在某一段时间内(如1天)所举升的液体质量与油井的产气量、产液量和油井内的天然气压力等参数达到较好的匹配。.要弄清套管泵在某一特定井中的工作情况，首先必须确定该井是否能产出足够的气体，并有足够的产量和压力来推动套管泵工作。为此可以使用下面的程序和理论。为此目的借鉴了俄克拉何马洲一口井的实际资料，并用以下程序进行了。第一步：获取要求的数据。射

7、孔段顶部深度，1700 m。套管尺寸，4 1/2 英寸。产气量,1360 。管线压力，2.34 （若井口点火放空烧掉则为1.46 ）产液量，0.460 /日。关井压力，（不能用瞬时关井压力）。14.6  。达到关井压力时所用时间，5小时。第二步：确定该井天然气和原油产量是否太高。套管泵运行的最大产量受下列三个条件限制。（1）套管泵每个行程只能可靠地举升0.640.8 液体。（2）套管泵完成一次循环时间可能很长。根据大量试验和经验：最大日产量不超过6.36 （3）在气产量最高的井，作用在套管泵上的摩擦力阻碍了泵的下行。根据线性动量守恒公式  和Bernoulli 方程由上述两

8、方程得到  套管泵能逆流下行的最大产气量约为9912 /日。将来更有效的套管泵设计，应能使套管泵在产气量大于9912 /日，产液量大于6.36 /日的井中工作。Free Lift公司的实验设备的最大排气能力为7000，在上述条件下，套管泵工作平稳。第三步：确定套管泵每天的工作行程数和每行程的产液量。泵每天工作的行程数（ ）一般在110之间变化，以24次为最佳。该推荐值是基于对密封罩的磨损和撕裂最小提出的。这里，随便选一个行程/日 ，如  =2行程/日。每行程产液量（ ）一般在0.16 0.95 之间。其中以0.32 0.64 最佳。当每行程排液量超过0.8 时。套管泵的工作

9、就变得越来越不正常。确定每行程的产液量：        =0.23 /行程/日第四步：确定举升每一行程液体所需的压力。每一行程过程中，推动泵所需的压力（ ）是泵所举升液量的函数。泵上部的气柱静压要略微低于套管泵每一行程实际举升的液量，但在计算中一般将其忽略。方程中的常有量有：泵的重量（ ）每桶原油和盐水的平均重量（分别为 和 ）以及套管内横截面积（ ）                &#

10、160;                                                 &#

11、160;                                                 &#

12、160;                        图3-4  举升每行程液体所需压力确定的公式为：  式中：   原油体积数 / 行程；  出口管线压力， ；        盐水体积数 / 行程。该方程的曲线如图3-4所示。根据图3-4，当=1.5，油 /盐水 比

13、例为2.5/0.4，套管直径为 英寸时，求得举升每一行程液体所需的压力为：  =4  /行程再求得每一行程所需的总绝对压力：（表压）+4.088   /行程   =6.424  /行程第五步 确定每天可用的气量。          用来推动泵工作的气体量（）要少于油井的总日产量。这主要是由于当泵位于井的顶部或下行程时，生产出的气体没有用来推动泵下述方程包括通过密封罩沿程漏失（LL），因而在计算中需加一气体损失系数（LF）以保证有足够的气体举升液体

14、。       式中：      泵在气体和液体中的下行速度。m/s 套管体积，  泵在井口停留泄掉油或气的时间，s/ ；  行程数天然气的标准体积数，单位行程以及行程数/日都是无因次量。取近似值，上述方程简化为：  /日该方程表示的曲线、如图3-5所示。取气体量1359  ，行程数2次/日，由图3-5得到           =11.4

15、4 /日  图3-5每天可用的气体量第六步：确定在要求的举升压力下可得到的气体体积。利用压缩系数Z的进一步计算表明：在P2的压力下，可得到的气体体积（V2）可极为近似的按理想气体近似公式描述：                     =        =189.23 式中：  标准大气压。第七步：确定每天需要的气体体积量 每天需

16、要的气体体积量可以由下面公式进行计算  该方程的曲线如图3-6和图3-7所示。取套管直径为4 1/2 英寸（射孔段井深1700m），行程数2次/日由图3-6查得       =28.32；  图3-7用来确定套管直径为5 1/2英寸时的 ；  第八步：确定每天可选用的最大行程数。计算套管泵每天工作行程数（ ）的公式主要是基于下面的假设条件：达到关井压力的时间（Ts）和关井压力（Ps）在套管泵的运行压力范围（5.27 10.5 ）内接近成正比关系。基于这一假设导出下面公式：  式中TF为泵的下行系

17、数，它把套管泵的下行时间结合到了方程之中。泵下行系数（TF）保证了每天的形成数为一稳妥值。    该方程的曲线如图3-8所示：  取 =0.41，=5小时，行程数=2。1         由图3-8得到每天可采用的行程数；  =10行程/日图3-8  每天所能采用的最大行程数第九步：根据结果确定对某一给定井采用套管泵能否正常运行。该井必须满足下列条件：1该井的油。气产量分别不超过6.36 和9912 。2关井压力Ps加上1.03 （绝对）必须达到或超过举升

18、液体所需之压力P2，即：  3油井产气量必须大于推动套管泵工作所需的气体量V3： 4套管泵每天可最大工作数必须大于行程数：.  如果此过程的任一条件没有满足，那么每天工作行程数就应该改变，而且应该按此过程从新计算。 每一口井都应该按其具体井况而进行仔细计算，有的井适合用套管泵，有的井不适合用套管泵，这应看计算结果而定，若所计算结果都符合上述条件，那么这口井就非常适合使用套管泵。套管泵自身的结构参数(气缸内活塞行程S和减速装置及流道阻力)也对其工作性能有很大的影响。1气缸内活塞的行程 气缸内活塞的行程直接影响套管泵下人液面以下的深度，控制泵每次举升液柱的高度H，其关系可表示为    式中：  2减速装置及流道阻力减速装置用于控制泵的下落速度，其实质是对流