油井生产技术原理

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1、第一节第一节 完井与试油完井与试油第二节第二节 油井流入动态油井流入动态第三节第三节 自喷与气举自喷与气举第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理第六章第六章 油井生产技术原理油井生产技术原理第一节第一节 完井与试油完井与试油一、完井一、完井v 钻开油层钻开油层v 建立合理的井身结构建立合理的井身结构钻开油气层钻开油气层确定完井方式确定完井方式安装井口及井底装置安装井口及井底装置试油试油完井的过程完井的过程第一节第一节 完井与试油完井与试油（一）井身结构（一）井身结构生产套管生产套管技术套管技术套管表层套管表层套管导导 管管 指井内所下套管层数、尺寸、深度、水泥返高等。指井内所下套管

2、层数、尺寸、深度、水泥返高等。第一节第一节 完井与试油完井与试油完井方式分类完井方式分类 套管或尾管射孔完井套管或尾管射孔完井 割缝衬管完井割缝衬管完井 裸眼完井裸眼完井 砾石充填完井砾石充填完井 贯眼完井贯眼完井第一节第一节 完井与试油完井与试油裸眼完井方式裸眼完井方式先期裸眼完井方式先期裸眼完井方式复合型完井方式复合型完井方式后期裸眼完井方式后期裸眼完井方式第一节第一节 完井与试油完井与试油优点：优点：油层完全裸露，不会产生附加渗流阻力，产油层完全裸露，不会产生附加渗流阻力，产能较高，完善程度高。能较高，完善程度高。缺点：缺点：不能克服井壁坍塌和油层出砂对油井生产的影响；不能克服井壁坍塌和

3、油层出砂对油井生产的影响；不能克服生产层范围内不同压力的油、气、水层不能克服生产层范围内不同压力的油、气、水层的相互干扰；的相互干扰；无法进行选择性酸化或压裂等。无法进行选择性酸化或压裂等。裸眼完井方式的主要特点：裸眼完井方式的主要特点：第一节第一节 完井与试油完井与试油 射孔完井方式射孔完井方式套管射孔完井方式套管射孔完井方式优点：优点：可选择性地射开油层，可选择性地射开油层，避免层间干扰；具备实施分层避免层间干扰；具备实施分层注采和选择性压裂或酸化等分注采和选择性压裂或酸化等分层作业的条件。层作业的条件。缺点：缺点：出油面积小、完善程出油面积小、完善程度较差，对井深和射孔深度要度较差，对井

4、深和射孔深度要求严格，固井质量要求高，水求严格，固井质量要求高，水泥浆可能损害油气层。泥浆可能损害油气层。第一节第一节 完井与试油完井与试油割缝衬管完井方式割缝衬管完井方式割缝衬管完井方式割缝衬管完井方式改进后的割缝衬管完井方式改进后的割缝衬管完井方式第一节第一节 完井与试油完井与试油砾石充填完井方式砾石充填完井方式直接充填直接充填 先将绕丝筛管或衬管下入油层部位，然后先将绕丝筛管或衬管下入油层部位，然后用充填液将在地面上预先选好的砾石泵送至绕用充填液将在地面上预先选好的砾石泵送至绕丝筛管与井眼或绕丝筛管与套管之间的环形空丝筛管与井眼或绕丝筛管与套管之间的环形空间内，形成砾石充填层，阻挡油层砂

5、流入井筒，间内，形成砾石充填层，阻挡油层砂流入井筒，达到保护井壁、防砂入井的目的。达到保护井壁、防砂入井的目的。第一节第一节 完井与试油完井与试油第一节第一节 完井与试油完井与试油贯眼完井方式贯眼完井方式带眼套管带眼套管水泥伞水泥伞第一节第一节 完井与试油完井与试油二、试油二、试油试油试油：根据地质录井资料和测井资料解释结果、钻井根据地质录井资料和测井资料解释结果、钻井过程中油气显示等资料，利用一套专用的设备和方过程中油气显示等资料，利用一套专用的设备和方法，对可能出油的层位的油气水产量、温度、压力法，对可能出油的层位的油气水产量、温度、压力及油气水性质进行直接测量，以鉴别和认识油气水及油气水

6、性质进行直接测量，以鉴别和认识油气水层的工作。层的工作。试油目的：试油目的：为勘探开发提供依据。为勘探开发提供依据。第一节第一节 完井与试油完井与试油（一）油井诱流（一）油井诱流替喷法替喷法抽汲法抽汲法气举法气举法第一节第一节 完井与试油完井与试油（二）油井试油工艺（二）油井试油工艺v注水泥塞试油注水泥塞试油v用封隔器分层试油用封隔器分层试油v中途测试工具试油中途测试工具试油（三）试油资料（三）试油资料v产量数据产量数据v压力数据压力数据v原油及水的特性资料原油及水的特性资料v温度数据温度数据第一节第一节 完井与试油完井与试油第二节第二节 油井流入动态油井流入动态第三节第三节 自喷与气举自喷与

7、气举第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理第六章第六章 油井生产技术原理油井生产技术原理第二节第二节 油井流入动态油井流入动态 油井流入动态曲线（IPR曲线）：表示产量与井底流压表示产量与井底流压关系的曲线，简称关系的曲线，简称IPRIPR曲曲线。线。油井流入动态：油井流入动态：油井产量与井底流动压力的关系油井产量与井底流动压力的关系。它反映了油藏向井的供它反映了油藏向井的供油能力，反映了油藏压力、油层物性、流体物性、完井质量等油能力，反映了油藏压力、油层物性、流体物性、完井质量等对油层渗流规律的影响，是采油工程与油藏工程的衔接点。对油层渗流规律的影响，是采油工程与油藏工程的衔接点

8、。第二节第二节 油井流入动态油井流入动态采油采油(液液)指数指数：单位生产压差下的油井产油单位生产压差下的油井产油(液液)量，反映油层性量，反映油层性质、厚度、流体物性、完井条件及泄油面积等与产量质、厚度、流体物性、完井条件及泄油面积等与产量之间关系的综合指标。之间关系的综合指标。单相流动时，油层物性及流体性质基本不随压力单相流动时，油层物性及流体性质基本不随压力变化，产量公式可表示为变化，产量公式可表示为:)(wfroPPJq一、单相液体流入动态一、单相液体流入动态第二节第二节 油井流入动态油井流入动态二、二、油气两相渗流时的流入动态油气两相渗流时的流入动态 o o、B Bo o、K Kro

9、ro都是压力的函数。用上述方法绘制都是压力的函数。用上述方法绘制IPRIPR曲线十分曲线十分繁琐。繁琐。通常结合生产资料来绘制通常结合生产资料来绘制IPRIPR曲线。曲线。2max8.02.01rwfrwfooPPPPqqVogelVogel方程：方程：20max8.02.01rwfrwfsooPPPPMqqSrrrrMwewe472.0ln472.0lnPPb第一节第一节 完井与试油完井与试油第二节第二节 油井流入动态油井流入动态第三节第三节 自喷与气举自喷与气举第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理第六章第六章 油井生产技术原理油井生产技术原理第三节第三节 自喷与气举自喷与气举

10、影响流型的因素：影响流型的因素：气液体积比、流速、气液界面气液体积比、流速、气液界面性质等。性质等。流动型态（流动结构、流型）：流动型态（流动结构、流型）：流动过程中油、气的分布状态。流动过程中油、气的分布状态。纯液流：纯液流：当井筒压力大于当井筒压力大于饱和压力时，天然气溶解在原油饱和压力时，天然气溶解在原油中，产液呈单相液流。中，产液呈单相液流。油气沿井筒喷出时的流型变化示意图油气沿井筒喷出时的流型变化示意图纯油流；纯油流；泡流；泡流；段塞流；段塞流；环流；环流；雾流雾流一、两相流体垂直管流特征一、两相流体垂直管流特征第三节第三节 自喷与气举自喷与气举 泡流：泡流：井筒压力稍低于饱和压力时

11、，溶解井筒压力稍低于饱和压力时，溶解气开始从油中分离出来，气体都以小气泡分散在气开始从油中分离出来，气体都以小气泡分散在液相中。液相中。滑脱现象：滑脱现象：混合流体流动过程中，由于流体间的密混合流体流动过程中，由于流体间的密度差异，引起的小密度流体流速大于大密度度差异，引起的小密度流体流速大于大密度流体流速的现象。流体流速的现象。如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等如：油气滑脱、气液滑脱、油水滑脱等特点：特点：气体是分散相，液体是连续相；气体是分散相，液体是连续相；气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力影响不大；气体主要影响混合物密度，对摩擦阻力影响不大；滑脱现象比较严重。滑脱现象比较严重。第三节第

12、三节 自喷与气举自喷与气举 段塞流：段塞流：当混合物继续向上流动，压力当混合物继续向上流动，压力逐渐降低，气体不断膨胀，小气泡将合并成大逐渐降低，气体不断膨胀，小气泡将合并成大气泡，直到能够占据整个油管断面时，井筒内气泡，直到能够占据整个油管断面时，井筒内将形成一段液一段气的结构。将形成一段液一段气的结构。特点：特点：气体呈分散相，液体呈连续相；气体呈分散相，液体呈连续相；一段气一段液交替出现；一段气一段液交替出现；气体膨胀能得到较好的利用；气体膨胀能得到较好的利用；滑脱损失变小；滑脱损失变小；摩擦损失变大。摩擦损失变大。第三节第三节 自喷与气举自喷与气举环流：环流：油管中心是连续的气流而管壁

13、油管中心是连续的气流而管壁为油环的流动结构。为油环的流动结构。特点：特点：气液两相都是连续相；气液两相都是连续相；气体举油作用主要是靠摩擦携带；气体举油作用主要是靠摩擦携带；滑脱损失变小；滑脱损失变小；摩擦损失变大。摩擦损失变大。第三节第三节 自喷与气举自喷与气举 雾流：雾流：气体的体积流量增加到足够大气体的体积流量增加到足够大时，油管中内流动的气流芯子将变得很粗，时，油管中内流动的气流芯子将变得很粗，沿管壁流动的油环变得很薄，绝大部分油以沿管壁流动的油环变得很薄，绝大部分油以小油滴分散在气流中。小油滴分散在气流中。特点：特点：气体是连续相，液体是分散相；气体是连续相，液体是分散相；气体以很高

14、的速度携带液滴喷出井口；气体以很高的速度携带液滴喷出井口；气、液之间的相对运动速度很小；气、液之间的相对运动速度很小；气相是整个流动的控制因素。气相是整个流动的控制因素。第三节第三节 自喷与气举自喷与气举总结：总结：油井生产中可能出现的流型油井生产中可能出现的流型自下而上依次为：自下而上依次为：纯油纯油(液液)流、流、泡流、段塞流、环流和雾流泡流、段塞流、环流和雾流。实际上，在同一口井内，一实际上，在同一口井内，一般不会出现完整的流型变化。般不会出现完整的流型变化。油气沿井筒喷出时的流型变化示意图油气沿井筒喷出时的流型变化示意图纯油流；纯油流；泡流；泡流；段塞流；段塞流；环流；环流；雾流雾流第

15、三节第三节 自喷与气举自喷与气举二、两相流体垂直管流压力分布计算二、两相流体垂直管流压力分布计算222,VPU222,2mghmV121111,2,mghmVVPU倾斜管流能量平衡关系示意图倾斜管流能量平衡关系示意图量量从从断断面面流流出出的的流流体体能能的的能能量量在在断断面面和和之之间间耗耗失失体体额额外外所所做做的的功功在在断断面面和和之之间间对对流流进进入入断断面面的的流流体体能能量量 两个流动断面间的能量两个流动断面间的能量平衡关系：平衡关系：第三节第三节 自喷与气举自喷与气举2sin2mmmmmmmvdfdZdvvgdhdP适合于各种管流的通用压力梯度方程：适合于各种管流的通用压力

16、梯度方程：加速度摩擦举高)()()(dZdPdZdPdZdPdZdP则：令：2)()(sin)(2vdfdZdIdZdPdZdvvdZdPgdZdPw摩擦加速度举高第三节第三节 自喷与气举自喷与气举三、自喷采油原理三、自喷采油原理 嘴流示意图嘴流示意图临界流动临界流动：流体的流速达到流体的流速达到压力波在流体介质中的传播压力波在流体介质中的传播速度时的流动状态。速度时的流动状态。关系曲线关系曲线)/(12PPfG 什么叫自喷？什么叫自喷？第三节第三节 自喷与气举自喷与气举自喷井生产自喷井生产的四个基本的四个基本流动过程流动过程地面水平或倾斜管流地面水平或倾斜管流地层渗流地层渗流井筒多相管流井筒

17、多相管流嘴流嘴流生产流体通过油嘴生产流体通过油嘴(节流器节流器)的流动的流动第三节第三节 自喷与气举自喷与气举自喷井节点分析节点系统分析法：节点系统分析法：应用应用系统工程原理，把整个系统工程原理，把整个油井生产系统分成若干油井生产系统分成若干子系统，研究各子系统子系统，研究各子系统间的相互关系及其对整间的相互关系及其对整个系统工作的影响，为个系统工作的影响，为系统优化运行及参数调系统优化运行及参数调控提供依据。控提供依据。图9-8 自喷井生产系统节点位置节点划分依据：不同节点划分依据：不同的流动规律相关式的流动规律相关式第三节第三节 自喷与气举自喷与气举节点系统分析对象：节点系统分析对象：整

18、个油井生产系统整个油井生产系统节点系统分析实质：节点系统分析实质：协调理论在采油应用方面的发展协调理论在采油应用方面的发展协协调调条条件件质量守恒质量守恒能量能量(压力压力)守恒守恒热量守恒热量守恒自喷井生产系统组成：自喷井生产系统组成：油藏渗流子系统油藏渗流子系统井筒流动子系统井筒流动子系统油嘴油嘴(节流器节流器)流动子系统流动子系统地面管流子系统地面管流子系统第三节第三节 自喷与气举自喷与气举（1 1）井底为求解点）井底为求解点图图9-9 9-9 管鞋压力与产量关系曲线管鞋压力与产量关系曲线节点（井底）流入曲线节点（井底）流入曲线:IPR:IPR曲线曲线节点（井底）流出曲线节点（井底）流出

19、曲线:由井口油压所计算的井由井口油压所计算的井底流压与产量的关系曲底流压与产量的关系曲线。线。交点交点：该系统在该系统在所给条件下可获所给条件下可获得的油井产量及得的油井产量及相应的井底流压相应的井底流压。可以井底为求解点。可以井底为求解点。第三节第三节 自喷与气举自喷与气举图9-10 油压与产量的关系曲线（2 2）井口为求解点）井口为求解点设定一组产量，通过设定一组产量，通过IPRIPR曲线曲线A A可计算出一组井底可计算出一组井底流压，然后通过井筒多流压，然后通过井筒多相流计算可得一组井口相流计算可得一组井口油压曲线油压曲线B B。节点（井口）流入曲线：油压与产量的关系曲线IPR曲线Pa-

20、Pb是在油管中消耗的压力曲线曲线B B的形状的形状：油管的上下压：油管的上下压差差(Pa-PbPa-Pb)并不总是随着产量并不总是随着产量的增加而加大。产量低时，管的增加而加大。产量低时，管内流速低，滑脱损失大；产量内流速低，滑脱损失大；产量高时，摩擦损失大，这两种情高时，摩擦损失大，这两种情况均可造成管内压力损耗大。况均可造成管内压力损耗大。使用：计算出任意产量下的井口油压的大小，并用于预测油井能否自喷。第三节第三节 自喷与气举自喷与气举必须有足够的气源；需要压缩机组和地面高压气管线，地面设备系统复杂；一次性投资较大；系统效率较低。利用从地面向井筒注入高压气体将原油举升至地面的一种人工举升方

21、式。气举定义：优点：井口和井下设备比较简单缺点：高产量的深井；气油(液)比高的油井；定向井和水平井等。适用条件：四、气举采油四、气举采油第三节第三节 自喷与气举自喷与气举图9-12 气举采油系统示意图 依靠从地面注依靠从地面注入井内的高压气体入井内的高压气体与油层产出流体在与油层产出流体在井筒中混合，井筒中混合，利用利用气体的膨胀使井筒气体的膨胀使井筒中的混合液密度降中的混合液密度降低低，将流到井内的，将流到井内的原油举升到地面。原油举升到地面。第三节第三节 自喷与气举自喷与气举第三节第三节 自喷与气举自喷与气举 气举井启动时的压缩机压力随时间的变化曲线气举井启动时的压缩机压力随时间的变化曲线

22、启动压力启动压力工作压力工作压力第三节第三节 自喷与气举自喷与气举气举阀气举阀气举阀工作原理气举阀工作原理 压力调节器结构示意图压力调节器结构示意图pdpbuAPAAPF)(凡尔关闭条件：凡尔关闭条件：FAPAAPpdpbu)(凡尔打开条件：凡尔打开条件：第一节第一节 完井与试油完井与试油第二节第二节 油井流入动态油井流入动态第三节第三节 自喷与气举自喷与气举第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理第六章第六章 油井生产技术原理油井生产技术原理第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理天然能量充足天然能量充足自喷自喷天然能量不足天然能量不足人工举升人工举升有杆泵有杆泵无杆泵无

23、杆泵常规有杆泵常规有杆泵地面螺杆泵地面螺杆泵电潜泵电潜泵水力活塞泵水力活塞泵射流泵射流泵振动泵振动泵第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理一、有杆泵一、有杆泵常规抽油机常规抽油机（一）装置与工作原理（一）装置与工作原理抽油机抽油机抽油杆抽油杆抽油泵抽油泵其它附件其它附件设设备备组组成成1 1、装置、装置第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理游梁式抽油机系列型号表示方法游梁式抽油机系列型号表示方法CYJ 12CYJ 123.33.370(H)F(Y70(H)F(Y，B B，Q)Q)游梁式抽油机系列代号游梁式抽油机系列代号CYJ-CYJ-常规型常规型CYJQ-CYJQ-前置

24、型前置型CYJY-CYJY-异相型异相型悬点最大载荷，悬点最大载荷，10 kN10 kN光杆最大冲程，光杆最大冲程，m m减速箱曲柄轴最大允许扭矩减速箱曲柄轴最大允许扭矩,kN.m,kN.m减速箱齿轮形代号，减速箱齿轮形代号，H H为点啮合双为点啮合双圆弧齿轮，省略渐开线人字齿轮圆弧齿轮，省略渐开线人字齿轮平衡方式代号平衡方式代号F F：复合平衡：复合平衡Y Y：游梁平衡：游梁平衡B B：曲柄平衡：曲柄平衡Q Q：气动平衡：气动平衡第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理2 2、有杆泵工作原理、有杆泵工作原理 抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游

25、动阀受管内液柱压力而关闭。阀受管内液柱压力而关闭。泵吸入的条件：泵吸入的条件：泵内压力泵内压力(吸入压力吸入压力)低于沉没压力。低于沉没压力。A-A-上冲程上冲程1)1)上冲程上冲程 泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力(沉没压力沉没压力)与泵内压力之差的作用下被打开。与泵内压力之差的作用下被打开。泵内吸入液体、井口排出液体。泵内吸入液体、井口排出液体。光杆从上死点到光杆从上死点到下死点的距离。下死点的距离。第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理B-B-下冲程下冲程2)2)下冲程下冲程柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。柱塞下行，固定阀在重力作

26、用下关闭。泵排出的条件：泵排出的条件：泵内压力泵内压力(排出压力排出压力)高于柱塞以上的液柱压力。高于柱塞以上的液柱压力。泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开。液柱压力时，游动阀被顶开。柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。使泵排出液体。泵内排出液体、井口排出少量液体。泵内排出液体、井口排出少量液体。第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理（二（二)泵的理论排量与泵效泵的理论排量与泵效 泵的工作过程泵的工作过程是由三个基本环节所组成，即是由三个基本环节所组成，即柱塞在柱塞在

27、泵内让出容积泵内让出容积，井内液体进泵井内液体进泵和和从泵内排出井内液体从泵内排出井内液体。SfVp 在理想情况下，活塞上、下一次进入和排在理想情况下，活塞上、下一次进入和排出的液体体积都等于柱塞让出的体积：出的液体体积都等于柱塞让出的体积：SNfVpm每分钟的排量为：每分钟的排量为：SNkSNfQppt1440每日排量每日排量:泵的理论排量泵的理论排量冲次：一分钟的冲次：一分钟的时间内抽油泵吸时间内抽油泵吸入与排出的周期入与排出的周期数。数。第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理tQQ/1.1.泵效泵效：在抽油井生产过程中，实际产量与理论在抽油井生产过程中，实际产量与理论产量的比

28、值。产量的比值。2.2.影响泵效的因素影响泵效的因素(3)(3)漏失影响漏失影响(1)(1)抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩SSp入(2)(2)泵充满程度的影响泵充满程度的影响活液VV(4)(4)体积系数的影响体积系数的影响lBB1第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理(1)(1)抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩SSp入抽油杆和油管弹性伸缩示意图抽油杆和油管弹性伸缩示意图冲程损失的影响因素：冲程损失的影响因素：(2)(2)抽油杆和油管的性质、组合；抽油杆和油管的性质、组合；(3)(3)下泵深度；下泵深度；(4)(4)抽油泵的规格。抽油泵的规格

29、。(1)(1)油层供液状况和生产流体的性质；油层供液状况和生产流体的性质；第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理(2)(2)泵充满程度的影响泵充满程度的影响活液VV 气体对冲满程度的影响气体对冲满程度的影响气锁气锁：抽汲时由于抽汲时由于气体在泵内压缩和气体在泵内压缩和膨胀，吸入和排出膨胀，吸入和排出阀无法打开，出现阀无法打开，出现抽不出油的现象。抽不出油的现象。泵充满程度的影响因素：泵充满程度的影响因素：(1)(1)生产流体的性质生产流体的性质气液比气液比 增加泵的沉没深度或使用气锚增加泵的沉没深度或使用气锚。(2)(2)防冲距防冲距 尽量减小防冲距，以减小余隙尽量减小防冲距，以减

30、小余隙。第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理(3)(3)漏失影响漏失影响 排出部分漏失排出部分漏失 吸入部分漏失吸入部分漏失 其它部分漏失其它部分漏失 如油管丝扣、泵的连接部分及泄油器不严等如油管丝扣、泵的连接部分及泄油器不严等第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理3.3.提高泵效的措施提高泵效的措施(1)(1)选择合理的工作方式选择合理的工作方式连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。深井抽汲时，深井抽汲时，S S和和N N的选择一定要避开不利配合区。的选择一定要避开不利配合区。(2)(2)确定合理沉没度。确定合理

31、沉没度。(3)(3)改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。(4)(4)使用油管锚减少冲程损失使用油管锚减少冲程损失(5)(5)合理利用气体能量及减少气体影响合理利用气体能量及减少气体影响选用大冲程、小冲次，减小气体影响，降低悬点载荷，选用大冲程、小冲次，减小气体影响，降低悬点载荷，特别是稠油的井。特别是稠油的井。第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理（三（三)抽油机悬点载荷分析抽油机悬点载荷分析1.1.静载荷静载荷包括包括：抽油杆柱载荷；抽油杆柱载荷；作用在柱塞上的液柱载荷；作用在柱塞上的液柱载荷；沉没压力对悬点载荷的影响；沉没压力对悬点载

32、荷的影响；井口回压对悬点载荷的影响。井口回压对悬点载荷的影响。抽油杆柱载荷抽油杆柱载荷上冲程上冲程gLqgLfWrsrr（即杆柱在空气中的重力）（即杆柱在空气中的重力）下冲程下冲程LgqgLfWrlsrr)(（即杆柱在液体中的重力）（即杆柱在液体中的重力）第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理gLffWlrpl)(作用在柱塞上的液柱载荷作用在柱塞上的液柱载荷上冲程上冲程:下冲程下冲程:A-上冲程B-下冲程 游动阀关闭，作用在柱塞上的液游动阀关闭，作用在柱塞上的液柱载荷为：柱载荷为：游动阀打开，液柱载荷作用于油游动阀打开，液柱载荷作用于油管，而不作用于悬点。管，而不作用于悬点。1.1

33、.静载荷静载荷第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理沉没压力沉没压力(泵口压力泵口压力)对悬点载荷的影响对悬点载荷的影响上冲程上冲程 在沉没压力作用下，井内液体在沉没压力作用下，井内液体克服泵入口设备的阻力进入泵内，此时克服泵入口设备的阻力进入泵内，此时液流所具有的压力即吸入压力。吸入压液流所具有的压力即吸入压力。吸入压力作用在柱塞底部产生力作用在柱塞底部产生向上向上的载荷的载荷:下冲程下冲程 吸入阀关闭，沉没压力对悬点吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响。载荷没有影响。pinpiifppfpP)(1.1.静载荷静载荷第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理井口回压对悬

34、点载荷的影响井口回压对悬点载荷的影响 液流在地面管线中的流动阻力所造成液流在地面管线中的流动阻力所造成的井口回压对悬点将产生附加的载荷。的井口回压对悬点将产生附加的载荷。)(rphhuffpP上冲程：上冲程：增加悬点载荷增加悬点载荷:rhhdfpP下冲程：下冲程：减小抽油杆柱载荷减小抽油杆柱载荷:1.1.静载荷静载荷第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理2.2.动载荷动载荷(惯性载荷、振动载荷惯性载荷、振动载荷、摩擦载荷摩擦载荷)惯性载荷惯性载荷(忽略杆液弹性影响忽略杆液弹性影响)抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动，抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动，因而产

35、生抽油杆柱和液柱的惯性力。惯性力与质量有关，与因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。惯性力与质量有关，与悬点加速度的大小成正比，其方向与加速度方向相反。悬点加速度的大小成正比，其方向与加速度方向相反。上冲程上冲程:前半冲程前半冲程加速度为正，即加速度向上，则惯性力向加速度为正，即加速度向上，则惯性力向下，从而下，从而增加增加悬点载荷；悬点载荷；后半冲程后半冲程中加速度为负，即加速中加速度为负，即加速度向下，则惯性力向上，从而度向下，则惯性力向上，从而减小减小悬点载荷。悬点载荷。悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的。下冲程下冲程:与上冲程相反，与上冲程相

36、反，前半冲程前半冲程惯性力向上，惯性力向上，减小减小悬点载悬点载荷；荷；后半冲程后半冲程惯性力向下，将惯性力向下，将增大增大悬点载荷。悬点载荷。第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理2.2.动载荷动载荷(惯性载荷、振动载荷惯性载荷、振动载荷、摩擦载荷、摩擦载荷)振动载荷振动载荷 抽油杆柱本身为一弹性体，由于抽油杆柱抽油杆柱本身为一弹性体，由于抽油杆柱作变速运动和液柱载荷周期性地作用于抽油杆作变速运动和液柱载荷周期性地作用于抽油杆柱，从而引起抽油杆柱的弹性振动，它所产生柱，从而引起抽油杆柱的弹性振动，它所产生的振动载荷亦作用于悬点上。其数值与的振动载荷亦作用于悬点上。其数值与抽油杆抽

37、油杆柱的长度柱的长度、载荷变化周期载荷变化周期及及抽油机结构抽油机结构有关有关。第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理2.2.动载荷动载荷(惯性载荷、振动载荷惯性载荷、振动载荷、摩擦载荷摩擦载荷)摩擦载荷摩擦载荷(1)(1)抽油杆柱与油管的摩擦力抽油杆柱与油管的摩擦力 （杆管）（杆管）上冲程主要受上冲程主要受(1)(2)(4)(1)(2)(4)影响，增加悬点载荷影响，增加悬点载荷(2)(2)柱塞与衬套之间的摩擦力柱塞与衬套之间的摩擦力 （柱塞与衬套）（柱塞与衬套）(3)(3)液柱与抽油杆柱之间的摩擦力液柱与抽油杆柱之间的摩擦力 （杆液）（杆液）(4)(4)液柱与油管之间的摩擦力液柱

38、与油管之间的摩擦力 （管液）（管液）(5)(5)液体通过游动阀的摩擦力液体通过游动阀的摩擦力 （阀阻力）（阀阻力）下冲程主要受下冲程主要受(1)(2)(3)(5)(1)(2)(3)(5)影响，减小悬点载荷影响，减小悬点载荷第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理 抽油杆柱载荷抽油杆柱载荷、液柱载荷液柱载荷及及惯性载荷惯性载荷是构成悬是构成悬点载荷的三项基本载荷。点载荷的三项基本载荷。稠油井内稠油井内摩擦载荷摩擦载荷及大沉没度井的及大沉没度井的沉没压力产沉没压力产生的载荷生的载荷突出；突出；在低沉没度井内，由于泵的充满程度差，会发在低沉没度井内，由于泵的充满程度差，会发生柱塞与泵内液面

39、的撞击，将产生较大生柱塞与泵内液面的撞击，将产生较大冲击载荷冲击载荷，从而影响悬点载荷。从而影响悬点载荷。第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理ivuhuulrPPFPIWWPmaxvdhddrPFPIWP min悬点最大载荷和最小载荷最大载荷发生在上冲程，其值为：最大载荷发生在上冲程，其值为：最小载荷发生在下冲程，其值为：最小载荷发生在下冲程，其值为：第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理（四（四)深井泵工况分析深井泵工况分析示功图示功图：载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。地面示功图或光杆示功图地面示功图或光杆示功

40、图：悬点载荷与位移关系的示功图悬点载荷与位移关系的示功图。1.1.静载荷作用下的理论示功图静载荷作用下的理论示功图 静载理论示功图静载理论示功图2.2.考虑惯性、振动载荷后的考虑惯性、振动载荷后的理论示功图理论示功图 考虑惯性和振动后的理论示功图考虑惯性和振动后的理论示功图第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理3.3.典型示功图分析典型示功图分析典型示功图典型示功图：某一因素的影响十分明显，其形状代表了该某一因素的影响十分明显，其形状代表了该因素影响下的基本特征的示功图。因素影响下的基本特征的示功图。（1 1）.气体和充不满对示功图的影响气体和充不满对示功图的影响 有气体影响的示功

41、图有气体影响的示功图气体影响示功图气体影响示功图SDDgADDA 充满系数充满系数：气锁气锁第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理充不满影响的示功图充不满影响的示功图充不满现象充不满现象：地层产液在上冲程末未充满泵筒的现象。地层产液在上冲程末未充满泵筒的现象。液击现象液击现象：泵充不满生产时，柱塞与泵内液面撞击泵充不满生产时，柱塞与泵内液面撞击引起抽油设备受力急剧变化的现象。引起抽油设备受力急剧变化的现象。充不满的示功图充不满的示功图第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理（2 2）.漏失对示功图的影响漏失对示功图的影响 排出部分的漏失排出部分的漏失 泵排出部分漏失泵排出

42、部分漏失CBSpu柱塞的有效吸入行程柱塞的有效吸入行程：SCB/泵效泵效：第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理 吸入部分漏失吸入部分漏失 吸入凡尔漏失吸入凡尔漏失ADSped柱塞的有效吸入行程：柱塞的有效吸入行程：SAD/泵效：泵效：吸入凡尔严重漏失吸入凡尔严重漏失第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理吸入部分和排出部分同时漏失吸入部分和排出部分同时漏失 吸入凡尔和排出凡尔同时漏失吸入凡尔和排出凡尔同时漏失第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理（3 3）.柱塞遇卡的示功图柱塞遇卡的示功图 柱塞在泵筒内被卡死在某一位置时，在抽汲过程中柱塞在泵筒内被卡死在某一

43、位置时，在抽汲过程中柱塞无法移动而只有抽油杆的伸缩变形，图形形状与柱塞无法移动而只有抽油杆的伸缩变形，图形形状与被卡位置有关。被卡位置有关。活塞卡在泵筒中部活塞卡在泵筒中部第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理（4 4）.带喷井的示功图带喷井的示功图 在抽汲过程中，游动阀和固定阀处于同时打开状态，液在抽汲过程中，游动阀和固定阀处于同时打开状态，液柱载荷基本加不到悬点。示功图的位置和载荷变化的大小取柱载荷基本加不到悬点。示功图的位置和载荷变化的大小取决于喷势的强弱及抽汲液体的粘度。决于喷势的强弱及抽汲液体的粘度。喷势强、油稀带喷喷势强、油稀带喷 喷势弱、油稠带喷喷势弱、油稠带喷第四节

44、第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理gqbhCLr（5 5）.抽油杆断脱抽油杆断脱 抽油杆断脱后的悬点抽油杆断脱后的悬点载荷实际上是断脱点以上载荷实际上是断脱点以上的抽油杆柱重量，只是由的抽油杆柱重量，只是由于摩擦力，才使上下载荷于摩擦力，才使上下载荷线不重合。图形的位置取线不重合。图形的位置取决于断脱点的位置。决于断脱点的位置。抽油杆柱的断脱位置抽油杆柱的断脱位置可根据下式来估算：可根据下式来估算：抽油杆断脱抽油杆断脱第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理 出砂井出砂井（6 6）.其它情况其它情况 结蜡井结蜡井 管式泵活塞脱出工作筒管式泵活塞脱出工作筒防冲距过小活塞碰防冲

45、距过小活塞碰固定凡尔固定凡尔第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理二、无杆泵二、无杆泵（一）电潜泵（一）电潜泵潜油电机潜油电机保护器保护器分离器分离器多级离心泵多级离心泵潜油电缆潜油电缆井下机组部分井下机组部分变压器变压器控制屏控制屏接线盒接线盒地面控制部分地面控制部分泄油阀泄油阀单流阀单流阀电力传电力传输部分输部分第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理（二）水力活塞泵采油（二）水力活塞泵采油液马达液马达高压泵机组高压泵机组井下器具管柱结构井下器具管柱结构井口井口高压控制管汇高压控制管汇计量装置计量装置动力液处理装置动力液处理装置地面管线地面管线抽油泵抽油泵滑阀控制机构

46、滑阀控制机构系系统统组组成成油井油井装置装置地面地面流程流程水力活塞泵井下机组水力活塞泵井下机组第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理 开式水力活塞泵采油系统开式水力活塞泵采油系统工作原理工作原理动力液地面动力液地面加压加压；油管或专用动力液管油管或专用动力液管输送输送；动力液被动力液被传至传至井下液马达处；井下液马达处；滑阀控制机构滑阀控制机构换向换向；动力液动力液驱动驱动液马达；液马达；液马达液马达做往复做往复运动运动；液马达通过活塞杆带动液马达通过活塞杆带动抽油泵抽油泵做往复做往复运动运动；原油被增压原油被增压举升举升。第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理（三）

47、水力（三）水力射流泵射流泵采油采油高压泵机组高压泵机组井下器具管柱结构井下器具管柱结构井口井口高压控制管汇高压控制管汇计量装置计量装置动力液处理装置动力液处理装置地面管线地面管线系系统统组组成成油井油井装置装置地面地面流程流程射流泵射流泵第四节第四节 深井泵采油技术原理深井泵采油技术原理 射流泵采油井下系统示意图射流泵采油井下系统示意图工作原理工作原理动力液地面动力液地面加压；加压；油管或专用动力液管油管或专用动力液管输送输送；动力液被动力液被传至传至井下喷嘴；井下喷嘴；通过喷嘴将通过喷嘴将压能转换动能压能转换动能；嘴后形成嘴后形成低压区低压区；动力液与油层产出液在喉管中动力液与油层产出液在喉管中混合混合；经扩散管经扩散管动能转换成压能动能转换成压能；混合液的压力提高后被举升到地面混合液的压力提高后被举升到地面。水力射流泵排量、扬程取决于喷嘴面积与喉管面积的比值。