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周______节总序第________次上课时间______年__月__日章节内容水力活塞泵采油授课类型单一型教学目的1．掌握水力活塞泵的结构组成、井下机组工作原理2．熟悉水力活塞泵的起下操作及故障分析重点与难点重点——(一)动力液系统及动力液(二)井下泵装置类型难点——水力活塞泵的起下操作水力活塞泵的故障分析教具多媒体课件参考资料于云琦的《采油工程》石油工业出版社天津工程职业技术学院第页教案天津工程职业技术学院第1页课程提纲水力活塞泵采油一、水力活塞泵装置的组成和分类(一)动力液系统及动力液1．动力液系统一般按如下方式进行分类：(1)按系统管理的井数分：有单井系统和中心站多井系统。(2)按动力液排出方式分：有开式动力液和闭式动力液循环系统。①开式动力液系统②闭式动力液系统(3)按动力液流动方向分，有正循环和反循环系统。①正循环系统是将动力液从装泵的油管注入；②反循环系统是动力液从未装泵的流动通道注入；在射流泵中应用较多。2．动力液(二)井下泵装置类型1．插入固定式水力活塞泵井下机组随动力油管从油管中下人井底。2．套管固定式水力活塞泵井下机组随动力油管下入井底，并固定在一个套管封隔器上。固定式泵装置是将井下泵固定在油管底部，随油管一起下人井中。3．平行管自由(投入)式教案天津工程职业技术学院第2页4．套管自由式上述四种类型都属于开式动力液系统，特点是排出的废动力液与原油混合上升至地面。二、水力活塞泵井下机组工作原理(一)水力活塞泵的结构(1)泵(2)液马达（二）水力活塞泵的工作原理1．水力活塞泵系统的工作原理2．液马达的工作原理3．泵的工作原理4．水力活塞泵的气锁三、水力活塞泵的起下操作(一)下泵操作规程1．下泵前的准备2．投泵操作(二)起泵操作规程四、水力活塞泵使用范围及故障分析(一)水力活塞泵使用范围1．深井和超深井的开采2．定向井的开采3．小井眼油井的开采4．稠油的开采5．多蜡井的开采(二)水力活塞泵抽油井故障分析教案天津工程职业技术学院第3页实测数据偏离理论数据，就要分析原因，排除故障，以保证正常工作。教案：水力活塞泵采油水力活塞泵是一种液压传动的无杆抽油设备，适用于高气油比、出砂、高凝油、含蜡、稠油、深井、斜井及水平井。一、水力活塞泵装置的组成和分类系统主要由三部分组成：地面部分、井下部分和连接地面井下的中间部分。典型水力活塞泵采油系统1—动力液罐；2—三缸高压泵；3—控制管汇；4—井口控制阀；5—井下泵(一)动力液系统及动力液1．动力液系统动力液系统有多种类型，不同系统的地面流程和设备及处理能力不同，选择时要考虑现有设备、场地和投资等因素。一般按如下方式进行分类：(1)按系统管理的井数分：有单井系统和中心站多井系统。(2)按动力液排出方式分：有开式动力液和闭式动力液循环系统。①开式动力液系统②闭式动力液系统(3)按动力液流动方向分，有正循环和反循环系统。①正循环系统是将动力液从装泵的油管注入；②反循环系统是动力液从未装泵的流动通道注入；在射流泵中应用较多。教案天津工程职业技术学院第4页2．动力液一般采用油或水作动力液。用相对密度为0.825～0.876的原油作动力液，杂质含量在15mg/L以下，油的润滑性较好，地面柱塞油泵的维护较少；用水作动力液，要求杂质粒径小于15μm，含盐的质量分数小于1.2％，水对环境污染小，安全性好，但水一般不具备润滑性，易产生腐蚀，粘度低，使井下泵更易漏失。(二)井下泵装置类型水力活塞泵井下机组在井中的安装型式有两种基本类型：固定安装和自由安装。固定安装又分为固定插入式和固定套管式两种；而自由安装也分为平行管自由式和套管自由式两种，如图所示。常用的井下泵装置1．插入固定式水力活塞泵井下机组随动力油管从油管中下人井底。2．套管固定式水力活塞泵井下机组随动力油管下入井底，并固定在一个套管封隔器上。固定式泵装置是将井下泵固定在油管底部，随油管一起下人井中。目前，这种装置已不常用，基本被自由式泵装置取代。3．平行管自由(投入)式包括两个平行管柱。水力活塞井下机组从大直径管柱中循环至井底，并在一个固定阀座上形成密封，上部的密封也进人油管内壁的一个专用环箍处。动力液从大直径管柱中进入井下机组的液动机，而原油和废动力液从小直径管柱中排到地面。自由气从套管中导出。4．套管自由式教案天津工程职业技术学院第5页只需一条管柱下到一个套管封隔器上。水力活塞泵井下机组从管柱中循环至井底并在一个固定阀座上形成密封，上部的密封也进入油管内壁的一个专用环箍处。自由式泵装置是在油管下部装一个泵的井下总成，它由一个密封泵座和多个密封腔组成，通过改变动力液的流向，可以自由地把井下泵下人井底采油或起出地面换泵维修。多数自由式泵装置采用动力液正循环系统。套管式装置用于开式动力液系统中，它采用由封隔器密封的油管和油套管环形空间作为流动通道。平行式装置在开式动力液系统中是采用两根平行油管完井，对闭式动力液系统还要一根动力液排出管，气体可以从油管和套管之间的环形通道排出。上述四种类型都属于开式动力液系统，它的特点是排出的废动力液与原油混合上升至地面。不同的安装型式对水力活塞泵的工作参数（排量)影响很大。在同一直径油层套管的油井中，采用平行管自由式方案的排量最小。当油井产量低于l00m3/d时，采用自由式安装较合理，而当油井产量大于l00m3/d或更多时，采用固定式较合理。二、水力活塞泵井下机组工作原理(一)水力活塞泵的结构井下水力活塞泵由液马达和泵通过空心活塞杆相连组成，液马达和泵可以有一个或多个。(1)泵单作用泵仅在上冲程或下冲程时向地面排液，双作用泵在上冲程和下冲程都向地面排。教案天津工程职业技术学院第6页双作用水力活塞泵(2)液马达马达活塞面积与泵柱塞面积可以不同，马达活塞面积越大，泵的排出压头越高，泵柱塞面积越大，泵的排量越高。为了使液马达往复运动，动力液必须交替注入马达活塞上下腔，马达阀用于完成这一功能。（二）水力活塞泵的工作原理1．水力活塞泵系统的工作原理高压动力液经动力液管柱注入井中，驱动水力活塞泵上的液马达，使动力液高压势能转变为往复运动的机械能。马达驱动泵，泵将机械能转变为液体的静压，使产出流体采到地面。2．液马达的工作原理SHBф43／200型自由式双作用水力活塞泵1—油管；2—井下机组；3—油层套管；4—上排出阀；5—上吸人阀；6—上液缸；7—活塞杆；8，17，22—通道；9—滑阀；10—阀芯；11，19，20—孔；12—泄压孔；13—吸人流道；14—下液缸；15—下吸入阀；16—下排出阀；18—上部换向槽；21—滑阀开孔；23—下部换向槽；24—泵工作筒；25—固定阀；26—套管封隔器3．泵的工作原理SHBф3/200型自由式双作用水力活塞泵为例。(1)上冲程(2)下冲程4．水力活塞泵的气锁水力活塞泵也存在气锁。当吸入流体含游离气时，在泵排出冲程末端，一部分流体会存留在余隙容积中，压力等于泵排出压力。教案天津工程职业技术学院第7页泵柱塞反向运动，余隙容积中的气体膨胀，压力同时降低。压力未降到泵的吸人压力，吸入阀不会打开，泵的有效冲程长度减少，严重时会使吸入阀打不开，这种现象称作气锁。三、水力活塞泵的起下操作水力活塞泵在油井投产之前，把井口流程倒成正循环方式，用动力液进行正循环洗井，直至把井筒洗清洁为止，这时可进行下泵投产。(一)下泵操作规程1．下泵前的准备(1)首先要与地面高压泵站联系，提供充足的动力液进行动力液循环。单体水力活塞泵应有水泥车、罐车保证投泵需要。(2)新井投产或作业后开井，先进行动力液地面循环，检泵井冬季地面循环不允许中断。(3)打开清蜡闸门，投入固定阀后关闭，再开生产闸门，使固定阀落人井中。(4)新井或作业后油井开井时先正循环洗井，根据泵挂深度和套管内径，确定洗并排量和所需总液量，一般洗井液能够在井筒中循环三周以上。(5)老井检泵，待井下泵起出后循环洗井1h，然后正循环洗井两周。(6)将水力泵装人防喷管内，安装好捕捉器，反时针旋转吊环，直至锁住水力活塞泵为止。2．投泵操作(1)检查防喷管上放空闸门是否关严(2)缓慢打开投泵高压控制阀，使高压动力液由防喷管顶部进人防喷管，同时检查各连接部位有无渗漏，如有渗漏，要关闭投泵高压控制阀，放空后处理。(3)打开清蜡闸门，把清蜡闸门全部打开。(4)顺时针旋转捕捉器吊环，释放捕捉器使泵投入井中。(5)缓慢关小生产闸门，当听到井下泵通过采油树四通后再开大生产闸门，缓慢试关清蜡闸门，待井下泵确实已人井后关死清蜡闸门。(6)关闭投泵高压控制阀，打开放喷管放空阀门放空，吊住放喷管，卸开活接头或螺纹，卸下防喷管。(7)投泵完毕后，检泵工通知计量站值班工人注意观察泵的工作情况，发现问题及时汇报。(二)起泵操作规程(1)将井口流程倒成反循环，即动力液从油套环形空间进入，教案天津工程职业技术学院第8页从油管返出。(2)缓慢提高排量，排量控制在4～5m3/h，观察反循环干线压力变化判断井下泵是否离开泵座，起泵干线压力一般不超过5MPa，若超过时，则认为起泵不正常。(3)对起泵不正常井，可采用提高排量，提高干压的办法试行。若干线压力与泵压平衡，泵仍离不开泵筒时，可用水泥车大排量、高泵压反循环起泵。仍起不出时，可上修井设备起油管换泵。(4)在起泵的整个过程中，要有专人在流量控制管汇调节流量，确保其正常工作。(5)井下泵循环到井口后，保持动力液反循环，值班人员通知检泵班，开始起泵、换泵。(6)地面装配防喷管，反时针方向旋转捕捉器吊环至锁紧位置，挂好投捞泵吊线，吊起。井口安装好防喷管，连接高压和低压连通管线。(7)先倒地面循环，再全部打开清蜡闸门，慢开起泵控制阀，缓慢关小同侧生产闸门，利用油管压力和动力液循环压力将井下泵推人防喷管。(8)当听到井下泵撞击捕捉器被捉住的声音后，开生产闸门、慢关清蜡闸门，再关起泵控制阀。防喷管先放空后，再卸开捕捉器堵头，吊出井下泵。四、水力活塞泵使用范围及故障分析对比其他型式的抽油设备，水力活塞泵的一个重要优点是具有较高的效率，而且随着油井动液面的降低，它的效率减小不多。(一)水力活塞泵使用范围水力活塞泵特别适用于下述油井的开采。1．深井和超深井的开采2．定向井的开采3．小井眼油井的开采4．稠油的开采5．多蜡井的开采水力活塞泵的缺点是需向井中下放双层油管(指固定插入式和平行管自由式)，增加了设备的金属消耗量和投资，提高了井下修理劳动量和维修费用；同时又限制了井下机组的尺寸，使结构复杂化。(二)水力活塞泵抽油井故障分析水力活塞泵在正常工作状态下，其主要技术参数均近似于理论技术参数，如工作压力、动力液流量、混合液流量、冲次等。如实教案天津工程职业技术学院第9页测数据与此相等，则抽油井工作基本正常。如实测数据偏离理论数据，就要分析原因，排除故障，以保证正常工作。课堂小节一、水力活塞泵装置的组成和分类(一)动力液系统及动力液(二)井下泵装置类型二、水力活塞泵井下机组工作原理(一)水力活塞泵的结构（二）水力活塞泵的工作原理三、水力活塞泵的起下操作四、水力活塞泵使用范围及故障分析复习预习要求1.复习所学内容，2.预习下部分内容作业1.浏览石油工程网站2.课后思考题课后记天津工程职业技术学院第页