什么是无杆泵油回收？
一、潜水泵电潜泵(以下简称潜水泵、电潜泵或电泵)是国内外应用最广泛的无杆泵之一。地面电源通过变压器、控制面板、电缆将电能输送到井下电机，电机带动多级离心泵的叶轮转动，将电能转化为机械能，将井内液体提升到地面。
1.系统组成潜水泵系统主要由电机、保护器、气液分离器、多级离心泵、电缆、控制面板、变压器和接线盒等组成，如图6-37所示。
图6-37典型电潜泵系统
1)电机潜水电机用于驱动离心泵，其工作原理与地面电机相同。当潜油电机频率为60Hz，转速为3500r/min，功率范围为5.6~745.7kW时，串联使用即可获得所需功率。其中填充的润滑油用于润滑，电机运转产生的热量传递到井液中冷却电机。潜水电机必须安装在井产流体流动的地方。
2)保护器保护器起到连接电机和泵，隔离电机油和井液，平衡轴和电机内压力的作用。运行时，电机内的润滑油因温度升高而膨胀，保护器内有足够的空间储存溢出的润滑油，防止电机压力过高；当油温下降，体积缩小时，保护器中的油补充到电机中。保护器外壳可作为润滑油的附加冷却面，并可罩住承受泵轴重力和各种不平衡力的推力轴承。
3)当气液分离器泵的吸入气液比超过10%时，泵的特性变差，甚至出现气锁。气液分离器作为泵的吸入口，可以将吸入泵内的气体控制在泵的容许范围内，减少气体对泵的影响。沉降分离器只能处理气液比低于10%的井液，分离效率低于37%。该旋转分离器可处理气液比小于30%的井液，分离效率达90%以上。分离器可以根据泵吸入口的自由空气量来选择，泵的最小吸入压力和输出也可以由分离器的容量来决定。
对于含气量高的井，先进的气体处理装置可以使气体和液体在泵内均匀混合，像单相流动一样，防止气锁，大大提高泵的气体处理能力。
4)井下电机动力传输有圆形电缆和扁平电缆。扁平电缆用于电机和套管环形空间小的井中。电缆中可以有多股铜线或铝线，导线与外线之间的绝缘层必须耐温、耐压、耐腐蚀。绝缘层被铅护套覆盖，并由金属铠装保护。不同类型的电缆有不同的电压降。
5)控制面板控制面板能自动控制系统的启动和停止，具有短路、过载、欠载保护和欠载延时自动启动功能。它可以随时测量电流和电压，跟踪系统的运行状态。变频控制盘可以在30 ~ 90 Hz范围内任意改变井下电机的频率和转速，灵活调节泵的排量，但不会向井下传输功率瞬变。软启动功能可以减少机组的损坏。控制面板的电压在600～4900伏之间
6)变压器变压器利用电磁感应原理，将电网电压转换成井下电机和地面系统所需的电压。
7)接线盒井口和控制面板之间必须安装接线盒。其作用是将上升到井口的天然气沿缆芯排出，防止控制盘产生电火花时天然气直接进入控制盘引起爆炸。
单向阀、放油阀、扶正器、传感器和变速驱动装置为可选附件。单向阀的作用是在停泵时保持油管柱充满流体，便于开泵，降低功耗。防止液体倒流使装置反转，烧毁电机，损坏轴和轴承。抽卸油管时，放油阀可防止管内液体流到地面。放油阀安装在单向阀的上方，与单向阀同时使用。扶正器使泵和电机在井内居中，有效冷却电机，防止电缆摩擦损坏。传感器用于测量井下压力和温度，便于自动控制。
2.不同安装方式的潜水泵系统的组成和用途是不同的。
标准安装法(图6-37)主要用于油井采油，自下而上包括电机、保护器、气液分离器、多级离心泵等辅助部件。标准安装方法允许产出的液体流经马达以冷却马达。
底部吸入口的安装方式自下而上依次为吸入口、泵、排出口、保护器、电机。流体从插入井底的尾管进入泵，并从环空排出。底部吸入口的安装方式可以提高排量和效率，适用于油管摩阻大或泵径大的井。
底部出料口的安装方式自下而上依次为出料口、泵、吸入口、保护器、电机。流体从油和套管的环形空间进入泵内，从尾管排出到较低的层位。底孔安装方式适用于油田注水开发或气井排水采气。
3.离心泵的工作特性井下多级离心泵由单级离心泵串联而成，是提升液体的关键部件。单级离心泵由安装在泵轴上的叶轮和固定在泵壳上的导轮组成。井下多级离心泵的工作原理与地面多级离心泵相同:叶轮旋转的离心力将流道内的液体加压加速后从出口排出，将机械能转化为流体的压力能和动能。导轮的流通面积逐渐增大，使部分动能转化为静压。然后，流体进入下一级叶轮和导轮。重复这个过程，直到泵的出口达到所需的压力。
离心泵的特性是指排量、扬程、功率、效率和转速之间的关系。排量是指单位时间内泵输送的流体体积。压头是指单位质量流体所获得的能量，也称为有效压头或扬程。功率是指电机传递给叶轮的功率，称为泵的轴功率。有效功率是指泵内流体所获得的功率。有效功率与泵轴功率之比就是效率。泵轴单位时间的转数称为转速。
泵的特性曲线一般为固定转速，在相对密度为1，粘度为1 MPa·s的清水中测得，称为泵的标准特性曲线，代表单级泵的工作特性，如图6-38所示。当泵吸入的气液比小于10%时，可采用泵的标准特性曲线，否则需要减少进入泵内的游离气或采用两相泵的特性进行设计。离心泵的实际工作特性非常复杂。
图6-38泵的标准特性曲线
由于各种因素，实际压头一般低于理论压头。沿叶轮通道的阻力会产生水力损失；高压液体通过叶轮和导轮间隙泄漏造成容积损失；摩擦会造成机械损失。
气体占据了泵腔的部分空间，减少了进入泵的液体。气体降低流体的密度，影响泵的功率和各种能量损失，使泵的特性变差，偏离单相液体的特性。气体过多会导致泵内流体无法排出，导致排液中断。这种现象被称为气锁。停泵可使泵内气体上升，消除气锁。
当泵内流体的压力低于饱和蒸汽压时，就会产生小气泡。气泡流入高压区后会凝结破裂，产生很大的冲击力。这种现象类似于水锤，称为气蚀。气蚀会损坏泵，使泵的工作特性变差，排量和效率降低。足够的泵吸入压力可以防止气锁和气蚀。
4.电潜泵井管理为了提高作业效率，延长系统寿命，电潜泵必须在最高效率点附近工作；泵的额定排量和压头应与井的生产能力相协调；电机功率必须满足举升流体的需要。如果油井产能预测不准确，油藏动态发生变化，选泵不当，油井生产就会不协调，造成超负荷或欠负荷运行。应取总产量、准确产量、含水率、生产气油比、油压、套压、电流卡、动态液面、静态液面位置等生产数据。控制合理的生产压差，保证泵的高效运行。当油井产量在泵的最佳排量范围内时，应连续运转，这是潜水泵的最佳工作制度。如果泵的排量大于油井的供液能力，可以换成小排量泵，从地面注入部分液体，或者利用控制面板的带负荷延时重启功能实现自动间歇生产，但频繁启停会降低潜水泵的使用寿命。
潜油电泵排量小、含蜡量高的油井可能结蜡。玻璃油管防蜡、刮蜡器、热油循环、热电缆和化学清蜡可以保证潜油电泵井的正常生产。其中，玻璃管和化学药剂最为有效。应注意刮蜡器的下入深度以清除蜡。加热法会造成电缆起泡，加速电缆绝缘层老化。
为了保证潜水泵长期正常运行，减少故障，水泵机组应经常维护。当发现问题时，要准确判断原因，尽快排除故障，提高潜油电泵井的运行时间率，取得更好的经济效益。
二、液压活塞泵液压活塞泵是一种靠液压传递动力的无杆抽油设备。它从地面向井内注入高压动力液，驱动井下马达运转。电机活塞带动泵柱塞往复运动，将机械能传递给产出液，使其获得足够的能量到达地面。该系统主要由动力液罐、地面泵、控制管汇、井口控制阀和井下泵组成，如图6-39所示。
图6-39液压活塞泵系统
a-动力液罐；b-三缸高压泵；c-控制管汇；d-井口控制阀；E—井下泵1。动力液系统地面动力液系统根据管理的井数分为单井系统和中心站多井系统；根据动力液的排放方式，分为开式和闭式两种。不同的系统具有不同的设备、地面流程和处理能力，因此在选择时应考虑现有设备、场地和投资成本。
在封闭系统中，动力流体和地层流体不混合。动力液添加化学药剂成本低，地面分离设备简单，但动力液需要返回管道。动力液不能稀释和降低重油的粘度。封闭系统主要用于海洋和城市。
在开放系统中，动力流体和地层流体混合，通过同一通道返回地面，因此井筒结构简单。热力流体可以稀释粘稠的地层流体，但加入的润滑、防腐、除氧等化学物质会被地层流体稀释，造成很大的损失。
动力液的质量对系统的维护成本和使用寿命有很大的影响。使用原油作为动力液具有更好的润滑性，地面活塞泵维护量少，所需化学品少，成本低。以水为动力液，环境污染小，安全性好，但没有润滑作用，容易引起腐蚀和泄漏，需要脱氧。动力液可根据现场条件和投资成本选择。
2.井下泵装置按动力流体的流向可分为正循环系统和反循环系统。在正循环系统中，动力液从有泵的油管注入，从无泵的流道返回。在反循环系统中，动力液在没有泵的情况下从流道注入，在有泵的情况下从油管返回，以保护套管和减少摩擦。
根据安装方式，井下泵装置可分为自由式和固定式。本发明操作简单方便，通过改变动力流体的流向即可完成泵送作业。泵由正循环动力液下泵至井底，泵由反循环抽出维修，减少了停泵时间和作业成本。安装在泵下部的压力计可用于产能测试和中途测试，便于自动化管理。启动泵后，可以对地层进行各种措施和操作。独立式装置中井下泵的直径受到油管尺寸的限制。固定装置的井下泵安装在油管底部，泵的直径不受油管尺寸的限制，但检查和换泵时必须上下拉动油管。固定装置主要用于高产井。
根据完井方式，井下泵装置分为套管式和平行式。套筒装置用于开式动力流体系统，油和套筒的环形空间作为流动通道。如果气体体积太大，可以在环空中安装排气管。同心管插入套管装置可用于大型套管，两油管之间的环空作为流动通道，外油管与套管之间的环空排出气体。在开放系统中，平行装置使用两根平行油管完井；封闭系统还将增加一个动力液排放管。气体从油管外部和套管内部的通道排出。并联装置主要用于需要排放气体和保护套管或套管已损坏的井。
与地面动力流体系统相对应，井下装置也分为开式和闭式两种。目前常用的有套管自由曲面正循环开式动力液压系统装置和并联自由曲面正循环开式动力液压系统装置。
3.工作原理井下液压活塞泵包括电机、泵和连接它们的空心活塞杆。可以有多个马达和泵。单作用泵只在上冲程或下冲程向地面排放液体，而双作用泵在上冲程和下冲程都向地面排放液体。图6-40显示了单作用井下泵装置。
图6-40单作用井下泵装置
注入井中的高压动力流体驱动液压活塞泵上的马达往复运动，将高压势能转化为机械能。电机驱动泵，将机械能转化为液体的静压力，使产出的液体有足够的能量流向地面。
马达由马达缸套、马达活塞、马达阀、阀杆和马达出口组成。在下冲程，马达阀向下，高压动力液进入马达活塞的上腔，活塞下腔的低压动力液从马达出口排出。在下冲程结束时，马达阀向上移动，动力液向相反方向流动。在上行冲程中，高压动力流体进入马达活塞的下腔，马达活塞的上腔中的低压动力流体被排出。在上行冲程结束时，电动阀向下移动，动力液回流，开始下一个循环。
电动阀，也称为换向阀，在每个交替的半冲程中改变动力液的流向。马达阀通过换位将动力液交替注入马达活塞的上下腔，推动马达活塞往复运动，带动泵柱塞运动。
泵的主要部件有缸套、柱塞、吸入阀、排出阀和平衡管。在下冲程，电机活塞带动泵柱塞向下运动，泵柱塞下腔压力上升，吸入阀关闭，排出阀打开，泵排出高压流体。同时，泵柱塞上腔中的压力下降，排放阀关闭。当泵腔内的压力降至吸入阀的开启压力时，地层流体被吸入。在上行冲程，马达活塞驱动泵柱塞向上移动。同样，通过改变泵内上下腔的容积，控制泵腔内的压力升降，打开和关闭吸入阀和排出阀，将地下液体提升到地面。
马达活塞面积越大，泵的排出压头越高；泵柱塞的面积越大，泵的排量就越大。
液压活塞泵也有间隙和气锁。当吸入流体含有游离气体时，在泵排出冲程结束时，气体被压缩在间隙中的流体中。当泵柱塞反方向运动时，间隙中的气体膨胀，压力缓慢下降，泵吸入阀的开启滞后，泵的有效冲程减小。严重的时候吸入阀一直打不开，泵抽不出油。这是气闸。
4.排量如果将驱动电机的动力流体视为不可压缩流体，则电机的实际排量等于动力流体流量。马达的有效排量就是马达出口的流量。有效排量与实际排量之比就是电机效率，与泄漏有关。泄漏取决于配合间隙、动力液粘度、磨损等。当电机实际排量远小于额定排量时，电机阀动作不协调；当实际排量接近额定排量时，电机使用寿命短。
泵的有效排量是泵在吸入条件下排出的地层流体的体积流量。游离气占空间，溶解气会使液体膨胀，使地面排量不同于泵的地下排量。泵的实际排量是指在吸入条件下通过泵的地层流体的体积流量。有效排量与实际排量之比就是泄漏率。泄漏效率用于描述泄漏、气体减少有效冲程或造成间歇性气锁的综合影响。泵的额定排量是在吸入条件和额定转速下的实际排量。实际排量应小于额定排量。额定排量液压活塞泵的选择必须满足排量要求，并与油井产能相协调；应有足够的举升压力，以保证所需的井口余压。
三、水力喷射泵水力喷射泵简称喷射泵。其生产系统由地面储液罐、地面高压泵和井下喷射泵组成。喷射泵和液压活塞泵的井下组件可以互换。喷射泵井下装置也分为自由式和固定式，两者均采用开式动力流体系统。
射流泵在井下没有运动部件，对高温深井、高产井、含砂、腐蚀介质、稠油、高气油比油井适应性强。其结构紧凑，也适用于斜井和水平井。喷射泵可自由打捞，灵活方便，可用于产能测试，维护成本低。
1.喷射泵的结构和工作原理。喷射泵通过两种流体之间的动量交换来传递能量。典型的无套管井下喷射泵如图6-41所示，主要由喷嘴、喉部和扩散器组成。喷嘴相当于喷射泵的电机，将动力液体的高压势能转化为高速动能。喉部是一个直径大于喷嘴出口的长圆柱体，高速动力液和低速产出液在其中充分混合并交换动量。扩散管的横截面沿流动方向逐渐增大，将动能转化为静压，使混合流体获得足够的能量上升到地面。
图6-41无套管井下喷射泵
2.压力损失喷射泵的能量损失包括摩擦损失和混合损失，其大小与流体性质、流量、压力和泵的结构参数有关。摩擦损失存在于喷嘴、吸入室、喉部和扩散器中。适当的设计可以消除吸入室的摩擦损失。混合损失主要发生在喉部，其他部位很少发生。喉部的长度是影响混合损失的主要参数。选择泵时必须考虑这些因素，摩擦损失和混合损失之和最小为最佳选择。同时，所选泵必须满足井对排量和举升高度的要求，不发生气蚀时效率最高。
3.气体影响气体所占据的体积，从而减少泵的液体排量。气体也会影响泵中的压力损失。吸入室内的压降将导致脱气和滑移。气体造成混合速度和浓度分布极不均匀，降低了泵的效率。气体的影响随泵的结构变化很大。同时，气体的提升作用有利于降低排出管的压力损失。
气蚀对喷射泵的正常运行有很大影响。喷嘴和喉部之间的环形区域是泵中产出液体的吸入区域。环形面积越小，吸液速度越高，喉口压力越低。当吸入压力低于流体的蒸汽压时，会产生小气泡。当气泡进入喉部的高压区时，会凝结破裂，从而腐蚀泵。这种现象称为气穴现象。发生气蚀时，增加动力液的流量并不会增加输出。对于一定的输出和吸入压力，刚好能避免气蚀的环形面积称为最小气蚀面积。
喷射泵需要较高的吸入压力以避免气蚀，因此其应用受到限制。喷射泵工作在最高效率点时，一般需要较大的沉没度。为了避免低吸入压力下的气蚀，射流泵可以以牺牲泵效为代价用于更多的低压深井，所以射流泵的泵效较低，所需输入功率高于水力活塞泵。
4.螺杆泵是一种新型的机械采油装置。它工作可靠，容积效率高，耐磨性好，适用于高粘度、高含砂量、高含气量原油的开采。随着合成橡胶和胶结技术的发展，螺杆泵采油已成为稠油冷采和聚合物驱油田的主要举升方式。
螺杆泵装置可分为地面驱动和井下驱动两种。地面驱动螺杆泵主要由驱动系统、连接器、抽油杆柱和井下泵组成，抽油杆柱旋转驱动井下螺杆泵。井下驱动螺杆泵的电机、保护器、螺杆泵安装在井下。典型的系统如图6-42所示。
图6-42井下驱动螺杆泵
螺杆泵由单个旋转螺杆(转子)和一个固定衬套(定子)组成。如图6-43所示，e为螺杆的偏心距，衬套的内表面为橡胶。螺杆沿衬套的内表面滚动，使螺杆的轴线绕衬套的轴线转动，所以螺杆和传动轴必须用万向轴或偏心联轴器连接。
图6-43螺杆泵结构示意图
电缆将动力传输到井下电机，电机带动螺杆泵旋转，使产出的液体获得足够的能量排放到地面。当螺杆在衬套中偏心旋转时，它形成一系列密封的空腔。当泵吸入端密封腔的容积增加时，腔内压力下降，流体进入。随着螺杆的旋转，腔室开始关闭并移动到出料口，压力持续上升。当一个密封腔消失时，另一个相同的密封腔形成，因此位移非常均匀。对于同一系列的螺杆泵，排量随着扬程的增加而减小。不同类型的螺杆泵有不同的特性，一般通过清水试验来获得，以供选择和设计。
对试题的思考
1.为什么我们最想采用自喷采油的方法？
2.流入动态关系是什么？单相流和溶解气驱的IPR曲线有哪些？
3.无因次IPR曲线有什么特点？Vogel方程描述了什么关系？
4.什么是采油指数？单相渗流和油气两相渗流的采油指数有何异同？
当r=pb=20MPa，井底流压为12MPa时，产油量为60m3/d..(1)计算这口井的最大产量；(2)计算井底流压为10MPa时的产量，绘制IPR曲线。(3)如果FE=0.8，结果会有怎样的变化？
6.描述两相垂直管流的流型和特点？
在内径为7.62mm的油管中，液体流量、气体流量和持液率分别为0.8m3/s、0.6m3/s和0.7，并计算出滑脱速度。
8.阻风门的作用是什么？阻流有什么特点？
9.怎样才能达到临界流动状态？
10.什么是协调工作点？油井如何实现协调生产？
11.有哪几种节点？节点分析法的基本思想是什么？
12.基本气举系统包括哪些部分？
13.请描述气举阀的类型、功能和工作原理。
14.简述气举装置的类型及其适用条件。
15.请描述连续气举的卸载过程。
16.常规间歇气举的每个循环可以分为哪些阶段？
17.简述连续气举和间歇气举的异同。
18.气举的启动压力和工作压力是多少？
19.有哪些类型的抽油机？
20.游梁式抽油机的主要部件是什么？型号是什么？
21.请描述一下抽油泵的类型、基本结构和工作原理。
22.有杆泵抽油过程中中、下冲程油井产油吗？多少钱？如何计算泵的理论排量？
=Wr+WL .
24.井下泵深Lp=1200m，泵径D=56mm，冲程S=3m，冲程数n=12min-1，抽油杆直径22mm，油管内径62mm，外径73mm，产液平均密度ρ L = 850kg/。计算悬挂点的最大和最小载荷。
25.为什么抽油机要平衡？有哪几种平衡方法？平衡的基本原理是什么？
26.分析影响泵效的主要因素及提高泵效的措施。
27.气体影响和供液不足的典型示功图有何异同？
28.解释连续抽喷、固定阀严重泄漏、抽油杆断裂的典型示功图特征。如何区分它们？
29.有杆泵抽油系统的光杆功率、水力和效率是什么？
30.无杆泵采油包括哪些方法？各有什么特点？
31.潜水泵系统包括哪些部分？
32.在潜水泵井中，产出的液体为什么一定要流出电机？
33.潜水泵井，为什么需要使用高效井下气液分离器？
34.液压活塞泵的开式系统和闭式系统各有什么特点？
35.采油方法有哪些？它们各自的采油原理是什么？