有杆泵工艺分为地面和井下两部分,地面部分是电动机作为动力,通过抽油机带动井下抽油杆做上下往复运动;井下部分是抽油杆带动抽油泵柱塞做上下往复运动——油管产水,套管产气。有杆泵主要设备包括抽油机、抽油杆柱、抽油泵及辅助设备,有杆泵设备见图4-2。
图4-2 有杆泵设备
(1)抽油机
抽油机是地面驱动设备,最常用的就是游梁式抽油机。游梁式抽油机主要由游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装备等四大部分组成。工作时,电动机的传动经变速箱、曲柄连杆机构变成驴头的上下运动,驴头经光杆、抽油杆带动井下深井泵的柱塞做上下运动,从而不断地把井中的流体抽出井筒。
游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构,其整机结构特点像一架天平,一端是抽油载荷,另一端是平衡配重载荷。对于支架来说,如果抽油载荷和平衡载荷形成的扭矩相等或变化一致,那么用很小的动力就可以使抽油机连续不间断地工作。
(2)抽油杆柱
抽油杆是抽油机井的细长杆件,它上接地面抽油机的光杆,下接井下抽油泵,抽油杆柱的作用是把地面设备的运动和动力传递给井下抽油泵柱塞做上下往复运动。抽油杆单根长度为7.6m或8m,材质一般是钢或玻璃钢,在油管内用内螺纹箍一根根连接起来,一直延伸到地下储层处的活塞上,通过往复运动来泵送流体。
钢制抽油杆根据抗拉强度分为C、D、K、H级,其中,C级仅用于无腐蚀气井,D、K、H级抗腐蚀性逐级增强。玻璃钢抽油杆重量轻,仅为钢杆的1/3,而抗拉强度大,是钢杆的8倍,且耐腐蚀。
(3)抽油泵
抽油泵是排采设备,由泵筒、柱塞、游动阀、固定阀组成。按照泵在油管中的固定方式分为管式泵和杆式泵,见图4-3。
图4-3 抽油泵
①管式泵。管式泵是将泵筒在地面组装好,直接连接在油管下部成为一个整体,一起下到设计的泵挂深度处固定,再把柱塞连接在抽油杆的下端下入泵筒。
管式泵结构简单,成本低,相同油管直径下允许下入的泵径比杆式泵大,所以排量大,但起泵下泵时需起下全部油管,且修井作业复杂、费用高。
②杆式泵。杆式泵是将泵筒和柱塞、抽油杆在地面组装好,随抽油杆下入到油管内预定位置固定。
杆式泵结构比较复杂,成本高,相同油管直径下允许下入的泵径比杆式泵小,所以排量较小,但其检修只需要在油管中提出泵体而不需起下油管,作业方便。(www.xing528.com)
(4)辅助设备
①抽油杆扶正器。针对井筒有一定倾斜或下泵较深的情况,防止抽油杆在井下发生偏磨,对抽油杆起到扶正的作用,采用较耐磨的金属或工程塑料制成,见图4-4。
图4-4 抽油杆扶正器
②井下分离器。由于抽吸系统效率不同程度地受到气体的影响,为提高井下气液分离效果,降低气体对深井泵的影响,提高泵效,增加排液量,在泵吸入口加装高效井下分离器,见图4-5,以减少气体对泵的干扰。
图4-5 高效井下分离器
新型高效井下分离器由重力式分离器和螺旋式分离器串联构成,能实现液、气、砂三相分离,气体进入油管、套管环形空间,砂粒落入沉砂管中,除砂后的井液进入泵内,从而提高泵效,延长检泵周期,可广泛用于排水采气井,操作方便。
在采油工程中,分离器是为了减小气体对泵的影响,提高泵效,对煤层气另有意义:这里的分离器本身就是双层套管,气水混合物经分离器后,流体流动方向改变,液体在套管中向下流动,进入内管,直接抽出,气体在环空中直接向上运动,直接进入井筒套管内。
③抽油杆减震防脱器。抽油杆减震防脱器用于释放抽油杆在上下往复运动的过程中因井斜、交变载荷作用产生的附加扭矩,其工作原理是当防脱器下接头产生的附加扭矩传递到防脱器内部的转动机构时,下接头带动转动机构发生转动,从而避免扭矩的传递,如同活接头,释放扭矩,避免抽油杆柱变形,以至于降低杆柱的抗拉强度和连接螺纹松扣造成杆柱滑脱、断脱。
④井口装置。井口装置包括光杆密封器、密封防喷盒、特殊三通等。光杆密封器安装在井口油管头上部,在抽油机需要较长时间停止运行时起到密封油管内气、液流体,安全保护的作用。密封防喷盒安装在井口最上部,抽油机运行时起密封抽油杆的作用,避免气、液外溢。
⑤防砂管柱。地层出砂对机抽工艺有很大影响。如果地层出砂严重,在机抽时含砂液体进入泵筒,对柱塞磨损极大,造成密封不严,漏失量增大而排不出水,或造成卡泵、抽油杆折断。因此,应做好气井的清砂和防卡泵工作,并采用防砂管柱(图4-6)和整体泵筒深井泵(图4-7)。
图4-6 防砂管柱结构示意图
图4-7 整体泵筒深井泵结构简图
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