井控设备培训.docx

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井控设备培训

井控设备培训

井控设备作为钻井工程的手段、已发展成一套

完整的井控设备系统。

井控设备为安全钻井提供了

保障保护了钻井人员、钻井设备以及油气井的生

产安全。

为此钻井人员对井控设备必须具有一定

的基础知识和正确而熟练的操作技能。

使井控设备发挥应有的功能确保钻井作业安全、优质与高速使我国的石油与天然气工业获得更大的发展。

什么叫井控装备井控装备是指实施油气井压力控制技术所需的专用设备、仪表和工具的统

称。

（1）预防井喷。

保持井筒内泥浆静液柱压力始终略大于地层压力防止井喷条件的形成。

（2）及时发现溢流。

对油气井进行监测以便尽

早发现井喷预兆尽早采取控制措施。

（3）迅速控制井喷。

溢流、井涌、井喷发生后迅速关井实施压井作业对油气井重新建立压力控制。

（4）处理复杂情况。

在油气井失控的情况下

进行灭火抢险等作处理作业。

三、井控设备的组成

（1）井口防喷器组。

（2）控制装置。

（3）节流与压井管汇。

（4）钻具内防喷工具。

（5）加重钻井液装置。

（6）起钻灌泥浆装置。

（7）钻井液气体分离器。

（8）监测仪表。

井口

防喷器组控制装置节流管汇1节流管汇2压井管汇投入式止回阀旋塞阀箭型止回阀

1箭型止回阀2加重钻井液装置加重钻井液装置起钻灌泥浆装置液气分离器液面标尺液压防喷器的特点关井动作迅速

操作方便安全可靠现场维修方便四、液压防喷器的工作压力与公称通径按中华人民共和国石油与天然气行业标

准SY5053-91《液压防喷器》规定,我国

液压防喷器的最大工作压力共分为5级。

即14MPa、21MPa、35MPa、70MPa、105MPa。

四、液压防喷器的工作压力与公称通径我国液压防喷器常用的公称通径尺寸有

180mm（71/16″）、230mm（9″）、280mm（11″）、346mm（135/8″）、426mm（163/4″）、476mm（183/4″）、528mm（203/4″）、540mm（211/4″）、680mm（263/4″）。

其中现场常用的有230mm、280mm、346mm、540mm。

最大工作压力与公称通径两个参数相互搭配所构成的液压防喷器在SY5052—84《液压防喷器》中确定了28个品种的

规格系列见下表。

我国液压防喷器的系列公称通径最大工作压力MPammin18071/162135

70105

23092135701052801114213570105346135/8213570105426163/414213570476

183/43570528203/421

540211/41435680263/41421五、液压防喷器组合的选用合理选用井控装置组合或配置是安全、顺利、高效钻

井的重要环节。

液压防喷器组合选择包括压力级别、通径尺寸、组合形式及控制系统的控制点数等。

选择液压防喷器组合应考虑的因素主要有井的类别、地层压力、套管尺寸、地层流体类型、人员技术状况、工艺技术要求、气候影响、交通条件、物资供应状况以及环境保护要求等。

总之应能实现平衡钻井确

保钻井安全和节省钻井费用。

六、液压防喷器的型号我国液压防喷器的型号规定型号的字头为汉语拼音字母组成公称通径的单位为厘米并取其圆整值最大工作压力的单位以MPa表示。

即:

单闸板防喷器FZ公称通径—最大工作压力

双闸板防喷器2FZ公称通径—最大工作压力

三闸板防喷器3FZ公称通径—最大工作压力

环形防喷器FH公称通径—最大工作压力环形防喷器是由于其封井元件?

胶芯?

呈环状

而得名。

封井时环形胶芯被迫向井眼中心积聚、环抱钻具。

环形防喷器常与闸板防喷器配套使用。

（1）当井内无钻具时环形防喷器可用以全封井口

简称封零。

（2）当井内有钻具、套管、电缆时环形防喷器可

用以封闭井口的环形空间。

（3）环形防喷器在封闭具有18o坡度的对焊钻杆

时可进行起下钻作业又称强行起下钻作。

根据胶芯形状分为锥形胶芯环形防喷器球形胶芯环形防喷器

组合胶芯环形防喷器当发现井涌需要封井时从控制系统输来的高压油从壳体下油口进入活塞下部关闭腔推动活塞向上运动迫使胶芯向心运动支承筋相互靠拢将其间的橡胶挤向井口中心实现密封钻具或全封闭井口。

打开时液控压力从壳体上油口进人活塞上部开启腔推动活塞下行胶芯在本身

弹力作用下复位将井口打开。

液压动作井压助封顶盖与壳体为丝扣连接液压动作井压助封组合胶芯环形防喷

器的胶芯由内外两层

胶芯组成。

内胶芯包

含有只承筋只承筋沿圆周切向配置支承筋的上下端面彼此

紧靠。

组合形胶芯环形防喷器的胶芯组合形胶芯环形防喷器的工作原理外胶芯纯属橡胶制件

无支承筋而且橡胶较软。

封井时活塞在油压作用下向上移动依靠推盘推举外胶芯外胶芯被迫向中心变形挤压内胶芯内胶芯在外胶

芯的包围挤压作用下向中心收拢变形支承筋则转动相应

角度并向中心平移于是内胶芯的橡胶迅速向中心聚集

从而实现封井。

开井时活塞向下移动内外胶芯依靠自身弹性恢复开井状态。

锥形胶芯球形胶芯组合胶芯

结构复杂程度简单简单复杂

胶芯封零效

果

好好初用时效果差

试几次后效果

好胶芯寿命寿命短寿命长寿命长

外形特征径向尺寸偏

小高度稍高

径向尺寸偏

大高度稍低

径向与高度

尺寸均偏小现场更换胶芯

的方法井内无钻具时,直接更换;有

钻具时,用切割

法井内无钻具时,直接更换;有钻

具时,用切割法井内无钻具时,直接更换;有钻具时,无法更换现场常用锥形胶芯环行防喷器的技术规范型号公称通径

mm

最大工作压力

Mpa

关井时耗

s

液控油压

Mpa

FH23-35

FH28-35

FH35-21

230（9"）280（11"）346（135/8"）

35

35

21

<30

<30

<30

<10.5

<10.5

<10.5现场常用球形胶芯环行防喷器的技术规范型号公称通径

mm

最大工作压力

Mpa

关井时耗

s

液控油压

Mpa

FH28-35

FH35-35

280（11"）

346（135/8"）

35

35

<30

<30

<10.5<10.5井内无钻具时打开顶盖取出已磨损的胶芯放入新胶芯紧固好顶盖即可。

由

于上油腔有防尘圈封闭尽管在现场条件下油腔也不会遭受污染

。

井内有钻具时可采用切割法更换胶芯、如图示。

新胶芯虽有刀割切

口但只要切口规矩平整

仍能有效的封井。

为了便

于在井场更换胶芯在井

口防喷器组中环行防喷器

总是安装在上部。

强行起下钻胶芯的工作状况比较恶劣胶芯磨损严重所

以为使胶芯寿命延长不致过早地损坏必须依照下面程

序进行操作

1、先以10.5MPa的关闭液压关闭防喷器。

2、逐渐减小关闭压力直到有些轻微渗漏然后进行起

下钻作业。

3、注意起下钻应使用带18o坡度接头的钻具4、过接头时起下钻的速度不得大于0.2米/秒

5、若在起下钻时不允许有渗漏那么液控关闭压力应

调节到刚好满足密封为止。

6、当关闭压力达到10.5MPa胶芯仍漏失严重说明

该防喷器胶芯已严重损坏应及时处理后在进行强行

起下钻作业防喷器封闭不严1若新胶芯关不严可多次活动解决。

若支承筋靠拢仍封闭不严则应更换胶芯。

2对旧胶芯有严重磨损脱块已影响胶芯使用应及时更换。

3若打开过程中长时间未关闭使用胶芯使杂物沉积于

胶芯沟槽及其他部位应清洗胶芯并按规程活动胶芯。

防喷器关闭后打不开这是由于长时间关闭后胶芯产生永久性变形老化或是在用于固井后胶芯下有凝固水泥而造成。

在这种情况下只有清洗或更换胶芯。

防喷器开关不灵活

1所有管线在连接前应用压缩空气吹扫。

接头

要清洗干净。

2油路有漏失防喷器长时间不活动有脏物堵塞等均会影响开关的灵活性所以必须按操作规程执行。

环形防喷器的合理使用在现场不做封零实验。

在封井状态下不得转动钻具。

不许用微开环形防喷器的办法泄降套压。

在使用缓冲蓄能器的情况下封井后能通过具有18o坡度的无细扣对焊钻杆强行起下钻作业。

环形防喷器的合理使用液控油压不得超过10.5MPa。

不许长期封井作业。

胶芯、备件应妥善保管。

1、当井内有钻具时可用与钻具尺寸相应的半封闸板封闭井口的环形空间。

2、当井内无钻具时可用全封闸板全封井口。

3、当井内有钻具需将钻具剪断并全封井口时可用剪切闸板迅速剪切钻具全封井口。

4、有些闸板防喷器的闸板允许承重可用于悬

挂钻具。

5、闸板防喷器的壳体上有侧孔在侧孔上连接

管线可用以代替节流管汇循环钻井液或

放喷。

根据所配置的闸板数量分为

1、单闸板防喷器

2、双闸板防喷器

3、三闸板防喷器按闸板形状全封半封按闸板作用液

动

锁

紧

式手

动

锁

紧

式

（1）闸板前部与管子的密封。

（2）闸板顶部与壳体的密封。

（3）侧门与壳体的密封。

（4）侧门腔与活塞杆间的密封。

闸板前部与管子的密封闸

板

顶

部

与

壳

体

的

密

封壳体与侧门之间的密封图井压助封:

井液压力作用在闸板的底部推举闸板使闸板顶部与壳体凸缘贴紧。

显然井液压力愈高闸板顶部与

壳体的密封效果愈好这

就是所谓井压对闸板顶部

的助封作用。

井压助封:

在关井动作过程中闸板

前部有井压所形成的阻力

与此同时其后部也有井压所

形成的。

推力与阻力并不相等如果不考虑关井过程中的各种摩擦素损耗只要油缸活塞上受液压油的作用力

超过等量井压活塞就可以

将闸板推向井眼中心。

闸板受油压推力与前进阻力的关系如果设活塞截面积为A活塞杆截面积为S关井油压为

。

则闸板受油压推力p油忽略锁紧轴的影响那么活塞在关井油腔所受油压推力当为p油Ap油A与前进阻力p井S平衡表达式为

p油A=p井Sp井/p油=A/S设A/S=R称为关闭压力比在结构上A比S大的多国产闸板防喷器其关闭压力比R为5-8即p井/p油=6当p井为14MPa时p油为2.8MPa当p井为21MPa时p油为4.2MPa当p井为35MPa时p油为7.0MPa。

由此看来闸板防喷器关井所需要的液控压力油与所对抗的井压并不相等而是成正比关井所需要的液控压力油一般情况下都不超

过10.5MPa。

自动清沙闸板室底部有两条向井眼倾斜的清砂槽

当闸板开关动作时

遗留在闸板室底部的

泥砂被闸板排入清砂槽并滑落井内。

自动对中在使用半封闸板时闸板压块的前方制有

突出的导向块与相应的凹槽当闸板向井眼中心运动时导向块迫使钻具居中实现顺利关

井。

闸板的浮动和自进式密封闸板总成与壳体放置闸板的体腔有一定的间隙允许闸板在壳体腔内有上下浮动。

平时闸板上部胶芯不接触顶部密封面。

而在闸板关井时闸板室底部高的支承筋和顶部密封面均一渐缓的斜坡能保证在闸板到达密封部位之前闸板与壳体之间有充分间隙。

实现密封时闸板

前端橡胶首先接触钻具在活塞推力下封紧钻具。

可

旋

开

式

侧

门侧

门

紧

固

方

式拆换闸板的操作顺序1、使蓄能器装置上相应的换向阀手柄从开位板到中位。

2、拆下紧固螺栓旋开侧门。

3、液压关井使闸板从侧门腔中伸出。

4、拆下旧闸板装上新闸板新闸板装正、装平。

5、液压开井使闸板缩回侧门腔内。

6、在蓄能器上操作将相应换向阀手柄扳至中位。

7、旋闭侧门上紧螺栓。

8、试压开关侧门注意事项侧门不应同时打开。

侧门没充分旋开或没紧固前都不许进行液压动作。

旋动侧门时液控压力油应处于卸压状态。

侧门打开后液动伸缩闸板时、须挡住侧门。

侧门的旋开角度闸板防喷器的机械锁紧装置闸板防喷器机械锁紧装置的作用1、当闸板防喷器液动关井后采用机械的方法将闸板固定住然后将压力油卸掉以免长期关井蹩

漏油管并防止“开井失控”的误操作事故。

2、闸板防喷器关井时一旦液控系统发生故障

可以手动操作实现闸板关井动作。

闸板防喷器的机械锁紧装置液压关闭锁紧轴随动机构如图示花键轴套式结构外观无法判断简易锁紧装置液压关井后手动顺时针方向同时旋转两个手轮使锁紧轴从活塞内伸出直到锁紧轴台肩紧贴止推轴承处的挡盘为止这时手轮也被迫

停止转动再回旋手轮1/4~1/2圈。

顺旋

到位回旋

解锁方法相反逆旋到位回旋液压关井在远程控制台上操作使蓄能器装置上控制该闸板防喷器的三位四通换向阀手柄扳到关位。

手动锁紧顺时针旋转两操作杆手轮到位后回

旋1/4~1/2圈。

液控压力油卸压在远程控制台上操作使蓄能器装置上控制该闸板防喷器的三位四通换向阀手柄处于中位。

手动解锁逆时针旋转两操作杆手轮到位后

回旋1/4—1/2圈。

液动开井在远程控制台上操作使蓄能器装

置上控制该闸板防喷器的三位四通换向阀手柄处于开位。

液控压力油卸压在远程控制台上操作使蓄

能器装置上控制该闸板防喷器的三位四通换向阀手柄处于中位。

闸板防喷器关井时一但液控失效可

采用手动关井。

其操作步骤是首先将蓄能器装置上控制该闸板防喷器的三位四通换向阀手柄扳到关位。

手动关井顺时针旋转两操作杆手轮到位后回旋

1/4—1/2圈。

操作蓄能器装置上三位四通换向阀手柄使之处于中位液控压力油卸压中位压力油卸压

开位高压油进开井腔、低压油回油箱活塞杆的二次密封

装置是为闸板防喷器

活塞杆与侧门腔的一次

密封失效后采取紧急

补救措施而设置的。

预先填放好二次密封脂专用扳手妥善保管。

闸板防喷器投入工作时

应将观察孔处的螺堵卸下。

挤注二次密封脂不可过量以不滴液为准。

1、半封闸板的尺寸应与所封管子外径相对应。

2、井中有钻具时禁用全封闸板。

3、长期封井应采用手动锁紧并将压力油卸压。

4、开井前先解锁、后液动开井。

5、手动锁紧或解锁时两手轮必须转够圈数。

6、液动开井后要检查闸板是否全部打开。

7、半封闸板封井后不得转动钻具。

8、进入油气层后每次起钻前应开关检查一次。

9、半封闸板不准在空井时试关井。

10、防喷器封井后应将观察孔处的螺堵卸下。

11、关井时先关环形后关闸板再打开环形。

常见故障及处理方法故障现象产生原因排除方法井内介质从壳体与

侧门连接处流出

1、壳体与侧门之间密

封圈损坏或连接螺栓未上紧2、壳体与侧门密封面有脏物或损坏

1、更换损坏的密封圈

2、紧固该部位全部连接螺栓清除表面脏物修复损坏部位

闸板移动方向与控制阀标示不符控制台与防喷器连接管线接错倒换防喷器的油路管线位置液控系统正常但闸板关不到位闸板接触端有泥砂或其它物质淤积清洗闸板及侧门常见故障及处理方法故障现象产生原因排除方法井内介质窜到油缸内使油中含水气活塞杆密封圈损坏活塞杆变形或表面拉伤更换损伤的密封圈或修复损伤的活塞杆防喷器液动部分稳不住压防喷器油缸、活塞、活塞杆密封圈损坏或密封

表面损伤更换各处密封圈修复密封表面或更换新件

侧门铰链连接处

漏油

密封表面拉伤密封圈

损坏

修复密封表面更

换密封圈常见故障及处理方法故障现象产生原因排除方法闸板关闭后封不住压闸板密封胶芯损坏壳体闸板腔上部密

封面损坏更换闸板密封胶芯修复密封面

液控油路正常不能液压开井闸板被泥砂卡住

清除泥砂加大液控压力概述

旋转防喷器安装在井口防喷器组最上端即卸掉防

溢管、换装以旋转防喷器。

旋转防喷器可以封闭钻杆

与方钻杆并在所限定的井口压力条件下允许钻具

转动实现带压钻井作业边喷边钻。

旋转防喷器在钻开油气层时为防止钻井液柱压力过高而对油气层的污染常采用降低钻井液密度的措

施使钻井液柱压力略低于地层压力保持井

底轻度溢流。

这时井口必须安装旋转防喷器

使井口保持一定的回压边喷边钻这就是欠平衡压力钻井。

WILLIAMS7100控制装置的工作原理油箱里的液压油经进油阀、滤清器后进入电泵或气泵。

电泵或气泵将液压油升压并输入蓄能器储存。

蓄能器由若干个钢瓶组成钢瓶中预充7MPa的氮气。

当蓄能器钢瓶中的油压升至21MPa时电泵或气泵停止

运转。

当蓄能器钢瓶中的油压过份低时电泵或气泵自

动启动往钢瓶里补充压力油液压能源的制备、储存与补充压力油的调节与其流动方向的控制

（1）蓄能器钢瓶里的压力油进入控制管汇后分成两路一路:

经气动减压阀将油压降至10.5MPa再输至控制环形防喷器的换向阀。

一路:

经手动减压阀将油压降至10.5MPa然后再经旁通阀输至控制闸板防喷器与液动平板阀的换向阀管汇中。

压力油的调节与其流动方向的控制当10.5MPa的压力油推不动闸板关井时可打

开旁通阀使蓄能器的高压油直接进入管汇

利用高压油推动闸板关井。

在配有氮气瓶组的装置中。

当蓄能器里的油压

严重不足时可利用高压氮气驱动管路里剩余

的存油、紧急实施防喷器关井动作。

压力油的调节与其流动方向的控制据石油天燃气工业技术标准SY5053-84的规定

FK控制对象数量（用数字表示）

蓄能器组公称总容积L

用数字表示

控制方式无先导则空白

Q--气控Y--液控D--电控

防喷器液压控制系统名称

标牌液控液型陆地钻井

气控液型陆地钻井

电控液型海洋钻井

由于气控液型比液控液型的信号传输快且安全、经济、无污染故气控液型的控制系统得到广泛的应用。

气压遥控

（1）压缩空气经分水滤气器、油雾器后再经气

源总阀输至诸空气换向阀。

（2）空气换向阀控制蓄能器装置上二位气缸的动作。

从而控制蓄能器装置上相应的换向阀手柄

间接控制井口防喷器的开关动作。

（3）控制环形防喷器开关的供油管路上装有气动减压阀。

该阀由遥控装置或蓄能器装置上的调

压阀调控。

（4）遥控装置上的四个压力表其中三个表压是通过压力变送器后、显示蓄能器装置上的三个表压值控制装置的工作原理FKQ4005AFKQ4005A控制装置型号说明FKQ4005A第一次改进控制对象数量5个

蓄能器公称总容积400L

遥控方式气控

地面防喷器控制装置1、储能器?

结构蓄能器由若干个钢瓶

组成每个钢瓶中装有胶囊胶囊中充有7MPa的氮气。

?

工作原理利用储能器胶囊中氮气的压缩、膨胀来储存和

释放能量的。

控制装置主要部件工作原理电泵或气泵将7MPa以上的压力油输入钢瓶当油压到达21MPa时电泵或气泵停止工作。

当油压为21MPa时氮气占钢瓶容积1/3。

钢瓶的数量即控制装置的控制能力应与所控制的数量相匹

配即在停泵不补充油的情况下仅靠蓄能器本身的有效排

油量油压由21MPa降至8.4MPa时所排出的油量的2/3

即可满足全部控制对象各关闭一次的需要主要技术规范单瓶公称容积40升胶囊充氮7?

0.7MPa

单瓶设计压力32MPa单瓶理论充油量油压由7MPa升至21MPa）27升单瓶理论有效排油量

油压由21MPa降至8.4MPa20升现场使用注意事项钢瓶胶囊中只能充氮气充氮应使用专用工具

应在钢瓶无油压的情况下充氮

每月对氮气压力检查一次充氮测量工具:

采用充氮测量工具可直接检

测胶囊中氮气预充压力。

具体

方法是先打开泄压阀使蓄能器

压力油流回油箱关闭泄压阀

然后按图示方法接好充氮具

打开蓄能器顶端旋钮即可读

出氮气压力。

无充氮工具时检测胶囊中氮气压力的方法

采用往储能器里充油升压的方法检测胶囊中氮气法是打开泄压阀使蓄能器压力油流回油箱关闭泄压阀启动电泵往蓄能器钢瓶里充油。

油压未达到氮气预压力时压力油进不了钢瓶蓄能器压力表升压很快当油压超过氮气预压力时压力油进入钢瓶蓄能器压力表升压变慢。

在往蓄能器钢瓶里充油操作时密切注视蓄能器压力表的压力变化压力表快速升压转入缓慢升压的压力转折点即胶囊预充氮气的预压力。

蓄能器钢瓶数的校核在选用控制装置时应对蓄能器钢瓶数进行校核以确保井控作业安全可靠现举例如下设井口防喷器组为2FZ35-21与FH35-21的组合控制装置为FKQ4005A。

已知FH35-21关闭一次耗油74L

21关闭一次耗油13.3L×2液动平板阀开启一2FZ35-

次耗油3L。

那么控制对象各关闭一次液动阀开启一次所需总油量应为74L+13.3L×2+3L=103.6L根据蓄能器钢瓶数的设计与选配原则在停泵不补油情况下只靠蓄能器本身有效排油量的2/3即能满足井口全部控制对象各关闭一次的需要。

因此控制装置的总有效排油量应为103.6L×1.5=155.4L已知单瓶实际有效排油量为17L。

那么控制装置蓄能器的钢瓶数应为155.4L/17L?

10于是钢瓶数量应为10。

FKQ4005A的钢瓶数为10因此FKQ4005A

控制装置是符合技术要求的。

2、电泵电泵用来提高液压油

的压力往蓄能器里输

入与补充压力油。

电泵在控制装置中作

为主泵使用结构与工作原理电泵为三柱塞单作用、卧式、往复油泵。

由三相异步防爆电机驱动它的结构与钻井泵类似

其工作原理也相同。

电泵无缸套柱塞即活塞。

液力端有柱塞密封

装置。

柱塞与拉杆采用钢丝挡圈与联接螺帽的连接方式。

电泵的排量固定是不可调节的。

主要技术规范不同厂家所生产的控制装置其电泵的额定工作压力都是21MPa但泵的排量与电机功率却不相同。

FKQ4005A控制装置配备QB21—50型电泵其主要

技术规范如下额定工作压力21MPa理论排量25.7l/min实际排量24.42l/min每转排量52.778ml/r电机功率15kW现场使用注意事项电源不应与井场电源混淆应专线供电以免在紧急情况下井场电源被

切断而影响电泵正常工作。

电源电压应保持380V电压过低将影响电泵的正常补油工作。

电泵往蓄能器里补充压力油时应卸压启动即蓄能器油压应降至17.5

MPa以下以保护电泵与电机。

控制装置投入工作时电泵的启停应由压力继电器控制即电控箱旋钮应旋至自动位。

压力继电器上限压力调定为21MPa下限压力调定为17.5MPa。

电机接线时应保证曲轴按逆时针方向旋转即链条箱护罩上所标志的红色箭头旋向。

其目的是使十字头得到较好的飞溅润滑。

曲轴箱、链条箱注入20号机油并经常检查油标高度机油不足时应及时补充。

半年换油一次。

柱塞密封装置中的密封圈应松紧适度。

密封圈不应压得过紧以有油微溢为宜。

通常调节压紧螺帽使该处每分钟滴油510滴。

拉杆与柱塞应正确连接。

当钢丝挡圈折断须在现场拆换时应保证拉杆与柱塞端部相互顶紧勿留间隙。

否则将导致新换钢丝挡圈过早疲劳破坏。

3、气泵气泵用以向蓄能器里输入与补充压力油但在控制装置中做为备用辅

助。

当电泵发生故障、停电或不许用电时启用气泵当控制装置需要制备21MPa以上的高压油时启用气泵。

结构与工作原理气泵上部为气动马达下部为抽油泵。

气动马达由钻机气控系统制备的压缩空气驱动。

抽油泵为单柱塞、立式、往复油