淺議影響泵效的原因及提高泵效的措施

1、淺議影響泵效的原因及提高泵效的措施 一、 泵的排量及泵效活塞上、下活動一次叫一個沖程。根據(jù)泵的工作原理可知，在一個沖程內(nèi)完成進油與排油的過程。在理想情況下，活塞上、下一次進入和排出的液體體積都等于活塞讓出的體積v?；钊蠜_程：吸入泵內(nèi)的油量v=fp.s式中 fp活塞面積，m2 ；s 光桿沖程長度，m。排出井外體積v 1=（fp fr）s式中 fr 抽油桿的截面積，m2?；钊聸_程：泵吸入的油的體積v將通過游動凡爾排到活塞上部的管中，由于有相當沖程長的一段光桿從井外進入油管，因此，將排出井外體積v 2= frs所以活塞每一沖程（活塞上、下一次）排出井外的油體積v= v 1+v 2=（fp fr）

2、s+ frs=fps,即每一行程吸入泵內(nèi)油的體積分上、下沖程兩次排出井外。每日排量qt=1440nv式中qt泵的理論排量，m3/d；n沖次， 次/min；其余符號同前。在抽油井生產(chǎn)中，實際抽出的液量q，一般都比理論產(chǎn)量qt低，兩者的比值叫抽油系數(shù)，或叫泵效，用表示，即：=q/qt愈大，說明泵的工作實效愈好，但在正常情況下，若達到0.70.8,就認為泵的工作是良好的。只有自噴井剛轉入抽油時，油井連抽帶噴，此時的才接近或大于1。實際生產(chǎn)中，往往低于0.7，甚至很低。這是由于深井泵受各種因素影響的結果。二、 影響泵效的因素（一）沖程損失的影響由于抽油桿、油管在工作過程中承受交變載荷，從而引起抽油桿和

3、油管的彈性伸縮，使活塞沖程小于光桿沖程，并減少了活塞讓出的體積，造成泵效降低。以下就靜載荷及慣性載荷引起抽油桿、油管彈性變形，及其對活塞沖程的影響介紹如下：1 1靜載荷對活塞沖程損失的影響當驢頭從下死點開始上行時，游動凡爾關閉，液柱重量作用在活塞上，使抽油桿發(fā)生彈性伸長，抽油桿雖然由下死點向上走了r距離，即懸點從位置a移到b，但活塞尚未發(fā)生移動，所以抽不出油，r即為抽油桿柱的伸長。油管由于卸去液柱重量而縮短一段距離t，懸點位置由b移至c，此時雖然通過抽油桿帶著活塞一起向上走了t的距離，但活塞與泵筒之間仍無相對運動，因此，抽不出油來，吸入凡爾也仍是關閉的。當驢頭位置由c繼續(xù)向上移動時，活塞才與泵

4、筒發(fā)生相對位移，井口出油，吸入凡爾打開吸入液體，一直移到上死點d點，走完上沖程。由上述可知：驢頭沖程為s而活塞沖程為sp。則s-sp=r+t 同理，懸點由上死點開始下沖程時，吸入凡爾關閉，排出凡爾打開，液柱載荷由抽油桿移到油管上，使抽油桿縮短r，油管伸長t。當驢頭下行=r+t 距離之后，活塞與泵筒才有相對運動，才開始抽油。因此，下沖程與上沖程一樣，活塞沖程比驢頭沖程小值，稱為沖程損失。由于沖程損失使泵效降低的數(shù)值為l：=（s-sp）/s=/s值根據(jù)虎克定律算出：=wll /e(1/fr+1/ft)=fprll2 /e(1/fr+1/ft)對于多級抽油桿，以2級為例，值為：=wl/e(l1/fr

5、1+l2/fr2+l/ft)式中沖程損失，m；wl上、下沖程中靜載荷之差，即液柱載荷，wl= fprll*10-4，n；fp、fr、f t活塞、抽油桿、油管截面積，cm2 l抽油桿柱總長度，m；1 液柱重量，n/m3；e 鋼的彈性模數(shù)，2.1*107n/cm2l1、l2 每級抽油桿的長度，m；fr1、fr2 每級抽油桿的截面積，cm2例田 井油管直徑21/2（外徑73毫米、內(nèi)徑62毫米），選用38毫米桿式泵，下泵深度為1400米，由直徑7/8 抽油桿580米；直徑3/4抽油桿820米組成二級抽油桿柱，井內(nèi)液體重度為8600n/m3，驢頭沖程為1.8米，試計算沖程損失及對泵效的影響。解 wl =

6、 fpl1=/4d2l1=3.14/4*0.0382*1400*8.6=13.648kn(或13648n)查表3-4得7/8、3/4抽油桿的截面積分別3.8平方厘米、2.85平方厘米。ft =/4（7.32-6.22）=11.65平方厘米=wl/e(l1/fr1+ l2/fr2+l/frt)=13684/2.1*107(580/3.8+820/2.85+1400/11.68)=0.36米對泵效的影響=/s=0.36/1.8=20%2.慣性載荷對活塞沖懸點上升到上死點時,抽油桿在向上最大慣性載荷作用下減載而縮短,因此,懸點到上死點后,抽油桿在慣性力作用下帶著活動塞仍繼續(xù)上行,使活塞比靜截變形時,

7、向上多移動一段距離。當懸點下行到下死點時，抽油桿受到向下的最大慣性力，使抽油桿伸長，活塞又比靜截荷變形時向下多移動一段距離。由上述可知：在慣性載荷作用下，使活塞沖程比只有靜載荷變形時要增加pp=+式中 p由于慣性載荷的作用，使活塞沖程增加的數(shù)值。根據(jù)虎克定律計算：p =+=l/fre.wrsn2/2*1790(1-r/l)+l/fre.wrsn2/2*1790(1+r/l)= wrsn2l/1790 fre上式中由于抽油桿柱上各點所承受的慣性力不同,計算中取其平均值,即取懸點慣性載荷的一半.靜載荷和慣性載荷對活塞沖程的影響為:慣性載荷引起的抽油桿柱變形會使活塞沖程增大，有利于提高泵效。但慣性載

8、荷增加會使懸點最大載荷增加，最小載荷減小，抽油桿受力情況變壞。因此，通常并不采用快速抽汲增加慣性載荷的辦法來增加活塞沖程。（二）氣體對泵效的影響當活塞在下死點位置時，在泵的排出凡爾與吸入凡爾之間有一定的距離，這個距離叫防沖距，兩凡爾間的泵筒容積叫余隙容積。當泵入口處的壓力低于飽和壓力時，抽汲時總是氣、液兩相進入泵內(nèi)，而氣體進入泵內(nèi)占據(jù)一定的體積，必然減少進入泵內(nèi)的液體量使泵效降低。進氣嚴重時，甚至發(fā)生“氣鎖”，即在抽汲時由于氣體在泵內(nèi)壓縮和膨脹，使吸入和排出凡爾無法打開，出現(xiàn)抽不出油的現(xiàn)象。 調(diào)整前受氣體影響調(diào)整后氣體影響減弱,工況變好柳87-31井調(diào)整前后泵效對比表調(diào)整前調(diào)整后動液面m121

9、0動液面1232沉沒度m124沉沒度102產(chǎn)液量m34.42產(chǎn)液量5.12泵效%22.6泵效25.9氣體的影響程度通常用充滿系數(shù)表示，即每一沖程吸入泵內(nèi)的原油體積與活塞上沖程讓出的體積之比。=vo/vp 式中vp 上沖程活塞讓出的體積；vo 每沖程吸入泵內(nèi)的油的體積。以r表示進入泵內(nèi)的油氣比，即：r= vg/vo可以看出：vp+vs=vg+vo=vo(1+r)vo= (vp+vs)/(1+r),而vo=vo+vs=( vp+vs)/(1+r)- vs帶入式中，得=vo/vp=(vp+vs)/(1+r)vp- vs/ vp（余隙比），則=（1+k）/（1+r）- k=（1- k r）/1+ r很

10、明顯，越大，泵效越高。從式中可以看出：與油氣比r及余隙比k有關。k值越小，值越大，而要減小k值，就必須減小余隙vs或增大活塞沖程來增加vp。因此，在保證活塞不撞擊固定凡爾的條件下，盡量減小防沖距，即減小余隙。r值越小，值越大，通常為了降低r值，而采用增加泵的沉沒度，使自由氣更多的容于油中的方法；或安裝氣錨，使氣體在未進入泵之前就在泵外分離掉。（三）、漏失的影響漏失會使泵效降低。常見的漏失包括以下幾種：1）油管漏失包括絲扣漏、腐蝕穿孔漏、制造缺陷的管壁砂眼、裂縫漏等。2)選泵不合理活塞與襯套的配合間隙過大，通過間隙的漏失量與間隙的三次方成正比例的增加，而與活塞運動速度成反比。因此間隙過大造成的漏

11、失可通過合理選擇泵的級別來決定。泵工作正?；钊c襯套明顯漏失柳92-33泵效對比表活塞與襯套漏失正常工作動液面m560動液面580沉沒度m864沉沒度844產(chǎn)液量m37.95產(chǎn)液量10.36泵效%58.0泵效62.73）深井泵的零件磨損或被卡，包括襯套與活塞工作面、凡爾、凡爾座因磨損或被卡而引起的漏失。在以下幾種情況下容易造成磨損或被卡：（1）井內(nèi)液體含有腐蝕性物質，如含硫的氣體，會很快腐蝕泵的零件，使凡爾變脆而損壞。（2）油井出砂，帶砂液體對凡爾磨損非常嚴重，對活塞和襯套的磨損也較嚴重。（3）結蠟會使凡爾關閉不嚴，甚至結蠟凡爾和活塞。（4）由于井身彎曲，抽油桿與油管壁發(fā)生磨擦，落下的金屬碎屑

12、墊住凡爾球造成漏失。同時由于偏磨，造成活塞與襯套一邊間隙增大，加大漏失量。嚴重時可以把油管磨穿。（5） 有些井，由于鋼制部分發(fā)生磁化現(xiàn)象，把凡爾球吸在凡爾罩的側旁而不能正常工作。通常防磁化的方法是應用瓷制的凡爾球。（四）泵筒未充滿的影響若油層能量低，或沉沒度較小時，有時活塞的運動速度大于所吸入液體的運動速度，供油跟不上，原油來不得充滿活塞所讓出的泵筒空間，而活塞已開始下行，出現(xiàn)充不滿的現(xiàn)象。使泵的充滿系數(shù)減小，泵效降低。同時，活塞下行時還可能與液體發(fā)生沖擊，引起整個抽油桿系的振動，遇到這種情況，一般是加深泵的沉沒度，或選擇合理的抽汲參數(shù)來解決。三、提高泵效的措施泵效是反應抽油設備工作效率及管理

13、水平的重要指標。泵效除與泵工作情況有關外，又同油層條件有密切的聯(lián)系。因此，為了提高泵效必須對油井及油層兩方面采取措施。對于油層的措施，主要是提高和維持油層能量，保證有充足的供油能力。對于注水開發(fā)的油田，合理注水是保證高產(chǎn)、高泵效的根本措施；對于井底附近油層物性不好，可采取增產(chǎn)措施提高井底附近油層的滲透率，提高油層供油能力。對于油井反面的措施主要有以下幾點：（一）選擇合理的工作方式當抽油機已選定，在滿足生產(chǎn)的前提下，應以獲得高泵效作為出發(fā)點對三個參數(shù)進行調(diào)整，即在f、s、n的乘積不變的條件下調(diào)整三個參數(shù)，一般是長沖程、慢沖數(shù)、小泵徑的原則。在滿足油井生產(chǎn)的前提下，盡量采用小泵徑，這是因為在同樣泵

14、掛深度與產(chǎn)量的條件下，泵徑越小，光桿負荷就越小，這樣就可以減少沖程損失，有利于提高泵效。在生產(chǎn)中，對于原油乳化嚴重或比較稠的井，一般采用大泵徑、大沖程、慢沖數(shù)。這是因為粘度大的原油通過小泵徑的工作筒時，阻力很大，在活塞往返一次的時間內(nèi)，液體不能充滿工作筒，使泵效降低，采用較大的泵徑就可以改善充滿程度。在滿足產(chǎn)量要求的前提下，盡量選用慢沖數(shù)，因沖數(shù)快時，抽油桿柱上載荷變化頻率高，桿柱的慣性載荷大，沖程損失減小，卻增加了光桿負荷；如沖數(shù)太快，活塞上移速度大于液體進入泵筒的速度時，供油跟不上，泵筒來不得充滿液體，當活塞向下時，將撞擊液面引起桿柱振動，使泵效降低，且使抽油桿易發(fā)生彈性疲勞，縮短使用壽命

15、。但沖數(shù)也不能太慢，太慢將增加漏失的程度。參數(shù)太大,造成管串漏失參數(shù)下調(diào)后工況正常柳87-26井調(diào)整參數(shù)前后泵效對比表管串漏失工況正常動液面m822動液面840沉沒度m781沉沒度763產(chǎn)液量m36.01產(chǎn)液量6.55泵效%26.9泵效29.1在滿足產(chǎn)量要求的前提下，盡量采用長沖程。采用長沖程就可以縮小沖程損失所占的比例，有利于提高泵效；采用長沖程可減小防沖距與沖程的比值，因此，可減少氣體對泵效的影響。但是，長沖程也有不利的一面，即加大沖程會使減速箱的扭距加大，因而需要較大功率的電動機。（二）將油管下端固定由于靜載荷的變化，引起抽油桿柱和油管的彈性伸縮而造成沖程損失。因此，用管錨將油管下端固定

16、，則可消除油管變形，減少沖程損失。（三）合理利用氣體能量，減少氣體和砂子的影響對于由自噴剛轉抽的井，可合理控制套管氣，使深井泵在一定深度條件下增加泵的沉沒壓力，提高泵口吸入壓力，提高泵的充滿程度，使大量氣體到活塞以上分離，膨脹舉油，連抽帶噴，從而提高油井產(chǎn)量和泵效。對于正常抽油的井，為了提高泵的充滿系數(shù)，應盡量減小余隙容積；增加泵的沉沒度減少進泵的油氣比。減少氣體影響的另一種措施是在泵的入口處安裝氣錨。氣錨的種類很多，但他們的工作原理都是利用油、氣相對密度的差異，氣泡總是上浮這一規(guī)律為根據(jù)的。首先氣泡隨油流向氣錨時，在套管與氣錨孔眼部分的環(huán)型空間進行分離，氣泡上浮一部分。剛進入氣錨筒的油氣，液

17、體為水平流動，而氣泡則部分上浮到氣錨頂部，從頂部孔眼排到套管環(huán)型空間。另一部分氣泡被液流帶至氣錨孔環(huán)型空間下部。被液流帶至氣錨孔環(huán)型空間下部的氣泡，在活塞下沖程中，泵停止呼吸，液流速度為零，此時氣泡便上浮至氣錨頂部并排到套管環(huán)型空間中。對于含砂井，要防止砂進入泵的工作筒，對于油層膠結差、疏松，造成出砂的井，可通過修井造一人工井壁；由于工作制度不合理，井底壓差過大造成油層出砂的井，可通過制定合理的工作制度減少油層出砂，此外，現(xiàn)場常采用的方法是在泵的進口安裝砂錨。砂錨的作用是將油和砂在井下未進泵前就分離開。其原理是在油流速度和方向改變時，沙子由于相對密度大而從油中沉淀出來。目前，現(xiàn)場大都采用回轉式砂錨。當深井泵工作時，油從入口進入進油管，當流出噴嘴時，由于管徑變大流速降低，砂子在重力作用下沉落到錨的底部，油從進油管與錨體的環(huán)型空間進入泵中。清除錨中的砂子時，將錨體起出，擰掉底座，將砂子清除后裝好