影響抽油泵泵效因素分析

1、影響抽油泵泵效因素分析 內(nèi) 容 一、抽油泵漏失狀況分析 二、抽油泵閥球啟閉造成的排量損失分析 三、泵腔未充滿造成泵效損失及應(yīng)對措施 四、抽油桿柱、油管柱伸長對泵效影響分析 五、認識及建議 一、抽油泵漏失狀況分析 通常認為抽油泵漏失對泵產(chǎn)量影響較大，用戶便采用小間隙抽油泵以減少漏失；以38、44、57三種常用規(guī)格抽油泵的常用間隙（2、3、4號間隙）的漏失情況為例進行理論計算和試驗統(tǒng)計分析：在GB/T18607抽油泵及其組件規(guī)范附錄B中，上述三種泵的理論最大漏失量規(guī)定值見圖一；根據(jù)理論最大漏失量規(guī)定值推算抽油泵每天理論排量的泵效損失見表一；漏失量試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計平均值見表二。圖一 抽油泵配合間隙理論最

2、大漏失量規(guī)定（極限）值注：試驗壓力:10MPa ；試驗介質(zhì)為10號輕柴油；單位:最大漏失量 mL/min表一 推算抽油泵每天理論排量的泵效損失注：1、抽油泵工作時，上沖程排液過程中產(chǎn)生漏失，下沖程進液過程中不產(chǎn)生漏失；每天產(chǎn)生漏失量12(小時)X60(分種)X最大漏失量（mL/min）X106。2、沖程X沖次單位為m/min；理論排量、漏失量單位為m3/d。表二 漏失量試驗統(tǒng)計平均值注：1、數(shù)據(jù)來源：對一定數(shù)量、某一規(guī)格、某一間隙抽油泵漏失量試驗值統(tǒng)計計算平均值，對其計算12小時（相當(dāng)抽油泵實際工作一天）的漏失量。 2、2號間隙漏失量統(tǒng)計了160臺,3號間隙漏失量統(tǒng)計了120臺，4號間隙漏失量

3、統(tǒng)計了60臺。計算出表一中的漏失量及相應(yīng)的泵效損失，泵效損失在0.977.25之間，根據(jù)表二試驗數(shù)據(jù)推算出的泵效損失在3%以下。抽油泵實際生產(chǎn)中，受泵掛深度加深等因素影響，漏失量會增加；隨著井液粘度的增加，漏失量會減少；目前國外研究認為由于抽油泵為間隙滑動密封，35%的漏失將會起到很好的潤滑作用，能夠延長抽油泵工作壽命，根據(jù)井況選擇合理間隙、密封段長度以保證所需的漏失量是必要的，如印度尼西亞采用10號間隙長度為3英尺的柱塞用于稠油油井，美國CDI公司采用7號間隙等；從計算分析中看出抽油泵漏失造成的液量損失一般小于5%，目前采油現(xiàn)場抽油泵泵效為2565，造成泵效損失并不完全是抽油泵漏失造成的，漏

4、失造成抽油泵系統(tǒng)效率的減少一般小于5%。 二、抽油泵閥球啟閉造成排量損失分析：閥球啟閉滯后會造成抽油泵排量損失，只要泵腔存有氣體或未充滿就會造成閥球啟閉滯后；閥球開啟所需壓差約為0.003MPa（非常?。?而造成排量損失的主要原因應(yīng)該是游動閥球開啟時產(chǎn)生向上的撞擊力造成柱塞上部抽油桿柱彎曲變形所產(chǎn)生的沖程損失，而這部分損失往往被忽略。抽油泵工作上沖程（泵吸液）轉(zhuǎn)化為下沖程（泵排液），即泵腔由低壓腔轉(zhuǎn)化為高壓腔時，柱塞上游動閥球開啟產(chǎn)生向上的瞬時沖擊力較大，與下行的抽油桿柱相互作用，造成柱塞上部較細的抽油桿柱在壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生較大的彎曲變形，從而造成較大的沖程損失，降低抽油泵排量。上沖程轉(zhuǎn)換為下

5、沖程時，柱塞下行對泵筒充液腔產(chǎn)生的壓力通過閥座孔作用于閥球上的力必須大于閥球承受的液柱壓力，閥球才能打開，受力分析見圖一，在打開瞬間，這個力作用在整個閥球上，通過閥球、閥罩將力傳遞給抽油桿柱。F4圖二 閥副啟閉受力示意圖D1：閥球直徑 mm；d1：閥座孔徑 mm；D2：柱塞直徑 mm；P1：閥球關(guān)閉時，作用于閥球上的液柱壓強 MPa；F1：閥球關(guān)閉時，作用于閥球上的液柱壓力 N，F(xiàn)1=/4D12P1；P2：閥球打開瞬間，作用于閥座上的壓強 MPa（即泵充液腔壓強）；F4圖二 閥副啟閉受力示意圖F2：閥球瞬間打開后，P2通過閥座孔作用于整個閥球上的力 N，F(xiàn)2=/4d12P2；F2F1時，閥球才

6、能打開；F3：閥球瞬間打開后，作用于閥球下部壓強與上部壓強的壓差產(chǎn)生的對閥球的沖擊力 N，F(xiàn)3=/4D12（P2-P1）；F4圖二 閥副啟閉受力示意圖F4：上沖程轉(zhuǎn)為下沖程后，抽油桿柱推動柱塞下行，使柱塞下部泵腔變?yōu)楦邏呵贿_到壓強P2時，所需的桿住下行力，根據(jù)作用力與反作用力原理，這個力將反向作用于抽油桿柱上，為抽油桿的軸向壓力 N； F4=/4D22（P2-P1）。F4圖二 閥副啟閉受力示意圖 按1000米泵掛深度計算（不考慮沉沒度和井口回壓），設(shè)定作用在閥球上的液柱壓強為10 MPa；則閥球打開瞬間，作用于閥球上的壓強P2、閥球?qū)η蚯坏淖矒袅3、產(chǎn)生壓強P2所需的桿柱下行力F4（即作用于

7、抽油桿上的軸向壓力）。常規(guī)閥副基本尺寸參數(shù)和P1、 P2見表三； F3、 F4見圖三。表三 閥副基本參數(shù)泵徑mm32384457D1 mm19.0523.8328.5834.93d1 mm14.9018.2022.2027.40P1 MPa10P2 MPa16.3517.1416.5716.25圖三 游動閥開啟造成沖擊力F3、桿柱軸向壓力計算值F4 從表中計算數(shù)據(jù)可以看出，在1000米泵掛時，閥球開啟瞬間對閥腔的撞擊力在1800N以上，柱塞下行力對桿柱造成的軸向壓力在5000N以上，隨著泵掛的加深，產(chǎn)生的力將更大；抽油桿為細長桿，在軸向載荷壓力作用下，穩(wěn)定性較差，抽油桿柱處于失穩(wěn)（屈曲）狀態(tài)，

8、失穩(wěn)后，即使在微小力的作用下，引起的變形也將會顯著增加；抽油桿柱受到的軸向壓力和失穩(wěn)狀態(tài)下的變形，造成抽油泵在下沖程時與抽油機運動不同步，即抽油泵柱塞實際運行長度少于抽油機的沖程長度，產(chǎn)生的沖程損失，使抽油泵排量降低，大大影響著抽油泵的有效功率。圖 四 抽油桿長度與臨界壓力關(guān)系 由于在深井中，柱塞上下、泵筒內(nèi)外壓力不同，油井井液粘度大、會造成柱塞下行阻力大，也會產(chǎn)生抽油桿柱彎曲失穩(wěn)情況的發(fā)生，造成泵效損失。 三、泵腔未充滿造成泵效損失及應(yīng)對措施由于油井存在含氣、油稠、抽油泵沉沒度低、泵掛位置存在斜度等情況，會造成抽油泵泵腔井液未充滿、閥球開閉滯后等現(xiàn)象，致使抽油泵排液量下降，嚴(yán)重影響了泵的系統(tǒng)

9、效率。這部分因素取決于油井工況，國內(nèi)外針對油井工況研制了特種抽油泵以提高泵腔液體的充滿度，抽油泵與油井工況有機結(jié)合是提高油井產(chǎn)量的基礎(chǔ)。1、氣體影響及應(yīng)對措施： 當(dāng)油井含氣量較大時，會造成抽油泵充滿度低，當(dāng)氣液比達到30m3/m3時，泵效就會明顯下降；嚴(yán)重含氣井可降低泵效90%，氣鎖造成抽油泵不出液的現(xiàn)象也時有發(fā)生；并且含氣造成的液擊現(xiàn)象會產(chǎn)生較大的振動載荷，使抽油機、抽油桿柱受力狀況變差，抽油桿柱軸向壓力變形增大，沖程損失加大。 應(yīng)對措施：使用防氣抽油泵，配套氣錨、定期放套管氣、加深泵掛等工具等；將會平均提高抽油泵泵效10%以上，可大大提高含氣油井的系統(tǒng)效率。 研制的適宜在含氣井中工作的防氣

10、抽油泵有：游動閥強制啟閉抽油泵、長柱塞排氣防氣泵、雙泵筒中空防氣泵、環(huán)形閥防氣泵、兩級壓縮防氣抽油泵、變間隙（抽油泵上部間隙大）防氣抽油泵、防氣鎖游動閥等，可根據(jù)含氣狀況加以選擇。2、稠油影響及應(yīng)對措施： 國內(nèi)對稠油油井進行較多的研究試驗表明：進泵井液粘度在500mPas以下，泵效可達40%；進泵井液粘度在1000mPas，抽油泵能夠正常工作，但泵效很低；如果進泵井液粘度達到20003000mPas，即使采用抽稠油泵，泵效也很低，應(yīng)采取降粘措施。在遼河、克拉瑪依、河南等油田有較多的稠油油井，由于稠油流動性差，粘滯力大，井液進入泵筒的阻力大，抽油泵的充滿度低；同時造成抽油機上下沖程載荷變化大，惡

11、化了抽油機、抽油桿的受力狀況，易造成采油設(shè)備的損壞；較大的下行阻力加大了桿柱沖程損失，造成抽油泵泵效低。 稠油開采在國內(nèi)外開展了較多的研究并實施了較多的應(yīng)對措施，國內(nèi)適宜稠油生產(chǎn)的抽油泵有：液力反饋抽油泵、串聯(lián)抽油泵、大流道抽油泵、浸入式抽油泵、空心抽油泵（能夠?qū)崿F(xiàn)泵下加重、泵下注入降粘的熱載體、下入加熱電纜）等。抽稠油泵可以提高泵腔充滿度、克服部分粘滯阻力，減少沖程損失，部分抽稠油泵的特殊結(jié)構(gòu)能夠與油井的降粘措施、泵下加重配套，有效減少稠油油井不利因素的影響，可提高抽油泵泵效25%。3、斜度影響及應(yīng)對措施： 隨著水平井、側(cè)鉆井、叢式井的增多，要求抽油泵在傾斜狀態(tài)下工作，此種狀態(tài)下，常規(guī)抽油泵

12、閥副不能及時啟閉，泵效損失可達40%。在室內(nèi)對抽油泵進行傾斜角度下的密封試驗表明：在水平75放置狀態(tài)下，常規(guī)抽油泵的閥球不能密封（需靠外力吸引閥球座封），如果沒有外力作用，壓力試驗機不能夠起壓；在45放置狀態(tài)下，常規(guī)抽油泵的閥球不能及時密封（需要16秒時間）。 應(yīng)對措施就是研制斜井抽油泵，目前生產(chǎn)的斜井抽油泵能夠滿足75斜井的使用要求：如為了增加泵筒剛度對抽油泵增加外管、采用高強度泵筒以減少彎曲變形，采用旋轉(zhuǎn)柱塞或高硬度柱塞以減少偏磨，閥罩采用導(dǎo)向筋結(jié)構(gòu)或配套扶正推桿以保證閥球及時開閉；根據(jù)不同斜度匹配不同結(jié)構(gòu)的斜井抽油泵，以達到合適的性價比。斜井抽油泵可提高其在傾斜狀態(tài)下工作的可靠性及泵效，

13、平均泵效可提高5%左右。4、深井影響及應(yīng)對措施： 該種工況的抽油泵泵掛較深，為2500米以上，液面較低，泵效平均在30%以下，系統(tǒng)效率偏低，致使采油系統(tǒng)能耗大，效益低；抽油泵受力狀況惡化，抽油泵事故較多。 為了加大抽油泵的泵掛深度，開發(fā)了改變泵筒受力狀況的過橋抽油泵懸掛抽油泵、倒置泵筒抽油泵；通過采用特殊泵筒材料如N80油管材料、增加泵筒壁厚（如壁厚為10mm，常規(guī)泵筒壁厚6.35mm）、加大泵筒螺紋規(guī)格的型式提高泵筒強度，以增加抽油泵的下井深度。目前抽油泵的強度能夠滿足最大抽油機載荷允許的下井深度。 深井抽油泵不僅適宜加深泵掛，通過改變泵筒的受力方式、加長泵筒柱塞密封副長度的方式（如采用長度

14、為1800mm的柱塞）減少抽油泵在高壓差（2535MPa）工作條件下的漏失，確保深井采油產(chǎn)量的提高。5、應(yīng)用長沖程抽油泵，提高泵效： 使用長沖程抽油泵是提高泵效的有效方式：如沖程損失為1米，在抽油機沖程為3.6米時，沖程損失造成的泵效損失為28%；如采用7.2米長沖程抽油機，沖程損失將降為14%；泵效將提高14%，油井產(chǎn)量、系統(tǒng)效率將大大提高。同時采用長沖程可減少抽油泵摩擦損壞、減少抽油桿疲勞應(yīng)力損壞、減少桿柱與油管摩擦損壞，提高采油系統(tǒng)的整體性能，保障油井的整體效益。 大港油田新世紀(jì)機械制造公司生產(chǎn)的常規(guī)管式抽油泵、桿式抽油泵沖程長度達到8.5米，能夠與國內(nèi)長沖程抽油機（沖程8米）匹配。通過

15、抽油泵泵筒對接、桿式泵拉桿對接的型式，能夠制造沖程長度達30米的抽油泵。如果有超長沖程的抽油機，經(jīng)過泵筒串接型式容易實現(xiàn)與其配套抽油泵的制造。四、抽油桿柱、油管柱伸長對泵效影響分析 上下沖程過程中，抽油機最大、最小載荷的變化造成抽油桿柱受到載荷由大變小而縮短、油管柱受到載荷由小變大而伸長，抽油桿柱的縮短、油管柱的伸長均造成了抽油泵柱塞的沖程損失，即抽油泵柱塞的實際沖程小于抽油機的沖程，造成抽油泵的實際排量降低。 以3/4、7/8、1 為例計算桿柱縮短變形量見表四。 以2-7/8 為例計算管柱伸長變形量見表五。泵徑不同泵掛（H）深度、不同泵徑條件下，3/4、7/8、1抽油桿的變形量（ m）H=5

16、00H=1000H=1500H=2000H=25003/47/813/47/813/47/813/47/813/47/81380.050.040.270.200.150.110.440.3280.250.780.590.441.20.910.70440.070.050.040.260.200.150.590.440.331.050.780.601.61.220.93570.110.080.060.440.330.250.990.7380.561.761.311.02.82.061.52表 四 桿柱縮短變形量表 五 管柱伸長變形量（m）油管長度500100015001800200025002-7

17、/8油管變形量0.0320.1260.2850.410.5060.791 對表四、表五計算數(shù)據(jù)分析看出，不同泵徑、不同規(guī)格抽油桿所產(chǎn)生的變形量相差較大；對于泵掛10002500m，抽油桿與油管的變形量至少為0.231.49m，占5米沖程的4.6%29.8%，相應(yīng)的泵效損失是較大的。建議措施： a、根據(jù)油井產(chǎn)量、工況，合理選擇抽油泵泵徑規(guī)格、匹配合理的抽油桿柱組合，以減少抽油桿變形；大港新世紀(jì)公司為了方便用戶選擇泵徑，增加了28、50.8、63.5等規(guī)格的抽油泵。 b、對于深井，應(yīng)選擇小泵徑抽油泵，可彌補大泵徑造成大的沖程損失、載荷增大等不利因素造成的影響。 c、使用長沖程工作制度，如沖程損失為

18、1米，在抽油機沖程為3.6米時，沖程損失造成的泵效損失為28%；如采用7.2米長沖程抽油機，沖程損失將降為14%，泵效將提高14%，油井產(chǎn)量將大大提高。同時采用長沖程可減少抽油泵摩擦損壞、減少抽油桿疲勞應(yīng)力損壞、減少桿柱與油管摩擦損壞，提高采油系統(tǒng)的整體性能，保障油井的整體效益。 d、采用油管錨定措施，減少油管變形造成抽油泵排量損失，根據(jù)油井實際情況，在泵掛大于1500米時，應(yīng)考慮配置油管錨。 五、認識及建議（一）、油井產(chǎn)量通過抽油泵輸出，抽油泵與排量關(guān)系密切，是影響系統(tǒng)效率的關(guān)鍵因素。（二）、提高抽油泵系統(tǒng)效率要求根據(jù)油井工況合理匹配與其相關(guān)的參數(shù)柱塞直徑（泵徑）、抽油機工作制度（沖程、沖次）、有效揚程（泵掛深度）等，控制通過抽油泵的氣量，提高井液流動性等措施，提高抽油泵泵腔液體的充滿度。（三）、通過對影響抽油泵排量因素分析，提出游動閥球開啟產(chǎn)生的軸向壓力與抽油桿柱相互作用造成抽油桿柱彎曲，由其造成的沖程損失大大影響了抽油泵的排量及泵的系統(tǒng)效率，是對泵系統(tǒng)效率影響的關(guān)鍵因素。應(yīng)進行減少該因素不利影響的研究。 （四）、抽油泵產(chǎn)量或泵效是