1.抽油泵泵效分析(2013.6)

1、1,第一部分    抽油泵泵效分析,中國石油大慶培訓(xùn)中心,2,第一部分 抽油泵泵效分析講述內(nèi)容：一、抽油泵簡介二、影響抽油泵泵效的因素三、提高抽油泵效的措施,3,抽油泵：又叫深井泵，是有桿泵采油的一種專用設(shè)備。抽油泵下在油井井筒中動(dòng)液面以下一定深度，依靠抽油桿傳遞抽油機(jī)動(dòng)力，將原油抽出地面。,一、抽油泵簡介,4,對(duì)抽油泵要求：抽油泵下入深度從幾百米到幾千米，所抽汲的液體中常含有砂、蠟

2、、水、氣及有腐蝕性的物質(zhì)，其工作環(huán)境惡劣，所以要求抽油泵結(jié)構(gòu)簡單，便于起下，制造泵的材料耐磨，抗腐蝕性能好，使用壽命長，加工安裝質(zhì)量高，降低使用故障率。 為了適應(yīng)多種多樣的油井條件，因此設(shè)計(jì)制造的抽油泵的類型很多。,我國抽油泵行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是SY/T5059一91《抽油泵》。,抽油泵實(shí)物圖,5,（一）抽油泵類型 ①按抽油泵的結(jié)構(gòu)和在井內(nèi)安裝的原理，抽油泵分為：管式泵和桿式泵兩種。,6,②按抽油泵用途，抽油泵分為：常規(guī)泵和特種泵兩類。,常規(guī)

3、抽油泵或標(biāo)準(zhǔn)抽油泵：符合抽油泵標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和制造的抽油泵。 特殊抽油泵或?qū)Ｓ贸橛捅茫壕哂袑ｉT用途，或具有與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)或尺寸不同的抽油泵。,7,1.常規(guī)抽油泵 （1）管式泵 a.管式泵的結(jié)構(gòu)：主要由泵筒、固定閥和帶有游動(dòng)閥的空心柱塞組成。 b.管式泵結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：泵筒連接在油管柱的下端，為油管柱的延續(xù)部分，固定閥安裝在泵筒下端，帶游動(dòng)閥的柱塞與抽油桿柱下端連接在一起下入，在泵筒部位工作。,8,c.類型：根據(jù)泵筒的結(jié)構(gòu)不同，可分

4、為組合式泵筒管式泵和整體泵筒管式泵。,9,,d.管式泵的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、價(jià)格便宜。 （2）且油流通道大，在相同油管直徑下允許下入的泵徑大，因此排量大。 （3）適用于產(chǎn)液量高、油井較淺、含砂較多、氣量較小的井使用。 缺點(diǎn)： （1）檢泵和換泵時(shí)必須起出油管，修井工作量大。 （2）不適用于深井。,10,定筒式頂部固定桿式泵示意圖1-油管;2-支承定位密封裝置;3-柱塞;4-游動(dòng)閥;5-

5、內(nèi)工作筒;6-固定閥;7-外工作筒,（2）桿式泵 a.桿式泵的結(jié)構(gòu)：主要由泵筒、柱塞、游動(dòng)閥、固定閥、泵定位密封部分及外工作筒組成。 b.桿式泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：有內(nèi)、外兩個(gè)工作筒。使用時(shí)是把外工作筒隨油管柱下入井中，而后把裝襯套和柱塞的內(nèi)工作筒連接在抽油桿柱下端下井，并插入外工作筒中。起出時(shí)是通過抽油桿柱把內(nèi)工作筒拔出。,11,c.桿式泵的類型 （a）定筒式頂部固定桿式泵 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：泵由泵頂部的固定支承裝置將泵筒固定在

6、油管內(nèi)的預(yù)定位置上。 優(yōu)點(diǎn)：在柱塞運(yùn)動(dòng)時(shí)可將鎖緊裝置四周的砂子沖掉，防止砂卡，起泵作業(yè)容易；泵筒可繞頂部鎖緊裝置這個(gè)支點(diǎn)擺動(dòng)，所以在斜井中下泵時(shí)，不會(huì)損壞；在固定位置深度相同的情況下，泵的沉沒度比底部固定的桿式抽油泵更大，所以更適合低產(chǎn)井和低液面井中使用；頂部固定位置使泵本身具有氣錨作用，可在含氣較多的油井中使用。,定筒式頂部固定桿式泵結(jié)構(gòu)圖,12,（b）定筒式底部固定桿式泵 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：泵由泵的底部鎖緊裝置將泵筒固定在油管內(nèi)

7、的預(yù)定位置上。 優(yōu)點(diǎn)：泵筒不會(huì)因液柱作用而伸長、只受外壓、間隙不會(huì)增大；適合在深井中使用；泵筒可繞底部鎖緊裝置這個(gè)支點(diǎn)擺動(dòng)，可在斜井中使用。,定筒式底部固定桿式泵結(jié)構(gòu)圖,13,（c）動(dòng)筒式底部固定桿式泵 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：泵的泵筒與抽油桿柱連接，并作上下運(yùn)動(dòng)，柱塞通過拉管及底部鎖緊裝置固定在油管內(nèi)預(yù)定位置上的支承套上。 優(yōu)點(diǎn)：用在含砂較多的油井中。因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)泵筒上下運(yùn)動(dòng)，不停地?cái)噭?dòng)井液，砂粒不易沉積在鎖緊裝置上產(chǎn)生卡泵，在周期

8、開采抽油井停抽時(shí)，頂部閥球封閉閥座，油管中的砂粒不會(huì)沉積在泵內(nèi)產(chǎn)生卡泵；固定閥和出油閥都為開式閥罩，流體的局部阻力小，有利于含砂較多的井液排出。,動(dòng)筒式底部固定桿式泵結(jié)構(gòu)圖,14,（二）管式抽油泵工作原理,15,管式抽油泵工作原理可概括為：柱塞上行時(shí)，游動(dòng)閥關(guān)，固定閥開，吸液入泵，排液出井；柱塞下行時(shí)，固定閥關(guān)，游動(dòng)閥開，泵內(nèi)液體轉(zhuǎn)入油管。,16,（1）相關(guān)概念 光桿沖程：抽油機(jī)驢頭上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)在光桿上的最大位移。 柱塞沖

9、程：抽油泵柱塞在井下工作時(shí)，上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的最大位移。 沖數(shù)（沖次）：每分鐘抽油機(jī)驢頭上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)。,（三）抽油泵理論排量,17,（2）理論排量公式 a.體積排量,或,式中 Q理—泵的理論排量，m3/d； D—抽油泵泵徑，m。 S—光桿沖程，m； n—沖數(shù)，r/min； k—與泵徑有關(guān)的系數(shù)。,18,常用抽油泵截面積AP和排量系數(shù)K,19,b.質(zhì)量排量,或,式中 Q理—泵

10、的理論排量，t/d； ρ液—井液的相對(duì)密度。,20,（四）抽油泵泵效 （1）抽油泵泵效 a.抽油泵泵效：抽油井的實(shí)際產(chǎn)液量與抽油泵的理論排量的比值。 計(jì)算公式：,式中 η—抽油泵泵效，%； Q實(shí)—油井實(shí)際日產(chǎn)液量，t／d或m3/d； Q理—泵的理論排量，t／d或m3/d。,21,式中 Q油—實(shí)際產(chǎn)油量，m3/d或t/d； fw—含水率

11、，%。,b.實(shí)際產(chǎn)液量：,c.實(shí)際產(chǎn)油量：,22,【課堂練習(xí)】,練習(xí)1：某抽油機(jī)井使用抽油泵D=38mm，沖程S=3m，沖數(shù)n=6r/min，求該井的理論排量？（29.4m3/d）練習(xí)2：某抽油機(jī)井使用抽油泵D=56mm，沖程S=1.8m，沖數(shù)n=10r/min，井液相對(duì)密度ρow=0.9，求該井的理論排量？（57.43t/d）練習(xí)3：某抽油機(jī)井抽油泵D=38mm，沖程S=3m，沖數(shù)n=6r/min，日產(chǎn)液量為15.6m3/d，求該

12、井泵效？(53.06%)練習(xí)4：某抽油機(jī)井下D=56mm的抽油泵，沖程S=2.4m，沖數(shù)n=9r/min，日產(chǎn)液量為37t/d，液體相對(duì)密度ρow=0.9，原油含水為63%，求泵效和日產(chǎn)油量？（50.8%，12.95t）,23,抽油泵泵效的高低反映了泵性能的好壞及抽油參數(shù)的選擇是否合適等。 影響抽油泵泵效的因素歸納起來有以下四個(gè)方面： 1.抽油參數(shù)的影響 2.設(shè)備因素的影響 3.地質(zhì)因素的影響 4

13、.其他因素的影響,二、影響抽油泵泵效的因素,24,1.工作參數(shù)的影響 如果抽油泵的抽油參數(shù)選擇不當(dāng)，會(huì)降低泵效。 （1）抽油參數(shù)過大的影響,抽汲參數(shù)增大→理論排量增大。 分析：如果抽油泵的理論排量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于油層供液能力，造成供液不足，泵效自然很低。,25,（2）柱塞移動(dòng)速度的影響,概念：柱塞移動(dòng)速度，即2Sn。 分析：當(dāng)S或n提高到一定程度后，使υ柱＞υ液，特別是當(dāng)hs較小時(shí)，結(jié)果： ①原油來不及充滿

14、柱塞所讓出的空間，泵的充滿系數(shù)減小，使泵效下降。 ②產(chǎn)生沖擊載荷，促使抽油桿更快的損壞。,抽油泵工作原理圖,26,（3）沉沒度的影響 ①相關(guān)概念 a.動(dòng)液面 動(dòng)液面深度，Lf 動(dòng)液面高度，Hf b.靜液面 靜液面深度，Ls 靜液面高度，Hs c.沉沒度，hs→Ps,27,②分析：從液體流動(dòng)的阻力看，抽油泵的沉沒度受液體粘度、泵的結(jié)構(gòu)尺寸影響很大。 在油井

15、生產(chǎn)時(shí)，由于hs確定不合理（過?。?，出現(xiàn)泵不能及時(shí)被液體充滿的現(xiàn)象，使泵的充滿系數(shù)降低，導(dǎo)致泵效降低。,28,（4）泵掛深度影響 結(jié)論：泵掛深度過大使沖程損失過大，泵效降低。 沖程損失：光桿沖程與柱塞沖程之差。 形成沖程損失原因：由于上、下沖程過程中桿、管承受交變載荷而產(chǎn)生彈性伸縮，使柱塞沖程小于光桿沖程，從而減少了柱塞所讓出的體積，使泵效降低。,,,,,SP,S,29,a.過程分析： 當(dāng)驢頭從下死點(diǎn)開始上行時(shí)，

16、抽油桿柱因增載而伸長，油管柱因卸載而縮短。 當(dāng)驢頭從上死點(diǎn)開始下行時(shí)，油管柱因增載而伸長，抽油桿柱因卸載而縮短。 在上或下沖程開始后，只有當(dāng)光桿位移一段距離以后，柱塞才會(huì)與光桿同步位移。,①靜載荷對(duì)柱塞沖程的影響,30,b.結(jié)論： 靜載荷減少?zèng)_程，減少量為λ。,抽油桿柱和油管柱彈性伸縮示意圖,31,c.計(jì)算公式： 引起桿柱和管柱變形的力為上、下沖程載荷之差WL′。 （a）單級(jí)抽油桿柱與油管柱的變形如下：,32,

17、式中 λ--沖程損失，m； λr，λt--抽油桿柱、油管柱的彈性變形，m； WL′--相當(dāng)于柱塞截面積以上的液柱重力，N； E--鋼的彈性模數(shù)，2.1×105MPa； AG--抽油桿柱截面積，m2； At--油管金屬截面積，m2； L--抽油桿柱總長度（泵掛深度），m。,33,（b）多級(jí)抽油桿柱與

18、油管柱的變形如下： 以二級(jí)為例：,d.分析：L↑ → WL′↑、λ↑ →η↓。,式中 L1，L2--每級(jí)抽油桿柱的長度，m； AG1，AG2--每級(jí)抽油桿柱截面積，m2。,34,②慣性載荷對(duì)柱塞沖程的影響 a.過程分析： 在驢頭上行到上死點(diǎn)時(shí)，抽油桿柱在慣性力作用下會(huì)帶著柱塞仍繼續(xù)上行，使柱塞比在靜載變形時(shí)向上多移動(dòng)一段距離λ′。 在驢頭下行到下死點(diǎn)時(shí)，抽油桿柱在慣性力作用下會(huì)帶著柱塞仍繼續(xù)下行

19、，使柱塞比在靜載變形時(shí)向下多移動(dòng)一段距離λ″。 b.結(jié)論：慣性載荷增加沖程，增加量為λi。,35,或,c.計(jì)算公式：,式中 S--光桿沖程，m； n—沖數(shù)，r/min； λi--由于慣性載荷作用使柱塞沖程增加值，m； λ′，λ″--抽油桿柱在上下沖程中的慣性載荷使柱塞沖程增加值，m。 ③總結(jié)論： 通過分析，靜載荷與慣性載荷對(duì)柱塞沖程的影響：,36,【例題1】某抽油井

20、使用泵CYB56，下泵深度L=1000m，抽汲液體的密度ρow=901kg/m3，采用CYG19單級(jí)抽油桿，采用φ62mm平式油管，光桿沖程S=1.8m，求沖程損失和因靜載荷而使泵效降低值？【例題2】某抽油井使用泵CYB56，下泵深度L=1000m，抽汲液體的密度ρow=901kg/m3，采用CYG19單級(jí)抽油桿，采用φ62mm平式油管，光桿沖程S=1.8m，求沖程損失和因靜載荷而使泵效降低值？（已知CYG19抽油桿AG=2.85

21、cm2，φ62 mm平式油管At=11.9cm2）？,【課堂練習(xí)】,37,例題3：某抽油機(jī)井選用CYB38桿式泵，下泵深度L=1400m， 采用φ62mm平式油管，該井使用二級(jí)抽油桿柱，即由CYG22抽油桿580m和CYG19抽油桿820m組成，井內(nèi)液體密度860kg/m3，光桿沖程S=1.8m，試計(jì)算沖程損失和對(duì)泵效的影響？（取g=10m/s2 ）,【課堂練習(xí)】,38,2.設(shè)備因素的影響 （1）泵的制造質(zhì)量。 （2）泵的安裝質(zhì)

22、量。 （3）襯套與柱塞間隙配合選擇不當(dāng)，或閥球與閥座不嚴(yán)等都會(huì)使泵效降低。,a b抽油泵結(jié)構(gòu)示意圖 a-管式泵 b-桿式泵1-油管；2-錐形鎖扣；3-活塞；4-游動(dòng)閥；5-工作筒；6-固定閥7-內(nèi)工作筒；8-外工作筒,39,3.地質(zhì)因素的影響 （1）油井出砂 a.帶砂子油流沖刷閥球及閥座，破壞泵閥正常工作。 b.出砂對(duì)抽油泵柱塞和襯套有磨損，增加了漏失量。

23、 c.嚴(yán)重時(shí)泵閥砂卡或砂埋。 （2）油井結(jié)蠟 a.蠟沉積在泵閥上造成油流通道減小，使閥關(guān)閉不嚴(yán)，造成漏失。 b.泵入口處及泵內(nèi)結(jié)蠟，使油流阻力增大，泵充不滿。 c.嚴(yán)重時(shí)造成蠟卡。,40,（3）原油粘度高 a.油流阻力大，固定閥和游動(dòng)閥不易打開和關(guān)閉。 b.抽油桿不易下行，影響泵的沖程。 c.油流進(jìn)泵阻力大，降低泵的充滿系數(shù)，使泵效降低。 （4）井內(nèi)液體含有腐蝕性物質(zhì) a.腐

24、蝕閥球及閥座，造成漏失。 b.腐蝕使閥的材料變脆，易毀壞。 c.腐蝕油管及抽油桿，使油管漏失、抽油桿斷脫。,41,氣體對(duì)充滿程度影響,（5）氣體的影響 a.相關(guān)概念： 防沖距：當(dāng)柱塞達(dá)到下死點(diǎn)時(shí)，為防止兩閥相撞，而上提一段距離。 余隙容積：當(dāng)柱塞在下死點(diǎn)時(shí)，游動(dòng)閥與固定閥之間的泵筒容積。 氣鎖：大量氣體進(jìn)入泵內(nèi)后，柱塞在上、下沖程中僅對(duì)泵內(nèi)氣體起壓縮和膨脹作用，固定閥打不開，油不能進(jìn)泵，出現(xiàn)抽不出油來

25、的現(xiàn)象。,42,b.分析： （a）在抽汲過程中是氣和液兩相同時(shí)進(jìn)泵。 由于氣體進(jìn)泵，占據(jù)泵筒中部分容積，降低了泵中液體的充滿程度而使泵效降低。氣體影響嚴(yán)重時(shí)，甚至可能形成泵的“氣鎖”。 （b）抽油井在正常生產(chǎn)時(shí)，抽油泵余隙容積的存在。 由于余隙容積的存在，減少了進(jìn)油過程中進(jìn)入泵筒內(nèi)的油量，而使泵效降低。,氣體對(duì)充滿程度影響,43,4.其他因素的影響 （1）油管漏的影響 當(dāng)油管有漏失時(shí)，即泵本身工作良好，充滿

26、系數(shù)高，也會(huì)使泵效降低。 （2）磁化現(xiàn)象的影響,44,,（3）井身彎曲的影響 a.桿、管摩擦，落下的金屬碎屑?jí)|住閥球造成漏失。 b.偏磨使柱塞與襯套一邊間隙增大，增大漏失量。 c.造成接箍磨壞，抽油桿斷或油管磨穿。,抽油機(jī)井防偏磨示意圖,45,三、提高抽油泵效的措施 1.提高油層供液能力 主要是提高和保持油層壓力，采用進(jìn)攻性的增產(chǎn)增注措施，來提高油層的供液能力。 2.合理選擇抽油泵，提高泵的

27、質(zhì)量（檢修），保證泵的配合間隙及閥不漏 （1）選擇泵型：選擇依據(jù)：根據(jù)原油產(chǎn)量、含砂、含水、氣油比、下泵深度及抽油機(jī)型號(hào)等因素來決定。選擇原則： （2）選定泵徑：選擇依據(jù)：在抽油機(jī)負(fù)荷允許的范圍內(nèi)選定泵徑，主要是根據(jù)產(chǎn)量大小及泵徑、沖程、沖數(shù)的關(guān)系來確定。選擇原則：,46,（3）選擇抽油泵的間隙：選擇依據(jù)：要考慮漏失量、泵的機(jī)械磨損情況。泵的間隙大小要根據(jù)井中原油粘度、井溫、含砂量等資料來選。選擇原則：,抽油泵的間隙等級(jí)表,4

28、7,3.合理選擇抽油井工作參數(shù)（工作方式） 抽油井設(shè)備選定后，在保證產(chǎn)量的前提下，應(yīng)以獲得最高的泵效為基本出發(fā)點(diǎn)來調(diào)整抽汲參數(shù)。 確定選擇抽汲參數(shù)組合的一般原則： （1）對(duì)于粘度不太大的常規(guī)抽油機(jī)井，在確定泵徑、沖程、沖數(shù)的配合時(shí)，一般應(yīng)堅(jiān)持長沖程、慢沖數(shù)、小泵徑的原則。 （2）對(duì)于原油比較稠的油井，在確定泵徑、沖程、沖數(shù)的配合時(shí)，一般應(yīng)堅(jiān)持長沖程、慢沖數(shù)、大泵徑的原則。 （3）對(duì)于連噴帶抽抽油機(jī)井，在確定泵徑、

29、沖程、沖數(shù)的配合時(shí)，一般應(yīng)堅(jiān)持長沖程、快沖數(shù)、大泵徑的原則。,48,4.確定合理的下泵深度和合理的沉沒度 （1）由沖程損失的計(jì)算可知，下泵深度越小，沖程損失越小，泵效越高。（需精確計(jì)算） （2）根據(jù)充滿系數(shù)的計(jì)算及氣體的影響原理可知，沉沒度越大即下泵深度越大，泵吸入口處的沉沒壓力越高，氣體影響越小。（需精確計(jì)算）,49,5.減少?zèng)_程損失 由于沖程損失是由彈性變形產(chǎn)生的，是抽油桿柱、油管柱彈性變形的總和。 （1）采用油管

30、錨使油管柱下部固定，以減少由于油管柱變形而引起的沖程損失。 （2）采用高強(qiáng)度的抽油桿，以減少由于抽油桿柱柱變形而引起的沖程損失。,油管錨,50,6.減少氣體影響 （1）相關(guān)概念 a.余隙容積：VS b.泵筒氣油比：R c.泵筒余隙比：K d.泵充滿系數(shù)：β,氣體對(duì)充滿程度影響,51,（2）分析 通過對(duì)泵的兩相抽汲過程分析可知，氣體對(duì)抽油泵泵效的影響可用下式進(jìn)行分析：,分析：泵的充滿系數(shù)越大→泵的充滿

31、程度越高→泵效越高。,52,①β與K有關(guān)，K值越小→β值越大→泵效越高。 減小K值途徑： a.在保證柱塞不撞擊固定閥前提下，盡量減小防沖距。 b.在滿足排量要求前提下，盡量采用慢沖數(shù)、長沖程的組合方法。 ②β與R有關(guān)，R值越小→β值越大→泵效越高。 減小R值途徑： a.在保證柱塞不撞擊固定閥前提下，盡量減小防沖距。 b.加大泵掛深度。 c.安裝氣錨（井下油氣分離器）。,充滿系數(shù)表達(dá)

32、式：,53,多杯等流型氣錨,,為提高高氣液比井泵筒的充滿系數(shù)，研究了螺旋氣錨、多杯等流型氣錨等防氣技術(shù)。,54,7.防止砂、蠟、水及腐蝕介質(zhì)對(duì)泵的侵害 采用清防砂方法、清防蠟方法、堵水方法、使用特種泵等來防止砂、蠟、水及腐蝕介質(zhì)對(duì)泵的侵害，提高抽油泵的泵效。 8.改善抽油泵的材料 采用耐磨材料加工成的泵可減輕砂磨引起的漏失；采用耐腐蝕材料加工成的泵防止泵受腐蝕引起的漏失和破壞。 9.加強(qiáng)抽油井