抽油泵及抽油杆

胜采培校管式泵杆式泵厚壁泵筒泵薄壁泵筒泵组合式泵筒泵整体泵筒泵定筒式泵动筒式泵厚壁泵筒薄壁泵筒组合泵筒抽油泵厚壁泵筒薄壁泵筒组合泵筒分类——按结构和原理分类分类——按用途分类抽油泵常规泵特种泵防砂泵防气泵防腐耐磨泵抽稠泵串联泵分输混出泵双作用和三作用泵油气分采泵特种泵是在常规泵的基础上研制出来的，一般用在特殊油井上。型号管式泵杆式泵工作筒游动凡尔固定凡尔柱塞结构作业下井时，首先将泵的外筒、密封定位部分连接到油管柱中，下到泵挂预定位置，再将柱塞、泵筒、固定阀和泵支撑密封所组成的抽汲部分连接到抽油杆柱下端，随抽油杆柱一起下入泵外筒的密封定位处，使泵筒固定并密封杆式泵优点：检泵方便，适用于液量较低、产量小的油井。缺点：结构复杂、造价高、排量小。工作筒（3）外管接箍（2）衬套（1）外管由2″、2½″、3″油管制成，长度取决于冲程。衬套由若干节组成，每节衬套都是一个内外面和端面经过精细加工，有很高精度和很低表面粗糙度的空心圆柱体。制造材料一般有两种，一种是38GrMo钢内孔经氮化处理，另一种是20GrMo钢内孔经渗碳处理，长度有150mm和300mm两种。作用：一是压紧衬套；二是连接固定凡尔和油管。衬套外管外管接箍管式泵---结构柱塞抽油泵的主要部件，它是一个中空的圆柱体，壁厚5～11mm，长度有0.6m、1m、1.2m等几种。环形槽柱塞表面的环形槽作用主要有三个方面：1、防砂：落入柱塞和衬套间隙的砂粒可聚集在槽沟内，防止砂粒磨损柱塞。2、润滑：槽沟内可存油，对衬套、柱塞起一定润滑作用，减少柱塞与衬套之间的磨损。3、散热：环形槽增大柱塞表面积，有利于散热。泵级配合间隙（mm）适用条件一级泵0.03—0.08含砂少、粘度小的深井二级泵0.08—0.13含砂不多的中深井三级泵0.13—0.18含砂多、粘度大的浅井常规管式泵级别凡尔凡尔座凡尔罩凡尔球下接头泵径（mm）32384457708395游动阀球（mm)1925.428.63544.550.850.8固定阀球（mm)38.138.138.138.150.850.860.4国产抽油泵常用阀球规格管式泵---优缺点作业下井时，首先将泵、固定阀连接到油管柱中，下到预定位置，再将柱塞连接到抽油杆柱下端，随抽油杆柱一起下入泵筒。优点：结构简单，成本低，排量大缺点：检泵工作量大。适用于供液能力强，产量较高的浅、中深油井。管式泵----工作原理动液面——油井正常生产时油套环形空间中的液面称为动液面。沉没度——泵沉没在动液面以下的深度（从动液面到固定阀之间的液柱高度）。沉没压力——油套环形空间的液柱在泵的吸入口处产生的压力。p抽油泵工作原理上冲程：游关、固开、吸液入泵、排液出井吸液条件：沉没压力大于泵内压力下冲程：固关、游开、泵内液体转入油管排液条件：泵内压力大于液柱压力油管内活塞上液柱压力沉没压力抽油泵附件——油管锚一、油管锚1．油管柱的工况分析（未用油管锚）①交变载荷会使油管本体，特别是螺纹部分发生疲劳损坏，容易造成公母螺纹之间相互摩擦，致使螺纹磨损，发生漏失，甚至油管断裂。②造成冲程损失，降低了泵的冲程。③当上行程液体载荷转移到抽油杆上时，由于液体载荷的突然消失会使泵到中和点间的油管产生弯曲，油管弯曲会造成泵筒与活塞的磨损加剧。2．改善油管工作状况的措施一是：在抽油泵下悬挂尾管；在泵下悬挂足够重量的尾管，使抽油泵以上的油管在抽油过程中始终承受尾管的拉力，以平衡上行程时油管的弯曲力。悬挂尾管的优点是工艺简单，能消除或减轻油管的弯曲效应，但不能克服油管的弹性变形，还会增大油流入泵的阻力。二是：下油管锚。①锚定力必须大于向上和向下的各种载荷。②油管锚锚定后，管柱必须始终保持不发生弯曲现象。油管锚定后，必须施加足够的预应力。（可上提油管来实现）③油管锚还应具有保证油管断脱后不落井底的功能。抽油泵附件——油管锚1-上接头；2-中心管；3-倒J型定位槽；4-摩擦块；5-卡瓦托；6-卡瓦；7-锥体（1）张力式油管锚（2）液力式油管锚液力式油管锚有压差式油管锚和憋压式液力油管锚两种。压差式油管锚是利用油井开抽后，油管内与环空间液面差形成的压力差，推动锚内活塞将卡瓦推出，锚定在套管壁上。憋压式油管锚靠油管憋压完成坐锚。液力式油管锚基本上都能满足给油管提供足够的预拉力和防止油管断脱落入井内的要求。抽油泵附件——油管锚1-排气阀；2-排气孔；3-气帽；4-进液孔；5-外壳；6-吸入管1-二级气锚外壳；2-二级吸入管；3-一级气锚外壳；4-一级吸入管；5-分离高度1-套管；2-油管；3-柱塞；4-泵筒；5-支撑接头；6-油管进口接缝；7-隔板；8-砂锚；9-生产层抽油泵附件——气锚（1）利用滑脱效应的回转式气锚（2)利用离心效应的螺旋式气锚1-液体进泵；2-分流腔；3-排气孔；4-排气阀；5-气帽；6-螺片；7-中心管；8-外壳；9-进液图1螺旋气锚示意图以螺旋式气锚为代表，即含气油流在气锚内旋转流动，利用不同密度的流体离心力不同，使被聚集的大气泡沿螺旋内侧流动，带有未被分离的小气泡的液体则沿外侧流动。被聚集的大气泡不断聚集，沿内侧上升至螺旋顶部聚集成气帽，经过排气孔排到油气环形空间，下冲程时，泵停止吸油，油套环形空间和气锚内的液流中含的小气泡滑脱上浮，一部分上升到油套环形空间，一部分上浮进入气帽、排入油套环形空间，液流沿外侧经过液道进泵。这种气锚分离效率高，产量愈高，气油比愈大，气泡直径愈大，增加螺旋圈数，减小螺旋半径都可以提高分气效率。在此基础上推出串联组合式螺旋式气锚，这种气锚的外径越小流体流速越快，分气效率越这种气锚目前在国内外应用非常广泛。抽油泵附件——气锚（3）利用捕集效应的盘式气锚1-进泵液体；2-排气孔；3-气锚；4-吸入管；5-集气盘；6-吸入孔；7-外壳；8-防气漏斗；9-进液图1盘式气锚示意图基本原理：以集气盘作为气泡捕集器，将气泡聚后利用液流90度转向时的离心效应使油气分离。气体在盘内聚集溢出时形成大气泡，沿气锚外壳的内壁上浮至气帽，经排气孔排到套管环形空间，而液体从吸入孔进入吸入管进泵，这种气锚效率比简单气锚好，但低于封隔式井下分离器。（气泡直径越大，分气效率越高，因此，使小气泡聚集成大气泡会大大改善分气效率）。抽油泵附件——气锚出砂油井是指井口含砂量大于0.2%的油井，小于0.2%的油井，实际上还是存在出砂的。井液中的砂粒是造成抽油泵磨损的重要因素。在进泵前将细砂粒分离出来，防止其进入泵筒，以减少其对泵的磨损，采用砂锚防砂。图1简单砂锚示意图1-砂锚外壳；2-中心管抽油泵附件——砂锚如图所示，气砂锚与简单的砂锚相比，由于它首先在分气室内将部分气体分离出来，所以液流速度下降，使细砂在分砂室内有了更好的沉砂条件，所以其分砂效果比简单砂锚好。图气砂锚工作原理示意图1-进流孔；2-分气室；3-吸入管；4-分砂室;5-中心管；6-外壳抽油泵附件——气砂锚在泵的吸入口处装一根带孔管，外面根据出砂的粗细加一层过滤层，一般用铁丝布、铜丝布、刚性烧结金属丝网或树脂砂，其孔眼或孔喉的直径以小于三倍地层砂直径为宜抽油泵附件——滤砂管金属棉树脂石英砂陶瓷双层预充填结构：（1）双筒环空沉砂结构部分（2）泵抽汲部分（3）滑阀泄油器部分扶正接头泄油器滑阀双通接头进油口特种抽油泵----双筒式防砂卡泵•抽汲原理同常规管式泵•防砂原理：油液带走部分颗粒较小的砂粒，部分携带不到地面颗粒较大的砂粒，由于滑阀的遮挡作用，不能再回落到泵筒内，通过双筒沉砂通道沉到泵下沉砂管内，从而有效地防止砂卡抽油泵。特种抽油泵----双筒式防砂卡泵1、结构：主要由长柱塞（4.6m、5.5m、6.4m）、短泵筒（1.2m）、双通接头、沉砂外筒、进出油阀、水力连通式挡砂圈等。其特点为：长柱塞、短泵筒、泵下沉砂、侧向进油。2、工作原理：借助挡砂圈及漏失液的共同作用，阻挡砂粒进入柱塞与泵筒之间的密封间隙，从而杜绝了砂卡，减轻了泵筒与柱塞的磨损，使表面强化层不易被破坏。当油井停抽时，下沉的砂粒沿沉砂环空沉入泵下尾管，不会象常规泵那样在泵上聚集，避免了砂埋抽油杆。特种抽油泵----长柱塞式防砂卡泵3、性能特点：（1）防砂埋、防砂卡、防砂磨、耐腐蚀。该泵能防止在停泵时砂埋抽油杆、在工作时防止砂卡柱塞，特别是能有效地防止砂粒进入柱塞与泵筒之间的密封间隙，造成对泵筒及柱塞的强烈磨损。由于磨损减轻，柱塞及泵筒的表面强化层不易被破坏，保证基体不会直接与腐蚀介质接触，故采用同样的表面处理工艺，其耐腐蚀性能优于常规泵。（2）寿命长。在含砂油井上使用的抽油泵，其损坏形式均为阀或间隙漏失过大，砂粒对泵筒及柱塞的磨损是造成间隙漏失过大的主要原因，该泵能有效地防止砂磨，减轻腐蚀，故泵的使用寿命将大大延长。（3）减轻杆管偏磨由于该泵上出油阀始终暴露在泵筒之外，故出油阻力较常规泵小，下行时无阻卡，下部杆柱不易弯曲，杆管偏磨现象得到改善。（4）使用维修方便该泵使用过程中无特殊要求，所有的阀及阀罩均采用标准件，拆装也十分方便，各采油厂工具队均有能力维修。特种抽油泵----长柱塞式防砂卡泵1、结构：如左图所示，由出油凡尔、进油凡尔、柱塞、泵筒、沉砂管、沉砂尾管组成。2、特点：柱塞固定，泵筒做抽汲运动。3、工作原理：抽油杆带动泵筒上行时，泵筒与柱塞形成的封闭腔室的容积增大，压力减小，原油在沉没压力作用下，通过双通接头的进油孔打开进油凡尔进入其封闭腔。下冲程时进油凡尔打开，原油排出泵筒进入油管。由于泵筒运动，泵筒和柱塞腔室中的油液始终处于挠动状态，砂子不易在泵筒中沉积卡泵。油液排出泵筒后，大部分砂粒被带到地面，一部分携带不到地面的砂粒，由于出油凡尔的关闭，不能再回落到泵筒内。因地面设备原因或停电等造成停抽时，泵上油管中的砂子则通过沉砂管和泵筒之间的环形沉砂通道下沉到泵下的沉砂尾管中，从而有效地防止砂卡抽油泵。特种抽油泵----动筒式防砂卡泵大柱塞小柱塞大泵筒小泵筒泵内压力P上沉没压力P下柱塞下行过程中，进油凡尔始终处于关闭状态，由于下柱塞上端压力与泵上压力不同，下柱塞下端是沉没压力，P上P下，二者产生一液柱压力差，在此压力差作用下，下柱塞上产生一向下的轴向力，即反馈力，从而推动泵柱塞下行，以克服因油稠所产生的下行粘滞阻力。特种抽油泵----反馈泵抽油杆抽油杆的现状及发展C级抽油杆抽油杆的基本分类普通抽油杆特种抽油杆KD级抽油杆EL级抽油杆超高强度抽油杆空心抽油杆玻璃钢抽油杆钢连续抽油杆连续抽油杆其它D级抽油杆加重杆HS级抽油杆钢丝绳连续杆非金属连续杆有杆泵采油断裂失效类型脱扣钢材的质量内在因素外在因素制造的质量运输保管损伤施工损伤腐蚀介质载荷影响井况偏磨抽油杆失效影响因素抽油杆现状及发展问题：断、脱抽油杆载荷：1、抽油杆柱自身的重量。2、油管内活塞以上杆管之间环空液柱的重量。3、杆柱、液柱的惯性力4、摩擦力、杆柱弹性变形引起的振动5、冲击载荷、回压、沉没压力等作用：它将抽油机的运动和能量传递给井下抽油泵。要求：1、杆身直、螺纹清洁光滑、螺纹与杆体同心2、耐疲劳、耐磨、强度高普通抽油杆的杆体为实心圆形断面的钢杆，两端为镦粗的杆头。普通抽油杆结构扳手方颈卸荷槽圆弧过渡区外螺纹接头凸缘推承面台肩杆头结构：外螺纹接头用来与接箍相连接。卸荷槽用来减轻由于螺纹和截面变化引起的应力集中，提高抽油杆的疲劳强度。推承面台肩在接箍与抽油杆连接时，使得接箍端面与推承面台肩的端面间产生足够大的应力，从而有效防止抽油杆在使用过程中脱扣及井液对螺纹的腐蚀。扳手方颈用来装卸抽油杆时搭扳手用。凸缘是作业时用来吊装抽油杆。圆弧过渡区是避免构件截面和刚度的急剧变化，减小应力集中。扳手方颈卸荷槽圆弧过渡区外螺纹接头凸缘推承面台肩抽油杆的规格：抽油杆的杆体直径分别为13、16、19、22、25、29mm，长度一般为8m或7.62m。为了调节抽油杆柱的长度，还有长度分别为0.41、0.61、0.91、1.22、1.83、2.44、3.05、3.66m的短抽油杆。等级材料抗拉强度σbMPa屈服点σsMPa伸长率δ%200mm收缩率ψ%冲击韧性JK镍钼合金钢588-794≥372≥13≥60≥115.8C碳钢或锰钢620