论有杆泵的工作效率

论有杆泵的工作效率王飞中国石油大学.石油工程系在抽油井生产过程中，泵的实际排量常小于其理论排量，二者的比值称为泵的容积效率，油田通称为泵效，即其中理论日产水Ap为柱塞的截面，S是塞住冲程，n是冲次，dp是泵的直径。一、泵效的影响因素从泵三个基本工作环节出发：.活塞让出体积→.油进泵→油从泵内排出影响泵效的因素主要有：抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩的影响；气体和充不满的影响；漏失的影响。1.抽油杆和油管弹性伸缩的影响抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩，将减小活塞冲程，因而降低泵效。抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩量越大，活塞冲程与光杆冲程的差别也就越大，泵效也就越低。抽油杆柱所受的载荷性质不同，则伸缩变形的性质与程度也不同。根据广义的胡克定律抽油杆和油管弹性伸缩量是：λr是油杆伸缩量，λt是油管伸缩量，E为弹性模量从公式中可以看出：柱塞截面积越大，泵下的越深，则冲程损失越大;为了减小液柱载荷及冲程损失，提高泵效，通常不能选用过大的泵，特别是深井中选用直径较小的泵;当泵径超过某一限定（引起的λ≥s/2）之后，泵的实际排量不但不会因增大泵径而增加，反而会减小。当λ≥s，活塞冲程等于零，泵的实际排量等于零。2.惯性载荷对活塞冲程的影响响上死点：aA最大，向下；Fi最大，向上，杆压缩，多向上移动λiu；下死点：aA最大，向上；Fi最大，向下，杆拉长，多向下移动λid。活塞冲程比只有静载荷作用时要增加：由于抽油杆柱上各点的惯性力不同，故取其平均值。根据广义虎克定律可得：在静载荷和惯性载荷的共同作用下，活塞冲程为：tvQQsndsnAQppt236014401'()()()()lrlsrrprlflplrrlpflmplflirtiritWLAE静)1(1790222lrEALsnWEALFrrrirdiu)1(1790222lrEALsnWEALFrrriruididiui所以惯性载荷增加sp，同时Wmax增加，Wmin降低，杆受力条件变差。所以，不采用增加惯性载荷的方法增加sp，即不采用快速抽油的方法。3．振动载荷对活塞冲程的影响理论分析和实验研究表明：抽油杆柱本身振动的位相在上、下冲程中几乎是对称的，即如在上冲程末抽油杆柱伸长，则在下冲程末抽油杆柱缩短；反之亦然。4气体和充不满的影响气锁：由于气体在泵内的压缩和膨胀，使得吸入阀无法打开而抽不出油，这种现象称为“气锁”。充满系数:是指每冲次吸入泵内的原油(或液体)的体积定义：Fg0为泵内的气液比;Fg0=Vg/V0；Ks为泵的余隙比；Ks=Vs/Vp可导出充满系数表达式为：1).Ks↓，β↑所以应使Vp↑,Vs↓,在不撞击固定凡尔时，应减小防充距Vs以减小Ks2)Fg0↓,，β↑所以增加沉没度，增加泵入口压力，减小Fg0或使用气锚以减小气体进泵。3)若油层能量低或ｕ0高，造成充不满，可以采用：加深泵挂，增加沉没度，实施增加措施，优选抽吸参数，若为稠油，可以将粘5.漏失的影响1)排出部分漏失：指活塞与衬套的间隙漏失和游动阀漏失，将减少泵内排出的油量。2)吸入部分漏失：指固定阀漏失，它将会减少进入泵内的油量。3)其它部分漏失：由于油管丝扣、泵的连接部分及泄油器不严，都将降低泵效。6.沉没度影响泵效在一定范围内，沉没度高则深井泵的吸入压力大，驴头载荷减小，可减小泵漏失程度，因此，有利于泵效的提高。但是如果泵的沉没度过高，虽然泵的充满程度提高了，但是由于抽油杆弹性伸缩加大，泵效提高的幅度很小，并且可能降低，如果沉没度过小，则会出现泵口气体分离较多，泵的充满系数减小，同样降低泵效，所以，存在一个合理的沉没度。通过对正常生产的油井的沉没度与泵效进行分析如下图：有此看出，随着沉没度的增加，泵效逐渐提高，当达到一定程度的时候，泵效提高幅度则越来越小。沉没度越低，泵效越低，当沉没度降低到一定程度的时候，泵效降低的速度加快，主要是由于沉没度过低时导致溶解气分离加剧，气体影响泵效充满系数减小，泵效大度减小。二．提高泵效的措施泵效的高低，是反映抽油设备利用率和管理水平的一个重要指标。泵效同油层条件有相当密切的关系，需要油层有足够的供液能力。油层对注水开发油田，加强注水，实施增产措施。对于井筒方面，提高泵效应采取下述措施。1.选择合理的工作方式0011ggsFFK)17901(2EALnWsssrrip1）当抽油机已选定，并且设备能力足够大时，在保证产量的前提下，应以获得最高泵效为基本出发点来调整抽汲参数。2）当产量不限时，应在设备条件允许的前提下，以获得尽可能大的产量来提高泵效。调整抽汲参数时，在保证Ap、s和n的乘积不变(即理论排量一定)的条件下，虽然可以任意调整三个参数，但当其组合不同时，冲程损失、气体的影响及漏失的影响不同。此外，对于深井抽汲时，要充分注意振动载荷影响的s和n配合不利区。2.使用油管锚使用油管锚将油管下端固定，则可消除油管变形，从而减小冲程损失。.合理利用气体能量及减少气体影响，带喷井：利用气能举油，加油嘴控制，不带喷井：稳定液面和产量，减少脱气后引起的油粘度增加增加沉没度，或安装气锚以减少气体进泵。进行有杆泵采油井的系统选择设计应遵循的原则是：1）符合油井及油层的工作条件；2）充分发挥油层的生产能力；3）设备利用率较高且有较长的免修期；4）有较高的系统效率和经济效益。3、下泵深度的确定当井底流压Pwf和泵吸入口压力Pin确定之后，应用多相管流计算方法，可求出泵吸入口在油层中部以上的高度Hp，则下泵深度Lp为油层中部深度Ho减去Hp。Lp==Ho-Hp4、冲程和冲次的确定冲程和冲次是确定抽油泵直径、计算悬点载荷的前提，选择时应遵循下述原则：1）一般情况下应采用大冲程、小泵径的工作方式，这样既可以减小气体对泵效的影响，也可以降低液柱载荷，从而减小冲程损失；2）对于原油比较稠的井，一般是选用大泵径、大冲程和低冲次的工作方式；3）对于连抽带喷的井，则选用高冲次快速抽汲，以增强诱喷作用；4）深井抽汲时，要充分注意振动载荷影响的和配合不利区；5）所选择的冲程和冲次应属于抽油机提供的选择范围之内。6）抽油泵的选择包括泵径、泵的类型及其配合间隙的选择等。7）泵径是根据前面确定的冲程、冲次、配产方案给出的设计排量以及统计给出的泵效，由计算得出。三．结论（1）地层能量是影响泵效的最重要因素。根据具体的油井的产能确定合适的泵深和泵径，不仅能使产液量最大化，还能提高泵效。由于泵劲限制了抽油泵的最大排量和最大下泵深度，可配套多系列泵的抽油泵以适应不同产液量的需求。过大的沉没度不仅增加杆管的投入，还增加了冲程损失和漏失影响，从而降低了泵效和产量。（2）气体对产能的影响是复杂的，对于含气量较大、油层物性较好、埋深较浅的油藏，气体的影响是负面的，应考虑防气工艺。（3）原油粘度（原油密度）影响液体进泵的效率，当原油粘度较大时应考虑将粘工艺或使用抽稠泵，减少液体的进泵阻力。（4）沉没度、冲次、冲程以及气油比影响泵的充满程度，应根据单井的具体情况选择合适的生产参数。从理论上讲，长冲程、慢冲次有利于液体进泵，气体进泵前即采取有效的气液分离可提高泵效。（5）井身轨迹、抽油机的平衡状况对泵效也有很大影响。做好抽油机的调平工作，选择合适的抽油泵，可提高泵效。