3石油开采概论3-抽油泵

第三讲抽油机-抽油泵采油装置王树山英国剑桥国际培训师胜利油田采油职工培训中心教研室主任电话：[phone]（办）手机：[phone]E-mail:[e-mail]二、抽油泵抽油泵是抽油装置的一个重要组成部分，它是通过油管和抽油杆下到井中并沉没在液面以下一定深度处，依靠抽油杆带动其工作，将原油抽出地面。（一）抽油泵分类（a）管式泵（b）杆式泵1—油管；2—卡簧；3—柱塞4—游动凡尔；5—工作筒；6—固定凡尔管式泵杆式泵有杆泵无杆泵螺杆泵电动潜油离心泵水力活塞泵水力喷射泵1.普通管式泵（1）结构：工作筒、衬套、活塞、固定凡尔、游动凡尔。（2）工作原理：上冲程游动凡尔关闭，固定凡尔打开，吸液入泵排液出井；下冲程固定凡尔关闭，游动凡尔打开，泵内液体转移到活塞以上油管内。如此循环将井液源源不断地抽汲到地面。（二）抽油泵结构原理a上冲程b下冲程1—游动阀；2—活塞；3—工作筒；4—固定阀（二）抽油泵结构原理2.防砂卡抽油泵（1）双筒式防砂卡抽油泵结构：双筒环空沉砂结构部分、泵抽汲部分、滑阀泄油器部分。工作原理：在抽汲过程中，井内液体经双通接头侧面的进油孔道进入泵内，象常规抽油泵一样，由柱塞抽至泵上，泵筒上端的滑阀亦随柱塞上下冲程的抽汲运动而做敞开、关闭运动以完成排液、挡砂的动作。该泵的防砂卡原理：随着泵的不断抽汲，排至泵上的油液把大部分颗粒较小的砂粒带至地面；一部分携带不到地面的颗粒较大的砂粒，由于滑阀的遮挡作用，不能再回落到泵筒内，而是通过泵的外套与泵筒之间的环形沉砂通道沉到泵下的沉砂管内。若因地面设备故障中途停抽时，泵上油管内液体中的砂子也沉到沉砂管内，从而有效地防止砂卡抽油泵。（二）抽油泵结构原理2.防砂卡抽油泵（2）长柱塞式防砂卡泵结构：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。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。（二）抽油泵结构原理2.防砂卡抽油泵（3）动筒式防砂卡抽油泵。结构：出油凡尔、进油凡尔、柱塞、泵筒、沉砂管、沉砂尾管。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。（二）抽油泵结构原理2.抽稠油泵（1）反馈泵（串联式抽油泵）结构：泵筒由两台泵径不同的抽油泵串联而成，大泵在上，小泵在下，无固定凡尔。活塞由与大小泵筒配合的活塞用联接管联接，大小活塞上各安装一套凡尔球、凡尔座，起进、排油作用，相当于普通抽油泵的固定凡尔和游动凡尔。反馈泵的进油腔为大活塞减小活塞形成的环形空腔，故理论排量为两台泵理论排量之差，负荷为大泵负荷。工作原理：抽汲过程中，上下泵皆处于密封状态。上冲程时，出油凡尔关闭，井内液体经下柱塞中心孔顶开进油凡尔，进入下柱塞与上泵筒和上柱塞所形成的环形空间；下冲程时，环形空间逐渐减小，井液打开出油凡尔排至上柱塞中心空腔及泵上油管内，完成一个抽汲过程。随着泵的不断抽汲，井液被抽到地面。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相同，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黏滞阻力。（二）抽油泵结构原理2.抽稠油泵（2）CCYB型敞开直入式抽稠油泵结构：主要由两个不同直径的泵筒和两个不同直径的柱塞以及强制敞开式进油阀、出油阀、连杆等组成。工作原理：上冲程：强制式进油阀的阀球由连杆带动与上柱塞一起随抽油杆柱上行，当阀球座于阀座上后，强制式进油阀关闭，继续上行，阀球推动游动泵筒上行，上柱塞下端泵筒的容积减小，腔内液体压力升高，当升至超过油管柱内的压力后，打开上柱塞内的游动阀，排入油管内直至地面。下冲程：强制式进油阀的阀球通过联杆和上柱塞随抽油杆柱下行，下泵筒由于受下柱塞（固定的）和泵外液体的摩擦阻力以及下泵筒（游动的）与上泵筒（固定的）之间液体的阻尼力的作用先是停滞不动因而强制式进油阀的阀球离开阀座打开进油阀，同时上柱塞内的游动阀关闭，继续下行，强制式进油阀的阀球带动下泵筒下行，上柱塞下部泵腔容积增大，压力降低，稠油由强制式进油阀流入泵筒。（二）抽油泵结构原理4.改进泵——长柱塞抽油泵该泵泵筒短（1.2m），无衬套，柱塞长（4.8m），短泵筒下接一个长加长管。泵筒外有一个外筒，轴向力由外筒承担，泵筒不受拉压，泵下可带长尾管和封隔器座封。泵筒下端固定，上端处于自由状态，可以微量摆动，可克服偏磨的问题。在泵筒上端设计一个防砂槽，在柱塞下端设计一个刮砂槽，由于柱塞长度大于泵筒长度，所以在工作中柱塞两端始终露在泵筒外，因此砂粒不易进入泵筒内，有效减少磨损，防止砂卡。采用陶瓷阀球、阀座，硬度、耐腐蚀和抗冲击能力增加，整泵寿命长，泵效高。该泵的工作原理与普通抽油泵相同。（三）抽油泵泵效1.抽油泵的理论排量在理想情况下，活塞上、下一次冲程所排出的液体体积称为抽油泵的理论排量，等于活塞让出的体积。一个冲程排量：V＝fps每分钟的排量：Qm＝fpsn每日的排量：Q理=1440fpsn令1440fp＝K，则：Q理＝Ksn式中Q理——泵的理论排量，m3/d；fp——活塞的横截面积，m2，可通过查表得出；s——光杆的冲程长度，m；n——冲数，次/分钟；K——泵的排量系数，可通过查表得出。（三）抽油泵泵效2.抽油泵泵效在油井生产过程中，泵的实际排量与泵的理论排量之比的百分数称为泵效。表达式为：式中：η——泵效，％；Q实——泵每日的实际排量，m3/d或t/d；Q理——泵每日的理论排量，m3/d或t/d。一般除连抽带喷的井外，泵效都是小于100%的，若泵效大于70％说明泵的工作状况良好。在实际生产中，一般泵效都小于70％。例题：某抽油井下φ56mm的泵，冲程2.4m，冲次9次/，日产液量35t，液体密度为0.9t/m3、原油含水为33％，求泵效和日产油量。解：答：泵效为50.8％，日产油量为22.8t。%100理实＝QQ日）（吨＝＝＝液液/9.689.094.2056.0414.3144041440Q22nSD％＝％＝％＝理实8.501009.6835100QQtfQw8.2233.01351Q液油（三）抽油泵泵效3.影响泵效的因素（1）油井工作制度的影响。油井工作制度指的是冲程、冲数、泵径及下泵深度。当冲程、冲数、泵径、下泵深度选择过大，使地层供不应求，使泵效降低。（2）抽油杆和油管弹性伸缩的影响。由于深井泵的工作特点，抽油杆柱和油管柱在工作过程中承受着交变载荷，从而发生弹性伸缩，使活塞冲程小于光杆冲程，减小了活塞让出的体积，即抽油泵实际排量小于其理论排量，降低了泵效。（3）气体和充不满的影响。当泵内吸入油气混合物后，气体占据了活塞让出的部分空间，造成液体不能够充满泵内；或者当泵的排量大于油层供油能力时，液体进泵速度跟不上活塞上行速度，造成泵内液体的充不满，使泵效降低。（4）漏失的影响。①排出部分漏失。柱塞与衬套的间隙漏失、游动阀漏失，都会使从泵内排出的液量减少。②吸入部分漏失。固定阀漏失会使活塞下行，造成泵内的部分液体漏入井筒，泵内压力上升缓慢，游动凡尔打开滞后，由泵腔流入油管的液量减少。③其他部分的漏失。尽管泵正常工作，由于油管丝扣、泵的连接部分及泄油器密封不严，都会因漏失而降低泵效。（三）抽油泵泵效4.提高泵效的措施（1）针对油层方面的措施.主要是提高和维持油层能量，保证有充足的供油能力。对于注水开发的油田，合理注水是保证高产、高泵效的根本措施。如果井底附近油层物性不好，可采取增产措施提高井底附近油层的渗透率，从而提高油层供油能力。（2）针对井筒方面的措施。①选择合理的工作方式。一般井，选用大冲程和较小的泵径，这样，既可减小气体对泵效的影响又可降低悬点载荷。油比较稠的井，选用大泵径、长冲程、慢冲数；连喷带抽的井，选用快冲数进行快速抽汲，以增强诱喷作用。②确定合理的沉没度，增大泵的沉没压力，提高泵的充满程度；同时减少溶解气的分离，降低泵口气液比，减少进泵气量，从而减少气体影响。③改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能，采取防砂、防腐蚀、防蜡及定期检泵等措施。④使用油管锚减少冲程损失。⑤合理利用气体能量及减少气体影响。自喷转为抽油的井，初期尚有一定的自喷能力，可合理控制套管气，利用气体能量来举油，使油井连喷带抽，从而提高油井产量和泵效；一般含气的抽油井，适当增加沉没度，减少泵吸入口处的自由气量，降低进泵气油比，提高泵的充满系数；高含气抽油井减少气体对泵工作影响的有效措施是在泵的入口处安装气锚(井下油气分离器)，将油流中的自由气在进泵前分离出来，通过油套管环形空间排到地面。（四）抽油泵采油系统影响因素1.井筒环境及生产介质（1）抽油泵工况变差（2）地层出砂日益严重（3）产出液腐蚀性强（4）润滑介质发生改变①抽油泵工况变差80%以上的井都采用封隔器卡封生产，井下管柱复杂化。影响因素之一：井筒环境及生产介质人工井底丝堵Y221封隔器筛管Y111封隔器筛管+Y111封隔器抽油泵泄油器封堵层生产层封堵层封两头抽中间随油田开采程度地不断提高，油井射开层位逐渐增多，生产层位也由厚油层转向薄夹层，由于层与层之间的渗透性、均质程度等不同，为保证层层发挥作用，就必须采用分层管柱分层生产，这样不可避免要采用封隔器卡封，而且往往是多级封隔器。胜坨油田80％的井带封隔器生产，封隔器的座封载荷大，其中一级封座封载荷60－80KN，二级封座封载荷75－95KN，三级封座封载荷103－123KN，在如此大的座封载荷下，井下管柱受压弯曲，泵筒的垂直度超标，造成柱塞与泵筒之间，抽油泵与油管之间偏磨，且座封载荷越大，偏磨越严重，泵漏失量增加，杆断、管漏增多。影响因素之一：井筒环境及生产介质①抽油泵工况变差油井的供液能力逐年变差，泵挂深度逐年加深。80%以上的井都采用封隔器卡封生产，井下管柱复杂化。影响因素之一：井筒环境及生产介质人工井底丝堵Y221封隔器筛管Y111封隔器筛管+Y111封隔器抽油泵泄油器封堵层生产层封堵层封两头抽中间在开采过程中，地下原油被大量采出，因注水不及时或地层压力大注不进水等原因，会造成地下亏空，压力下降，供液能力变差。由于抽油泵必须沉没在液面以下，具有一定的沉没度，才能正常生产并保证一定的油井产量，因此，泵越下越深，泵挂逐年增加。而由于泵挂增加，造成以下现象的发生。柱塞两端的压差增大，柱塞与衬套间隙减小，磨损严重，抽油泵寿命缩短；受抽油杆接箍活塞效应及接箍与油管的摩擦影响，抽油杆下行中性点上移，抽油杆和油管偏磨的范围增加；抽油杆承受的载荷加大，抽油杆断脱事故发生频繁；随着抽油杆的加长，其本身重量增加，而含水上升，井液密度增加；泵挂加深，柱塞上液柱高度增加，造成柱塞上液柱载荷增加，在两方面作用下，抽油杆所承受载荷增加，抽油杆断脱事故频繁；抽油杆刚性变差，柔性变强，杆管偏磨严重；所需油管长度增加，油管内外的压差增加，油管漏失严重，产量下降。中性点是指下冲程时，由于抽油杆和活塞受油管中液体阻力的影响，杆柱上下受力不一致，在抽油杆上形成一个受力中和点，即中性点。中心点上部杆柱受拉力作用，下部受压力作用，这样，下冲程中性点以下杆柱会弯曲变形，与油管偏磨，而中性点的上移，又使抽油杆与油管的偏磨范围增加，导致