抽油泵基本原理及其管理技术

抽油泵基本原理及其管理技术工艺研究所2012.62012年厂技术培训汇报有杆泵无杆泵杆式泵电动潜油离心泵水力活塞泵水力射流泵管式泵抽油泵是用于举升油井内液体的井下工具。抽油泵（一）抽油泵的基本类型和字母代号有杆泵采油系统无杆泵采油系统典型的有杆采油系统典型的有杆抽油装置主要由三部分组成，如图所示。一是地面驱动设备即抽油机；二是安装在油管柱下部的抽油泵；三是抽油杆柱，它把地面设备的运动和动力传递给井下抽油泵柱塞使其上下往复运动，使油管柱中的液体增压，将油层产液抽汲至地面。就整个有杆抽油生产系统而言，还包括供给流体的油层、用于悬挂抽油泵并作为举升流体通道的油管柱、井下器具（油管锚、气锚、砂锚等）、油套管环形空间及井口装置等。就常规有杆采油方式而言，抽油泵是其中最为复杂的井下工具，直接关系到油井的举升效率有杆抽油泵的基本类型和字母代号杆式泵具有内外两层工作筒，一般设计泵径较小，泵排量较小。作业时，只需起出抽油杆就可将泵带至地面进行维修，一般用于液面较低，产量较小的深井管式泵泵筒直接接在油管下端，柱塞随抽油杆下入泵筒内，其只有柱塞和泵筒两部分，对于油管的利用程度较高，一般泵径较大，排量较大，适用于供液能力较高、产量较高的乾、中深抽井。基本型式公称直径mm柱塞长度系列m加长短节长度m联接油管外径mm冲程长度范围mm泵常数m3/d连接抽油杆直径mmⅠ系列Ⅱ系列杆式泵3231.750.60.91.21.51.82.10.30.60.948.3,60.31.2-61.140163838.1060.3,73.01.2-61.642194444.4573.01.2-62.2351950.8073.01.2-62.919195657.1588.91.2-63.694196363.5088.91.2-64.56022管式泵3231.750.60.91.21.50.30.60.960.3,73.00.6-61.140163838.1060.3,73.00.6-61.642164444.4560.3,73.00.6-62.2351645.245657.1573.00.6-63.694197069.8588.190.6-65.518228382.55101.61.2-67.707229595.25114.31.2-610.26125抽油泵的基本参数标称直径：理论上应该达到的值，一般在理想状况下才能达到，实际加工过程中，受一系列主观或客观因素的影响，实际上是很难达到的。也可以指产品上标明的有关产品性能和质量要素支承总成：一系列零件组成的用于支承泵筒的整体。管式泵没有支承总成。杆式泵分顶部固定和底部固定。总成可分机械式和皮碗式（了解）。（二）抽油泵的命名规则和常用代号标称油管外径泵筒类型R—杆式泵T—管式泵H—金属柱塞厚壁泵筒W—金属柱塞薄壁泵筒S—软密封柱塞薄壁泵筒X—金属柱塞薄壁泵筒，薄壁形螺纹构形A—顶部固定B—底部固定T—底部动筒C—皮碗式M—机械式标称泵筒长度标称柱塞长度标称上部加长短节长度标称下部加长短节长度标称泵径泵的类型支承总成位置支承总成类型一台公称直径为32mm，厚壁泵筒长为3m，上部加长短节0.6m，下部加长短节0.6m，柱塞长1.2m，底部皮碗支承总成固定，在Φ60mm油管中工作的抽油泵CYB56TH4.8-1.2F管式泵金属柱塞厚壁泵筒公称直径56mm标称泵筒长度，m标称柱塞长度，mSY5059-85标准：我厂沿用的是85年的石油行业标准中抽油泵的命名原则或2009年的石油行业标准中对组合泵筒的命名要求，并且进行了一定程度的简化三、抽油泵的结构和基本原理A-管式泵B-杆式泵抽油泵结构示意图6-固定阀1-油管2-锥形锁扣3-活塞4-游动阀5-工作筒抽油泵主要由泵筒、柱塞、固定阀和游动阀四部分组成。泵筒即为缸套，其内装有带游动阀的柱塞。柱塞与泵筒形成密封，用于从泵简内排出液体。固定阀为泵的吸入阀，一般为球座型单流阀，抽油过程中该阀位置固定。游动阀为泵的排出阀，它随柱塞运动。柱塞上下运动一次称一个冲程，也称一个抽汲周期，其间完成泵进液和排液的过程。1、抽油泵的基本结构油管接箍上部加长短节密封接头泵筒接箍厚壁泵筒泵筒接箍油管接箍下部加长短节泵筒柱塞柱塞示意图柱塞有带防砂槽、不带防砂槽（光杆柱塞）两种，APISPEC11AX规范为不带防砂槽。带防砂槽无防砂槽（1）上冲程抽油杆柱向上拉动柱塞，柱塞上的游动阀受油管内液柱压力而关闭。此时，柱塞下面的下泵腔容积增大，泵内压力降低，固定阀在其上下压差作用下打开，原油吸入泵内。与此同时，如果油管内已逐渐被液体所充满，柱塞上面的液体沿油管排到地面。原来作用在固定阀上的油管内液柱重力将从油管转移到柱塞上，从而引起抽油杆柱的伸长和油管柱缩短。抽油机驴头上承受的静载荷为抽油杆柱重量与柱塞以上的液柱重量之和。所以，上冲程是泵内吸入液体，而井口排出液体的过程。造成吸液进泵的条件是泵内压力（吸入压力）低于沉没压力。（2）下冲程抽油杆柱带动柱塞向下运动。柱塞压缩固定阀和游动阀之间的液体：当泵内压力增加到大于泵沉没压力时，固定阀先关闭，当泵内压力增加到大于柱塞以上液体压力时，游动阀被顶开，柱塞下面的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。由于有相当于冲程长度的一段光杆从井外进入油管，将排挤出相当于这段光杆体积的液体。原来作用在柱塞以上的液体重力转移到固定阀上，因此引起抽油杆柱的缩短和油管的伸长。所以，下冲程是泵向油管内排液的过程，造成泵排出液体的条件是泵内压力高于柱塞以上的液柱压力。2、抽油泵的工作原理3、抽稠泵的基本原理抽油杆泵上油管出油阀柱塞泵筒进油阀大泵筒小柱塞联接管加长管套装式抽稠泵示意图F油F套套装式抽稠泵由两台泵（大泵和小泵）组成。使用套装式抽稠泵，在下行程时，由于套管压力低于抽油泵的压力，因此，柱塞泵筒上端压力高于下端压力，这个压力差作用下产生向下的反馈力，克服稠油对抽油杆下行的磨擦阻力，使柱塞泵筒下行。CYB56/44TH1.2-5.7Fa、结构紧凑、长度短，便于使用和运输，同时也适合下至井眼曲率较大的井段.b、柱塞不入泵筒时，可实现正反洗井，减少冲砂作业工序，可实现注汽采油一次管柱c、具有一定的携砂功能，适用于出砂稠油井生产.a、容易卡泵：套装式抽稠泵在结构上相当于由大泵内套装一小泵，这样同普通管式泵相比，活塞与泵筒存在两个密封面，如果在作业过程中井筒内有杂物或是油管内壁刺洗不干净，易造成泵不能正常工作b、反馈力受动液面影响大：当动液面回升后，反馈力成比例减少，导致液面回升后光杆下行困难。优点：缺点：抽稠泵有较大的漏失量，且无固定阀组，因此下泵时不试压1、抽油泵泵筒硬化方式有镀铬、渗碳两种；泵筒最大长度10.5米；泵筒壁厚有6.35mm（常规）、8mm（加厚）两种。镀铬硬度HRC66—72，厚度0.08mm；渗碳硬度HRC58—66，厚度0.6—1.0mm。2、柱塞硬化方式为合金粉喷焊、镀铬；常规柱塞密封段长度1220mm；可以根据油井井况制造密封段长度为610mm、915mm、1525、1830mm的柱塞；生产的长柱塞最大长度为8000mm。3、抽油泵阀副有五种材料：高铬不锈钢（常规）硬质合金（比重大、综合性能优良）陶瓷（耐腐蚀性好、无磁）司太立合金（国外常用）可以根据要求进行配置。（四）抽油泵组件的相关性能根据美国OILWELL公司的理论：柱塞与泵筒为非接触式往复运动的间隙密封，虽会产生一定的漏失量，但能够起到润滑和冷却的作用；在大多数情况下，2-5%的漏失会达到较好的润滑作用。通过天津大学进行的柱塞与泵筒的摩擦试验知道：干摩擦的磨损量是湿摩擦磨损量的3倍以上。漏失可延长柱塞泵筒摩擦副的磨损的寿命。（API规范中没有强制规定）4、漏失间隙5、试压要求（1）室内试压（1）现场试压最小压力大于5Mpa，一般试压8Mpa-10Mpa，稳压5min压力没有明显下降（一般定为≤0.5Mpa）（五）影响泵效的因素1、抽油泵的漏失、阀副关闭滞后造成的损失（2）井斜较大，泵斜置（1）抽油泵本身存在一定的漏失（3）泵筒内存在异物，泵质量问题造成的凡尔球跳高较高2、上下冲程时，抽油杆柱伸长或压缩造成的冲程损失（1）抽油杆本身的材料力学性能（2）冲次过大造成的惯性载荷（3）原油粘度、井斜等造成的抽油杆行程滞后于抽油机行程产生的损失（4）下冲程时，抽油泵泵腔产生的高压对抽油杆柱造成压缩或弯曲变形造成的冲程损失，油管承受液柱重量产生伸长造成的冲程损失3、由于含气、沉没度低等造成的泵筒未充满（1）气大时挤压泵筒容积或造成气锁（2）沉没度较低时泵筒进液不充分（3）泵筒、阀球、阀座磨损、腐蚀（六）提高泵效的措施（1）采用长冲程、低冲次的工作制度：有利于泵筒充满原油，减少冲程损失所占的比例。（2）对于深井应进行油管锚定，含气油井使用气锚，稠油油井采取降粘措施。（3）合理优化设计抽油杆杆柱组合。（4）合理选择泵径，选用适宜油井状况的抽油泵。（5）合理设计泵挂深度。（6）合理调节防冲距。抽油泵工作状况的好坏，直接影响抽油井的系统效率，因此，需要经常进行分析，以采取相应的措施。分析依据：地面实测示功图。示功图：悬点载荷同悬点位移之间的关系曲线图，它实际上直接实际井将受泵制造质量、安装质量，以及砂、蜡、水、气、稠油和腐蚀等多种因素的影响，所以，实测示功图的形状很不规则，需对照理论示功图分析。漏失的影响与漏失程度、运动过程以及抽汲速度有关。即：漏失越严重，对示功图影响越大；（七）典型漏失示功图（1）排出部分漏失（只发生在上冲程）1）上冲程：排除阀座封不严，活塞与衬套间隙，使活塞上部液体漏到活塞下部的工作筒内，漏失量随泵内压力的减少而增大，因漏失液体对活塞有向上的“顶托”作用，所以悬点载荷不能及时上升到最大值（油B—B’）,使加载缓慢。2）上后半冲程：活塞上行速度减慢，在C’点，又出现了漏失液体的“顶托”作用，使悬点负荷提前卸载，到上死点时，悬点载荷已降至C’’点。有效行程S=B’C’3)当漏失量很大时，由于漏失液体对活塞的“顶托”作用很大，上冲程载荷远低于最大载荷AC’’，使吸入阀始终关闭，泵排量为0。（2）吸入部分漏失（只发生在下冲程）下冲程开始后，由于吸入阀漏失使泵内压力不能及时提高，延缓了卸载过程，同时，使排出阀不能及时打开。吸入部分漏失造成排出阀打开滞后DD’和提前关闭A’A。游动凡尔漏、固定凡尔漏在生产动态．表现为产液量逐渐下降，动液面缓慢上升，井口憋压压力上升缓慢，停抽后压力可以稳住。游动凡尔漏的示功图（八）抽油泵故障排除与维护保养1、液击常见的影响泵正常工作的因素只要有液击和气体井下抽油泵在上冲程中，当泵腔未被液体完全充满时，泵腔顶部会出现低气压顶，随后在下冲程中，游动阀一直处于关闭状态，直至与液体接触时的一瞬间液压突然升高，阀被打开为止。原因（1）供液不足；（2）泵进液孔局部堵塞，动液面上升，泵排量下降措施（1）供液不足—合理工作制度；（2）泵进液孔局部堵塞—洗井或检泵2、气体井下游离气进入泵筒或上冲程时吸进液在泵的入口处油气分离所产生的气体进入泵筒，影响泵的充满程度。当泵腔充满气体时便会产生气锁现象，导致气体反复压缩与膨胀，固定阀与游动阀均失去作用，油井不出液。原因（1）气体进入泵筒；（2）气体充满泵筒；（3）抽油泵余隙内存有部分“死油”措施（1）沉没度加大，使泵进口压力增大；（2）减小防冲距，通过碰泵等措施挤压气体3、常用措施（1）碰泵：常规抽油泵有轻微砂卡、蜡卡、气体影响或被铁锈等赃物附着时通常采取碰泵；稠油泵泵内死油造成的不同步或因其伴生气造成的泵筒充满程度差也可实施碰泵。注意事项：56mm以上大泵碰泵时要慎重，带有脱节器的抽油泵严禁碰泵；稠油井不同步有可能是伴生气的影响，无固定阀组。（2）洗井：洗井是通过地面向井筒注入洗井液的方式，将井壁和油管和抽油泵的蜡、死油、铁锈等通过洗井液携带出地面的方式。注意事项：选择洗井液；正洗油管出口压力大，井底压力大，利于冲洗油层，冲砂效果好，不利冲洗井壁；反洗井井液流速快，油管底部负压区，携砂能力强，可较好的清除悬浮物；洗井液量一般为井筒容积的2倍以上。