關(guān)于影響抽油泵泵效因素分析第1頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

內(nèi)容一、抽油泵漏失狀況分析二、抽油泵閥球啟閉造成的排量損失分析三、泵腔未充滿造成泵效損失及應(yīng)對措施四、抽油桿柱、油管柱伸長對泵效影響分析五、認(rèn)識及建議第2頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、抽油泵漏失狀況分析通常認(rèn)為抽油泵漏失對泵產(chǎn)量影響較大，用戶便采用小間隙抽油泵以減少漏失；以Φ38、Φ44、Φ57三種常用規(guī)格抽油泵的常用間隙（2、3、4號間隙）的漏失情況為例進(jìn)行理論計算和試驗統(tǒng)計分析：在GB/T18607《抽油泵及其組件規(guī)范》附錄B中，上述三種泵的理論最大漏失量規(guī)定值見圖一；根據(jù)理論最大漏失量規(guī)定值推算抽油泵每天理論排量的泵效損失見表一；漏失量試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計平均值見表二。

第3頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月圖一抽油泵配合間隙理論最大漏失量規(guī)定（極限）值注：試驗壓力:10MPa

；試驗介質(zhì)為10號輕柴油；單位:最大漏失量mL/min第4頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月表一推算抽油泵每天理論排量的泵效損失泵徑規(guī)格Φ38Φ44Φ57沖程X沖次912159121591215理論排量14.7619.6824.6020.1126.8233.5233.2544.3355.412#間隙漏失量0.360.4170.536泵效損失2.44%1.83%1.46%2.07%1.55%1.24%1.61%1.21%0.97%3#間隙漏失量0.6550.7630.979泵效損失4.43%3.33%2.66%3.79%2.84%2.28%2.92%2.19%1.77%4#間隙漏失量1.071.2561.613泵效損失7.25%5.44%4.35%6.24%4.68%3.75%4.85%3.64%2.91%注：1、抽油泵工作時，上沖程排液過程中產(chǎn)生漏失，下沖程進(jìn)液過程中不產(chǎn)生漏失；每天產(chǎn)生漏失量＝12(小時)X60(分種)X最大漏失量（mL/min）X10－6。2、沖程X沖次單位為m/min；理論排量、漏失量單位為m3/d。第5頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月表二漏失量試驗統(tǒng)計平均值漏失量泵徑規(guī)格Φ38Φ44Φ572#間隙mL/min216248306m3/12小時0.15550.17860.22033#間隙mL/min371403570m3/12小時0.26710.29020.41044#間隙mL/min5927051055m3/12小時0.42620.50760.7596泵效損失（參照表一中的理論排量）0.63－2.9％0.53－2.52％0.4－2.3％注：1、數(shù)據(jù)來源：對一定數(shù)量、某一規(guī)格、某一間隙抽油泵漏失量試驗值統(tǒng)計計算平均值，對其計算12小時（相當(dāng)抽油泵實際工作一天）的漏失量。

2、2號間隙漏失量統(tǒng)計了160臺,3號間隙漏失量統(tǒng)計了120臺，4號間隙漏失量統(tǒng)計了60臺。第6頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

計算出表一中的漏失量及相應(yīng)的泵效損失，泵效損失在0.97－7.25％之間，根據(jù)表二試驗數(shù)據(jù)推算出的泵效損失在3%以下。抽油泵實際生產(chǎn)中，受泵掛深度加深等因素影響，漏失量會增加；隨著井液粘度的增加，漏失量會減少；目前國外研究認(rèn)為由于抽油泵為間隙滑動密封，3－5%的漏失將會起到很好的潤滑作用，能夠延長抽油泵工作壽命，根據(jù)井況選擇合理間隙、密封段長度以保證所需的漏失量是必要的，如印度尼西亞采用10號間隙長度為3英尺的柱塞用于稠油油井，美國CDI公司采用7號間隙等；從計算分析中看出抽油泵漏失造成的液量損失一般小于5%，目前采油現(xiàn)場抽油泵泵效為25－65％，造成泵效損失并不完全是抽油泵漏失造成的，漏失造成抽油泵系統(tǒng)效率的減少一般小于5%。第7頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、抽油泵閥球啟閉造成排量損失分析：

閥球啟閉滯后會造成抽油泵排量損失，只要泵腔存有氣體或未充滿就會造成閥球啟閉滯后；閥球開啟所需壓差約為0.003MPa（非常?。?而造成排量損失的主要原因應(yīng)該是游動閥球開啟時產(chǎn)生向上的撞擊力造成柱塞上部抽油桿柱彎曲變形所產(chǎn)生的沖程損失，而這部分損失往往被忽略。第8頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

抽油泵工作上沖程（泵吸液）轉(zhuǎn)化為下沖程（泵排液），即泵腔由低壓腔轉(zhuǎn)化為高壓腔時，柱塞上游動閥球開啟產(chǎn)生向上的瞬時沖擊力較大，與下行的抽油桿柱相互作用，造成柱塞上部較細(xì)的抽油桿柱在壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生較大的彎曲變形，從而造成較大的沖程損失，降低抽油泵排量。第9頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

上沖程轉(zhuǎn)換為下沖程時，柱塞下行對泵筒充液腔產(chǎn)生的壓力通過閥座孔作用于閥球上的力必須大于閥球承受的液柱壓力，閥球才能打開，受力分析見圖一，在打開瞬間，這個力作用在整個閥球上，通過閥球、閥罩將力傳遞給抽油桿柱。F4圖二閥副啟閉受力示意圖第10頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

D1：閥球直徑mm；d1：閥座孔徑mm；D2：柱塞直徑mm；P1：閥球關(guān)閉時，作用于閥球上的液柱壓強(qiáng)MPa；F1：閥球關(guān)閉時，作用于閥球上的液柱壓力N，F(xiàn)1=π/4×D12×P1；P2：閥球打開瞬間，作用于閥座上的壓強(qiáng)MPa（即泵充液腔壓強(qiáng)）；F4圖二閥副啟閉受力示意圖第11頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

F2：閥球瞬間打開后，P2通過閥座孔作用于整個閥球上的力N，F(xiàn)2=π/4×d12×P2；F2≥F1時，閥球才能打開；F3：閥球瞬間打開后，作用于閥球下部壓強(qiáng)與上部壓強(qiáng)的壓差產(chǎn)生的對閥球的沖擊力N，F(xiàn)3=π/4×D12×（P2-P1）；F4圖二閥副啟閉受力示意圖第12頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

F4：上沖程轉(zhuǎn)為下沖程后，抽油桿柱推動柱塞下行，使柱塞下部泵腔變?yōu)楦邏呵贿_(dá)到壓強(qiáng)P2時，所需的桿住下行力，根據(jù)作用力與反作用力原理，這個力將反向作用于抽油桿柱上，為抽油桿的軸向壓力N；

F4=π/4×D22×（P2-P1）。F4圖二閥副啟閉受力示意圖第13頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

按1000米泵掛深度計算（不考慮沉沒度和井口回壓），設(shè)定作用在閥球上的液柱壓強(qiáng)為10MPa；則閥球打開瞬間，作用于閥球上的壓強(qiáng)P2、閥球?qū)η蚯坏淖矒袅3、產(chǎn)生壓強(qiáng)P2所需的桿柱下行力F4（即作用于抽油桿上的軸向壓力）。常規(guī)閥副基本尺寸參數(shù)和P1、P2見表三；F3、F4見圖三。表三閥副基本參數(shù)泵徑mmΦ32Φ38Φ44Φ57D1mm19.0523.8328.5834.93d1mm14.9018.2022.2027.40P1MPa10P2MPa≥16.35≥17.14≥16.57≥16.25第14頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖三游動閥開啟造成沖擊力F3、桿柱軸向壓力計算值F4第15頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

從表中計算數(shù)據(jù)可以看出，在1000米泵掛時，閥球開啟瞬間對閥腔的撞擊力在1800N以上，柱塞下行力對桿柱造成的軸向壓力在5000N以上，隨著泵掛的加深，產(chǎn)生的力將更大；抽油桿為細(xì)長桿，在軸向載荷壓力作用下，穩(wěn)定性較差，抽油桿柱處于失穩(wěn)（屈曲）狀態(tài)，失穩(wěn)后，即使在微小力的作用下，引起的變形也將會顯著增加；抽油桿柱受到的軸向壓力和失穩(wěn)狀態(tài)下的變形，造成抽油泵在下沖程時與抽油機(jī)運動不同步，即抽油泵柱塞實際運行長度少于抽油機(jī)的沖程長度，產(chǎn)生的沖程損失，使抽油泵排量降低，大大影響著抽油泵的有效功率。圖四抽油桿長度與臨界壓力關(guān)系第16頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于在深井中，柱塞上下、泵筒內(nèi)外壓力不同，油井井液粘度大、會造成柱塞下行阻力大，也會產(chǎn)生抽油桿柱彎曲失穩(wěn)情況的發(fā)生，造成泵效損失。第17頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、泵腔未充滿造成泵效損失及應(yīng)對措施

由于油井存在含氣、油稠、抽油泵沉沒度低、泵掛位置存在斜度等情況，會造成抽油泵泵腔井液未充滿、閥球開閉滯后等現(xiàn)象，致使抽油泵排液量下降，嚴(yán)重影響了泵的系統(tǒng)效率。這部分因素取決于油井工況，國內(nèi)外針對油井工況研制了特種抽油泵以提高泵腔液體的充滿度，抽油泵與油井工況有機(jī)結(jié)合是提高油井產(chǎn)量的基礎(chǔ)。第18頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月1、氣體影響及應(yīng)對措施：當(dāng)油井含氣量較大時，會造成抽油泵充滿度低，當(dāng)氣液比達(dá)到30m3/m3時，泵效就會明顯下降；嚴(yán)重含氣井可降低泵效90%，氣鎖造成抽油泵不出液的現(xiàn)象也時有發(fā)生；并且含氣造成的液擊現(xiàn)象會產(chǎn)生較大的振動載荷，使抽油機(jī)、抽油桿柱受力狀況變差，抽油桿柱軸向壓力變形增大，沖程損失加大。應(yīng)對措施：使用防氣抽油泵，配套氣錨、定期放套管氣、加深泵掛等工具等；將會平均提高抽油泵泵效10%以上，可大大提高含氣油井的系統(tǒng)效率。第19頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

研制的適宜在含氣井中工作的防氣抽油泵有：游動閥強(qiáng)制啟閉抽油泵、長柱塞排氣防氣泵、雙泵筒中空防氣泵、環(huán)形閥防氣泵、兩級壓縮防氣抽油泵、變間隙（抽油泵上部間隙大）防氣抽油泵、防氣鎖游動閥等，可根據(jù)含氣狀況加以選擇。第20頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2、稠油影響及應(yīng)對措施：國內(nèi)對稠油油井進(jìn)行較多的研究試驗表明：進(jìn)泵井液粘度在500mPa·s以下，泵效可達(dá)40%；進(jìn)泵井液粘度在1000mPa·s，抽油泵能夠正常工作，但泵效很低；如果進(jìn)泵井液粘度達(dá)到2000～3000mPa·s，即使采用抽稠油泵，泵效也很低，應(yīng)采取降粘措施。在遼河、克拉瑪依、河南等油田有較多的稠油油井，由于稠油流動性差，粘滯力大，井液進(jìn)入泵筒的阻力大，抽油泵的充滿度低；同時造成抽油機(jī)上下沖程載荷變化大，惡化了抽油機(jī)、抽油桿的受力狀況，易造成采油設(shè)備的損壞；較大的下行阻力加大了桿柱沖程損失，造成抽油泵泵效低。第21頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

稠油開采在國內(nèi)外開展了較多的研究并實施了較多的應(yīng)對措施，國內(nèi)適宜稠油生產(chǎn)的抽油泵有：液力反饋抽油泵、串聯(lián)抽油泵、大流道抽油泵、浸入式抽油泵、空心抽油泵（能夠?qū)崿F(xiàn)泵下加重、泵下注入降粘的熱載體、下入加熱電纜）等。抽稠油泵可以提高泵腔充滿度、克服部分粘滯阻力，減少沖程損失，部分抽稠油泵的特殊結(jié)構(gòu)能夠與油井的降粘措施、泵下加重配套，有效減少稠油油井不利因素的影響，可提高抽油泵泵效2～5%。第22頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月3、斜度影響及應(yīng)對措施：隨著水平井、側(cè)鉆井、叢式井的增多，要求抽油泵在傾斜狀態(tài)下工作，此種狀態(tài)下，常規(guī)抽油泵閥副不能及時啟閉，泵效損失可達(dá)40%。在室內(nèi)對抽油泵進(jìn)行傾斜角度下的密封試驗表明：在水平～75°放置狀態(tài)下，常規(guī)抽油泵的閥球不能密封（需靠外力吸引閥球座封），如果沒有外力作用，壓力試驗機(jī)不能夠起壓；在45°放置狀態(tài)下，常規(guī)抽油泵的閥球不能及時密封（需要1～6秒時間）。第23頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

應(yīng)對措施就是研制斜井抽油泵，目前生產(chǎn)的斜井抽油泵能夠滿足75°斜井的使用要求：如為了增加泵筒剛度對抽油泵增加外管、采用高強(qiáng)度泵筒以減少彎曲變形，采用旋轉(zhuǎn)柱塞或高硬度柱塞以減少偏磨，閥罩采用導(dǎo)向筋結(jié)構(gòu)或配套扶正推桿以保證閥球及時開閉；根據(jù)不同斜度匹配不同結(jié)構(gòu)的斜井抽油泵，以達(dá)到合適的性價比。斜井抽油泵可提高其在傾斜狀態(tài)下工作的可靠性及泵效，平均泵效可提高5%左右。第24頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月4、深井影響及應(yīng)對措施：該種工況的抽油泵泵掛較深，為2500米以上，液面較低，泵效平均在30%以下，系統(tǒng)效率偏低，致使采油系統(tǒng)能耗大，效益低；抽油泵受力狀況惡化，抽油泵事故較多。為了加大抽油泵的泵掛深度，開發(fā)了改變泵筒受力狀況的過橋抽油泵――懸掛抽油泵、倒置泵筒抽油泵；通過采用特殊泵筒材料如N80油管材料、增加泵筒壁厚（如壁厚為10mm，常規(guī)泵筒壁厚6.35mm）、加大泵筒螺紋規(guī)格的型式提高泵筒強(qiáng)度，以增加抽油泵的下井深度。目前抽油泵的強(qiáng)度能夠滿足最大抽油機(jī)載荷允許的下井深度。第25頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

深井抽油泵不僅適宜加深泵掛，通過改變泵筒的受力方式、加長泵筒柱塞密封副長度的方式（如采用長度為1800mm的柱塞）減少抽油泵在高壓差（25～35MPa）工作條件下的漏失，確保深井采油產(chǎn)量的提高。第26頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月5、應(yīng)用長沖程抽油泵，提高泵效：使用長沖程抽油泵是提高泵效的有效方式：如沖程損失為1米，在抽油機(jī)沖程為3.6米時，沖程損失造成的泵效損失為28%；如采用7.2米長沖程抽油機(jī)，沖程損失將降為14%；泵效將提高14%，油井產(chǎn)量、系統(tǒng)效率將大大提高。同時采用長沖程可減少抽油泵摩擦損壞、減少抽油桿疲勞應(yīng)力損壞、減少桿柱與油管摩擦損壞，提高采油系統(tǒng)的整體性能，保障油井的整體效益。第27頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

大港油田新世紀(jì)機(jī)械制造公司生產(chǎn)的常規(guī)管式抽油泵、桿式抽油泵沖程長度達(dá)到8.5米，能夠與國內(nèi)長沖程抽油機(jī)（沖程8米）匹配。通過抽油泵泵筒對接、桿式泵拉桿對接的型式，能夠制造沖程長度達(dá)30米的抽油泵。如果有超長沖程的抽油機(jī)，經(jīng)過泵筒串接型式容易實現(xiàn)與其配套抽油泵的制造。第28頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月四、抽油桿柱、油管柱伸長對泵效影響分析上下沖程過程中，抽油機(jī)最大、最小載荷的變化造成抽油桿柱受到載荷由大變小而縮短、油管柱受到載荷由小變大而伸長，抽油桿柱的縮短、油管柱的伸長均造成了抽油泵柱塞的沖程損失，即抽油泵柱塞的實際沖程小于抽油機(jī)的沖程，造成抽油泵的實際排量降低。以3/4、7/8、1為例計算桿柱縮短變形量見表四。以2-7/8為例計算管柱伸長變形量見表五。第29頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月泵徑不同泵掛（H）深度、不同泵徑條件下，3/4、7/8、1抽油桿的變形量（m）H=500H=1000H=1500H=2000H=25003/47/813/47/813/47/813/47/813/47/81Φ380.050.040.270.200.150.110.440.3280.250.780.590.441.20.910.70Φ440.070.050.040.260.200.150.590.440.331.050.780.601.61.220.93Φ570.110.080.060.440.330.250.990.7380.561.761.311.02.82.061.52表四桿柱縮短變形量第30頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月表五管柱伸長變形量（m）油管長度500100015001800200025002-7/8油管變形量0.0320.1260.2850.410.5060.791第31頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月

對表四、表五計算數(shù)據(jù)分析看出，不同泵徑、不同規(guī)格抽油桿所產(chǎn)生的變形量相差較大；對于泵掛1000～2500m，抽油桿與油管的變形量至少為0.23～1.49m，占5米沖程的4.6%～29.8%，相應(yīng)的泵效損失是較大的。建議措施：

a、根據(jù)油井產(chǎn)量、工況，合理選擇抽油泵泵徑規(guī)格、匹配合理的抽油桿柱組合，以減少抽油桿變形；大港新世紀(jì)公司為了方便用戶選擇泵徑，增加了Φ28、Φ50.8、Φ63.5等規(guī)格的抽油泵。第32頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月b、對于深井，應(yīng)選擇小泵徑抽油泵，可彌補(bǔ)大泵徑造成大的沖程損失、載荷增大等不利因素造成的影響。

c、使用長沖程工作制度，如沖程損失為1米，在抽油機(jī)沖程為3.6米時，沖程損失造成的泵效損失為28%；如采用7.2米長沖程抽油機(jī)，沖程損失將降為14%，泵效將提高14%，油井產(chǎn)量將大大提高。同時采用長沖程可減少抽油泵摩擦損壞、減少抽油桿疲勞應(yīng)力損壞、減少桿柱與油管摩擦損壞，提高采油系統(tǒng)的整體性能，保障油井的整體