抽油泵泵效分析ppt课件.ppt

第一部分抽油泵泵效分析 中国石油大庆培训中心 1 第一部分抽油泵泵效分析讲述内容 一 抽油泵简介二 影响抽油泵泵效的因素三 提高抽油泵效的措施 2 抽油泵 又叫深井泵 是有杆泵采油的一种专用设备 抽油泵下在油井井筒中动液面以下一定深度 依靠抽油杆传递抽油机动力 将原油抽出地面 一 抽油泵简介 3 对抽油泵要求 抽油泵下入深度从几百米到几千米 所抽汲的液体中常含有砂 蜡 水 气及有腐蚀性的物质 其工作环境恶劣 所以要求抽油泵结构简单 便于起下 制造泵的材料耐磨 抗腐蚀性能好 使用寿命长 加工安装质量高 降低使用故障率 为了适应多种多样的油井条件 因此设计制造的抽油泵的类型很多 我国抽油泵行业标准是SY T5059一91 抽油泵 抽油泵实物图 4 一 抽油泵类型 按抽油泵的结构和在井内安装的原理 抽油泵分为 管式泵和杆式泵两种 5 按抽油泵用途 抽油泵分为 常规泵和特种泵两类 常规抽油泵或标准抽油泵 符合抽油泵标准设计和制造的抽油泵 特殊抽油泵或专用抽油泵 具有专门用途 或具有与标准结构或尺寸不同的抽油泵 6 1 常规抽油泵 1 管式泵a 管式泵的结构 主要由泵筒 固定阀和带有游动阀的空心柱塞组成 b 管式泵结构的特点 泵筒连接在油管柱的下端 为油管柱的延续部分 固定阀安装在泵筒下端 带游动阀的柱塞与抽油杆柱下端连接在一起下入 在泵筒部位工作 7 c 类型 根据泵筒的结构不同 可分为组合式泵筒管式泵和整体泵筒管式泵 8 d 管式泵的特点优点 1 结构简单 加工方便 价格便宜 2 且油流通道大 在相同油管直径下允许下入的泵径大 因此排量大 3 适用于产液量高 油井较浅 含砂较多 气量较小的井使用 缺点 1 检泵和换泵时必须起出油管 修井工作量大 2 不适用于深井 9 定筒式顶部固定杆式泵示意图1 油管 2 支承定位密封装置 3 柱塞 4 游动阀 5 内工作筒 6 固定阀 7 外工作筒 2 杆式泵a 杆式泵的结构 主要由泵筒 柱塞 游动阀 固定阀 泵定位密封部分及外工作筒组成 b 杆式泵的结构特点 有内 外两个工作筒 使用时是把外工作筒随油管柱下入井中 而后把装衬套和柱塞的内工作筒连接在抽油杆柱下端下井 并插入外工作筒中 起出时是通过抽油杆柱把内工作筒拔出 10 c 杆式泵的类型 a 定筒式顶部固定杆式泵结构特点 泵由泵顶部的固定支承装置将泵筒固定在油管内的预定位置上 优点 在柱塞运动时可将锁紧装置四周的砂子冲掉 防止砂卡 起泵作业容易 泵筒可绕顶部锁紧装置这个支点摆动 所以在斜井中下泵时 不会损坏 在固定位置深度相同的情况下 泵的沉没度比底部固定的杆式抽油泵更大 所以更适合低产井和低液面井中使用 顶部固定位置使泵本身具有气锚作用 可在含气较多的油井中使用 定筒式顶部固定杆式泵结构图 11 b 定筒式底部固定杆式泵结构特点 泵由泵的底部锁紧装置将泵筒固定在油管内的预定位置上 优点 泵筒不会因液柱作用而伸长 只受外压 间隙不会增大 适合在深井中使用 泵筒可绕底部锁紧装置这个支点摆动 可在斜井中使用 定筒式底部固定杆式泵结构图 12 c 动筒式底部固定杆式泵结构特点 泵的泵筒与抽油杆柱连接 并作上下运动 柱塞通过拉管及底部锁紧装置固定在油管内预定位置上的支承套上 优点 用在含砂较多的油井中 因为工作时泵筒上下运动 不停地搅动井液 砂粒不易沉积在锁紧装置上产生卡泵 在周期开采抽油井停抽时 顶部阀球封闭阀座 油管中的砂粒不会沉积在泵内产生卡泵 固定阀和出油阀都为开式阀罩 流体的局部阻力小 有利于含砂较多的井液排出 动筒式底部固定杆式泵结构图 13 二 管式抽油泵工作原理 14 管式抽油泵工作原理可概括为 柱塞上行时 游动阀关 固定阀开 吸液入泵 排液出井 柱塞下行时 固定阀关 游动阀开 泵内液体转入油管 15 1 相关概念光杆冲程 抽油机驴头上下往复运动时在光杆上的最大位移 柱塞冲程 抽油泵柱塞在井下工作时 上 下往复运动的最大位移 冲数 冲次 每分钟抽油机驴头上 下往复运动的次数 三 抽油泵理论排量 16 2 理论排量公式a 体积排量 或 式中Q理 泵的理论排量 m3 d D 抽油泵泵径 m S 光杆冲程 m n 冲数 r min k 与泵径有关的系数 17 常用抽油泵截面积AP和排量系数K 18 b 质量排量 或 式中Q理 泵的理论排量 t d 液 井液的相对密度 19 四 抽油泵泵效 1 抽油泵泵效a 抽油泵泵效 抽油井的实际产液量与抽油泵的理论排量的比值 计算公式 式中 抽油泵泵效 Q实 油井实际日产液量 t d或m3 d Q理 泵的理论排量 t d或m3 d 20 式中Q油 实际产油量 m3 d或t d fw 含水率 b 实际产液量 c 实际产油量 21 课堂练习 练习1 某抽油机井使用抽油泵D 38mm 冲程S 3m 冲数n 6r min 求该井的理论排量 29 4m3 d 练习2 某抽油机井使用抽油泵D 56mm 冲程S 1 8m 冲数n 10r min 井液相对密度 ow 0 9 求该井的理论排量 57 43t d 练习3 某抽油机井抽油泵D 38mm 冲程S 3m 冲数n 6r min 日产液量为15 6m3 d 求该井泵效 53 06 练习4 某抽油机井下D 56mm的抽油泵 冲程S 2 4m 冲数n 9r min 日产液量为37t d 液体相对密度 ow 0 9 原油含水为63 求泵效和日产油量 50 8 12 95t 22 抽油泵泵效的高低反映了泵性能的好坏及抽油参数的选择是否合适等 影响抽油泵泵效的因素归纳起来有以下四个方面 1 抽油参数的影响2 设备因素的影响3 地质因素的影响4 其他因素的影响 二 影响抽油泵泵效的因素 23 1 工作参数的影响如果抽油泵的抽油参数选择不当 会降低泵效 1 抽油参数过大的影响 抽汲参数增大 理论排量增大 分析 如果抽油泵的理论排量远远大于油层供液能力 造成供液不足 泵效自然很低 24 2 柱塞移动速度的影响 概念 柱塞移动速度 即2Sn 分析 当S或n提高到一定程度后 使 柱 液 特别是当hs较小时 结果 原油来不及充满柱塞所让出的空间 泵的充满系数减小 使泵效下降 产生冲击载荷 促使抽油杆更快的损坏 抽油泵工作原理图 25 3 沉没度的影响 相关概念a 动液面动液面深度 Lf动液面高度 Hfb 静液面静液面深度 Ls静液面高度 Hsc 沉没度 hs Ps 26 分析 从液体流动的阻力看 抽油泵的沉没度受液体粘度 泵的结构尺寸影响很大 在油井生产时 由于hs确定不合理 过小 出现泵不能及时被液体充满的现象 使泵的充满系数降低 导致泵效降低 27 4 泵挂深度影响结论 泵挂深度过大使冲程损失过大 泵效降低 冲程损失 光杆冲程与柱塞冲程之差 形成冲程损失原因 由于上 下冲程过程中杆 管承受交变载荷而产生弹性伸缩 使柱塞冲程小于光杆冲程 从而减少了柱塞所让出的体积 使泵效降低 SP S 28 a 过程分析 当驴头从下死点开始上行时 抽油杆柱因增载而伸长 油管柱因卸载而缩短 当驴头从上死点开始下行时 油管柱因增载而伸长 抽油杆柱因卸载而缩短 在上或下冲程开始后 只有当光杆位移一段距离以后 柱塞才会与光杆同步位移 静载荷对柱塞冲程的影响 29 b 结论 静载荷减少冲程 减少量为 抽油杆柱和油管柱弹性伸缩示意图 30 c 计算公式 引起杆柱和管柱变形的力为上 下冲程载荷之差WL a 单级抽油杆柱与油管柱的变形如下 31 式中 冲程损失 m r t 抽油杆柱 油管柱的弹性变形 m WL 相当于柱塞截面积以上的液柱重力 N E 钢的弹性模数 2 1 105MPa AG 抽油杆柱截面积 m2 At 油管金属截面积 m2 L 抽油杆柱总长度 泵挂深度 m 32 b 多级抽油杆柱与油管柱的变形如下 以二级为例 d 分析 L WL 式中L1 L2 每级抽油杆柱的长度 m AG1 AG2 每级抽油杆柱截面积 m2 33 惯性载荷对柱塞冲程的影响a 过程分析 在驴头上行到上死点时 抽油杆柱在惯性力作用下会带着柱塞仍继续上行 使柱塞比在静载变形时向上多移动一段距离 在驴头下行到下死点时 抽油杆柱在惯性力作用下会带着柱塞仍继续下行 使柱塞比在静载变形时向下多移动一段距离 b 结论 惯性载荷增加冲程 增加量为 i 34 或 c 计算公式 式中S 光杆冲程 m n 冲数 r min i 由于惯性载荷作用使柱塞冲程增加值 m 抽油杆柱在上下冲程中的惯性载荷使柱塞冲程增加值 m 总结论 通过分析 静载荷与惯性载荷对柱塞冲程的影响 35 例题1 某抽油井使用泵CYB56 下泵深度L 1000m 抽汲液体的密度 ow 901kg m3 采用CYG19单级抽油杆 采用 62mm平式油管 光杆冲程S 1 8m 求冲程损失和因静载荷而使泵效降低值 例题2 某抽油井使用泵CYB56 下泵深度L 1000m 抽汲液体的密度 ow 901kg m3 采用CYG19单级抽油杆 采用 62mm平式油管 光杆冲程S 1 8m 求冲程损失和因静载荷而使泵效降低值 已知CYG19抽油杆AG 2 85cm2 62mm平式油管At 11 9cm2 课堂练习 36 例题3 某抽油机井选用CYB38杆式泵 下泵深度L 1400m 采用 62mm平式油管 该井使用二级抽油杆柱 即由CYG22抽油杆580m和CYG19抽油杆820m组成 井内液体密度860kg m3 光杆冲程S 1 8m 试计算冲程损失和对泵效的影响 取g 10m s2 课堂练习 37 2 设备因素的影响 1 泵的制造质量 2 泵的安装质量 3 衬套与柱塞间隙配合选择不当 或阀球与阀座不严等都会使泵效降低 ab抽油泵结构示意图a 管式泵b 杆式泵1 油管 2 锥形锁扣 3 活塞 4 游动阀 5 工作筒 6 固定阀7 内工作筒 8 外工作筒 38 3 地质因素的影响 1 油井出砂a 带砂子油流冲刷阀球及阀座 破坏泵阀正常工作 b 出砂对抽油泵柱塞和衬套有磨损 增加了漏失量 c 严重时泵阀砂卡或砂埋 2 油井结蜡a 蜡沉积在泵阀上造成油流通道减小 使阀关闭不严 造成漏失 b 泵入口处及泵内结蜡 使油流阻力增大 泵充不满 c 严重时造成蜡卡 39 3 原油粘度高a 油流阻力大 固定阀和游动阀不易打开和关闭 b 抽油杆不易下行 影响泵的冲程 c 油流进泵阻力大 降低泵的充满系数 使泵效降低 4 井内液体含有腐蚀性物质a 腐蚀阀球及阀座 造成漏失 b 腐蚀使阀的材料变脆 易毁坏 c 腐蚀油管及抽油杆 使油管漏失 抽油杆断脱 40 气体对充满程度影响 5 气体的影响a 相关概念 防冲距 当柱塞达到下死点时 为防止两阀相撞 而上提一段距离 余隙容积 当柱塞在下死点时 游动阀与固定阀之间的泵筒容积 气锁 大量气体进入泵内后 柱塞在上 下冲程中仅对泵内气体起压缩和膨胀作用 固定阀打不开 油不能进泵 出现抽不出油来的现象 41 b 分析 a 在抽汲过程中是气和液两相同时进泵 由于气体进泵 占据泵筒中部分容积 降低了泵中液体的充满程度而使泵效降低 气体影响严重时 甚至可能形成泵的 气锁 b 抽油井在正常生产时 抽油泵余隙容积的存在 由于余隙容积的存在 减少了进油过程中进入泵筒内的油量 而使泵效降低 气体对充满程度影响 42 4 其他因素的影响 1 油管漏的影响当油管有漏失时 即泵本身工作良好 充满系数高 也会使泵效降低 2 磁化现象的影响 43 3 井身弯曲的影响a 杆 管摩擦 落下的金属碎屑垫住阀球造成漏失 b 偏磨使柱塞与衬套一边间隙增大 增大漏失量 c 造成接箍磨坏 抽油杆断或油管磨穿 抽油机井防偏磨示意图 44 三 提高抽油泵效的措施1 提高油层供液能力主要是提高和保持油层压力 采用进攻性的增产增注措施 来提高油层的供液能力 2 合理选择抽油泵 提高泵的质量 检修 保证泵的配合间隙及阀不漏 1 选择泵型 选择依据 根据原油产量 含砂 含水 气油比 下泵深度及抽油机型号等因素来决定 选择原则 2 选定泵径 选择依据 在抽油机负荷允许的范围内选定泵径 主要是根据产量大小及泵径 冲程 冲数的关系来确定 选择原则 45 3 选择抽油泵的间隙 选择依据 要考虑漏失量 泵的机械磨损情况 泵的间隙大小要根据井中原油粘度 井温 含砂量等资料来选 选择原则 抽油泵的间隙等级表 46 3 合理选择抽油井工作参数 工作方式 抽油井设备选定后 在保证产量的前提下 应以获得最高的泵效为基本出发点来调整抽汲参数 确定选择抽汲参数组合的一般原则 1 对于粘度不太大的常规抽油机井 在确定泵径 冲程 冲数的配合时 一般应坚持长冲程 慢冲数 小泵径的原则 2 对于原油比较稠的油井 在确定泵径 冲程 冲数的配合时 一般应坚持长冲程 慢冲数 大泵径的原则 3 对于连喷带抽抽油机井 在确定泵径 冲程 冲数的配合时 一般应坚持长冲程 快冲数 大泵径的原则 47 4 确定合理的下泵深度和合理的沉没度 1 由冲程损失的计算可知 下泵深度越小 冲程损失越小 泵效越高 需精确计算 2 根据充满系数的计算及气体的影响原理可知 沉没度越大即下泵深度越大 泵吸入口处的沉没压力越高 气体影响越小 需精确计算 48 5 减少冲程损失由于冲程损失是由弹性变形产生的 是抽油杆柱 油管柱弹性变形的总和 1 采用油管锚使油管柱下部固定 以减少由于油管柱变形