浅议影响泵效的原因及提高泵效的措施

浅议影响泵效的原因及提高泵效的浅议影响泵效的原因及提高泵效的 措施措施 一 一 泵的排量及泵效泵的排量及泵效 活塞上 下活动一次叫一个冲程 根据泵的工作原理可知 在一个冲程内完成 进油与排油的过程 在理想情况下 活塞上 下一次进入和排出的液体体积都 等于活塞让出的体积 v 活塞上冲程 吸入泵内的油量 v fp s 式中 fp 活塞面积 m2 s 光杆冲程长度 m 排出井外体积 v 1 fp fr s 式中 fr 抽油杆的截面积 m2 活塞下冲程 泵吸入的油的体积 v 将通过游动凡尔排到活塞上部的管中 由于 有相当冲程长的一段光杆从井外进入油管 因此 将排出井外体积 v 2 frs 所以活塞每一冲程 活塞上 下一次 排出井外的油体积 v v 1 v 2 fp fr s frs fps 即每一行程吸入泵内油的体积分上 下冲程两次排出井外 每日排量 qt 1440nv 式中 qt 泵的理论排量 m3 d n 冲次 次 min 其余符号同前 在抽油井生产中 实际抽出的液量 q 一般都比理论产量 qt低 两者的比值叫 抽油系数 或叫泵效 用 表示 即 q qt 愈大 说明泵的工作实效愈好 但在正常情况下 若 达到 0 7 0 8 就认 为泵的工作是良好的 只有自喷井刚转入抽油时 油井 连抽带喷 此时的 才接近或大于 1 实际生产中 往往低于 0 7 甚至很低 这是由于深井泵受各种因素影响的 结果 二 二 影响泵效的因素影响泵效的因素 一 冲程损失的影响 一 冲程损失的影响 由于抽油杆 油管在工作过程中承受交变载荷 从而引起抽油杆和油管的弹性 伸缩 使活塞冲程小于光杆冲程 并减少了活塞让出的体积 造成泵效降低 以下就静载荷及惯性载荷引起抽油杆 油管弹性变形 及其对活塞冲程的影响 介绍如下 1 1 静载荷对活塞冲程损失的影响 当驴头从下死点开始上行时 游动凡尔关闭 液柱重量作用在活塞上 使抽油 杆发生弹性伸长 抽油杆虽然由下死点向上走了 r距离 即悬点从位置 a 移 到 b 但活塞尚未发生移动 所以抽不出油 r即为抽油杆柱的伸长 油管由于卸去液柱重量而缩短一段距离 t 悬点位置由 b 移至 c 此时虽然 通过抽油杆带着活塞一起向上走了 t的距离 但活塞与泵筒之间仍无相对运 动 因此 抽不出油来 吸入凡尔也仍是关闭的 当驴头位置由 c 继续向上移动时 活塞才与泵筒发生相对位移 井口出油 吸 入凡尔打开吸入液体 一直移到上死点 d 点 走完上冲程 由上述可知 驴头冲程为 s 而活塞冲程为 sp 则 s sp r t 同理 悬点由上死点开始下冲程时 吸入凡尔关闭 排出凡尔打开 液柱载荷 由抽油杆移到油管上 使抽油杆缩短 r 油管伸长 t 当驴头下行 r t 距离之后 活塞与泵筒才有相对运动 才开始抽油 因此 下冲 程与上冲程一样 活塞冲程比驴头冲程小 值 称为冲程损失 由于冲程损失使泵效降低的数值 为 l s sp s s 值根据虎克定律算出 wl l e 1 fr 1 ft fprll2 e 1 fr 1 ft 对于多级抽油杆 以 2 级为例 值为 wl e l1 fr1 l2 fr2 l ft 式中 冲程损失 m wl 上 下冲程中静载荷之差 即液柱载荷 wl fprll 10 4 n fp fr f t 活塞 抽油杆 油管截面积 cm2 l 抽油杆柱总长度 m 1 液柱重量 n m3 e 钢的弹性模数 2 1 107n cm2 l1 l2 每级抽油杆的长度 m fr1 fr2 每级抽油杆的截面积 cm2 例田 井油管直径 21 2 外径 73 毫米 内径 62 毫米 选用 38 毫米杆式泵 下泵深度为 1400 米 由直径 7 8 抽油杆 580 米 直径 3 4 抽油杆 820 米组 成二级抽油杆柱 井内液体重度为 8600n m3 驴头冲程为 1 8 米 试计算冲程 损失及对泵效的影响 解 wl fpl 1 4d2l 1 3 14 4 0 0382 1400 8 6 13 648kn 或 13648n 查表 3 4 得 7 8 3 4 抽油杆的截面积分别 3 8 平方厘米 2 85 平方厘米 ft 4 7 32 6 22 11 65 平方厘米 wl e l1 fr1 l2 fr2 l frt 13684 2 1 107 580 3 8 820 2 85 1400 11 68 0 36 米 对泵效的影响 s 0 36 1 8 20 2 惯性载荷对活塞冲 悬点上升到上死点时 抽油杆在向上最大惯性载荷作用下减载而缩短 因此 悬点 到上死点后 抽油杆在惯性力作用下带着活动塞仍继续上行 使活塞比静截变形 时 向上多移动一段距离 当悬点下行到下死点时 抽油杆受到向下的最大惯性力 使抽油杆伸长 活塞 又比静截荷变形时向下多移动一段距离 由上述可知 在惯性载荷作用下 使活塞冲程比只有静载荷变形时要增加 p p 式中 p 由于惯性载荷的作用 使活塞冲程增加的数值 根据虎克定律计算 p l fre wrsn2 2 1790 1 r l l fre wrsn2 2 1790 1 r l wrsn2l 1790 fre 上式中由于抽油杆柱上各点所承受的惯性力不同 计算中取其平均值 即取悬点 惯性载荷的一半 静载荷和惯性载荷对活塞冲程的影响为 惯性载荷引起的抽油杆柱变形会使活塞冲程增大 有利于提高泵效 但惯性载 荷增加会使悬点最大载荷增加 最小载荷减小 抽油杆受力情况变坏 因此 通常并不采用快速抽汲增加惯性载荷的办法来增加活塞冲程 二 气体对泵效的影响 二 气体对泵效的影响 当活塞在下死点位置时 在泵的排出凡尔与吸入凡尔之间有一定的距离 这个 距离叫防冲距 两凡尔间的泵筒容积叫余隙容积 当泵入口处的压力低于饱和 压力时 抽汲时总是气 液两相进入泵内 而气体进入泵内占据一定的体积 必然减少进入泵内的液体量使泵效降低 进气严重时 甚至发生 气锁 即 在抽汲时由于气体在泵内压缩和膨胀 使吸入和排出凡尔无法打开 出现抽不 出油的现象 调整前受气体影响调整前受气体影响 调整后气体影响减弱调整后气体影响减弱 工况变好工况变好 柳柳 87 3187 31 井调整前后泵效对比表井调整前后泵效对比表 调整前调整前调整后调整后 动液面 m 1210 动液面 1232 沉没度 m 124 沉没度 102 产液量 m3 4 42 产液量 5 12 泵效 22 6 泵效 25 9 气体的影响程度通常用充满系数 表示 即每一冲程吸入泵内的原油体积与活 塞上冲程让出的体积之比 vo vp 式中 vp 上冲程活塞让出的体积 vo 每冲程吸入泵内的油的体积 以 r 表示进入泵内的油气比 即 r vg vo 可以看出 vp vs vg vo vo 1 r vo vp vs 1 r 而 vo vo vs vp vs 1 r vs带入式中 得 vo vp vp vs 1 r vp vs vp 余隙比 则 1 k 1 r k 1 k r 1 r 很明显 越大 泵效越高 从式中可以看出 与油气比 r 及余隙比 k 有关 k 值越小 值越大 而要减小 k 值 就必须减小余隙 vs或增大活塞冲程来 增加 vp 因此 在保证活塞不撞击固定凡尔的条件下 尽量减小防冲距 即减 小余隙 r 值越小 值越大 通常为了降低 r 值 而采用增加泵的沉没度 使自由气 更多的容于油中的方法 或安装气锚 使气体在未进入泵之前就在泵外分离掉 三 漏失的影响 三 漏失的影响 漏失会使泵效降低 常见的漏失包括以下几种 1 油管漏失包括丝扣漏 腐蚀穿孔漏 制造缺陷的管壁砂眼 裂缝漏等 2 选泵不合理活塞与衬套的配合间隙过大 通过间隙的漏失量与间隙的三次方 成正比例的增加 而与活塞运动速度成反比 因此间隙过大造成的漏失可通过 合理选择泵的级别来决定 泵工作正常泵工作正常 活塞与衬套明显漏失活塞与衬套明显漏失 柳柳 92 3392 33 泵效对比表泵效对比表 活塞与衬套漏失活塞与衬套漏失正常工作正常工作 动液面 m 560 动液面 580 沉没度 m 864 沉没度 844 产液量 m3 7 95 产液量 10 36 泵效 58 0 泵效 62 7 3 深井泵的零件磨损或被卡 包括衬套与活塞工作面 凡尔 凡尔座因磨损或 被卡而引起的漏失 在以下几种情况下容易造成磨损或被卡 1 井内液体含有腐蚀性物质 如含硫的气体 会很快腐蚀泵的零件 使凡尔 变脆而损坏 2 油井出砂 带砂液体对凡尔磨损非常严重 对活塞和衬套的磨损也较严重 3 结蜡会使凡尔关闭不严 甚至结蜡凡尔和活塞 4 由于井身弯曲 抽油杆与油管壁发生磨擦 落下的金属碎屑垫住凡尔球造 成漏失 同时由于偏磨 造成活塞与衬套一边间隙增大 加大漏失量 严重时 可以把油管磨穿 5 有些井 由于钢制部分发生磁化现象 把凡尔球吸在凡尔罩的侧旁而不 能正常工作 通常防磁化的方法是应用瓷制的凡尔球 四 泵筒未充满的影响 四 泵筒未充满的影响 若油层能量低 或沉没度较小时 有时活塞的运动速度大于所吸入液体的运动 速度 供油跟不上 原油来不得充满活塞所让出的泵筒空间 而活塞已开始下 行 出现充不满的现象 使泵的充满系数减小 泵效降低 同时 活塞下行时 还可能与液体发生冲击 引起整个抽油杆系的振动 遇到这种情况 一般是加 深泵的沉没度 或选择合理的抽汲参数来解决 三 提高泵效的措施三 提高泵效的措施 泵效是反应抽油设备工作效率及管理水平的重要指标 泵效除与泵工作情况有 关外 又同油层条件有密切的联系 因此 为了提高泵效必须对油井及油层两 方面采取措施 对于油层的措施 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 对于井底附近油 层物性不好 可采取增产措施提高井底附近油层的渗透率 提高油层供油能力 对于油井反面的措施主要有以下几点 一 选择合理的工作方式 一 选择合理的工作方式 当抽油机已选定 在满足生产的前提下 应以获得高泵效作为出发点对三个参 数进行调整 即在 f s n 的乘积不变的条件下调整三个参数 一般是长冲程 慢冲数 小泵径的原则 在满足油井生产的前提下 尽量采用小泵径 这是因为在同样泵挂深度与产量 的条件下 泵径越小 光杆负荷就越小 这样就可以减少冲程损失 有利于提 高泵效 在生产中 对于原油乳化严重或比较稠的井 一般采用大泵径 大冲 程 慢冲数 这是因为粘度大的原油通过小泵径的工作筒时 阻力很大 在活 塞往返一次的时间内 液体不能充满工作筒 使泵效降低 采用较大的泵径就 可以改善充满程度 在满足产量要求的前提下 尽量选用慢冲数 因冲数快时 抽油杆柱上载荷变 化频率高 杆柱的惯性载荷大 冲程损失减小 却增加了光杆负荷 如冲数太 快 活塞上移速度大于液体进入泵筒的速度时 供油跟不上 泵筒来不得充满 液体 当活塞向下时 将撞击液面引起杆柱振动 使泵效降低 且使抽油杆易 发生弹性疲劳 缩短使用寿命 但冲数也不能太慢 太慢将增加漏失的程度 参数太大参数太大 造成管串漏失造成管串漏失 参数下调后工况正常参数下调后工况正常 柳柳 87 2687 26 井调整参数前后泵效对比表井调整参数前后泵效对比表 管串漏失管串漏失工况正常工况正常 动液面 m 822 动液面 840 沉没度 m 781 沉没度 763 产液量 m3 6 01 产液量 6 55 泵效 26 9 泵效 29 1 在满足产量要求的前提下 尽量采用长冲程 采用长冲程就可以缩小冲程损失 所占的比例 有利于提高泵效 采用长冲程可减小防冲距与冲程的比值 因此 可减少气体对泵效的影响 但是 长冲程也有不利的一面 即加大冲程会使减 速箱的扭距加大 因而需要较大功率的电动机 二 将油管下端固定 二 将油管下端固定 由于静载荷的变化 引起抽油杆柱和油管的弹性伸缩而造成冲程损失 因此 用管锚将油管下端固定 则可消除油管变形 减少冲程损失 三 合理利用气体能量 减少气体和砂子的影响 三 合理利用气体能量 减少气体和砂子的影响 对于由自喷刚转抽的井 可合理控制套管气 使深井泵在一定深度条件下增加 泵的沉没压力 提高泵口吸入压力 提高泵的充满程度 使大量气体到活塞以 上分离 膨胀举油 连抽带喷 从而提高油井产量和泵效 对于正常抽油的井 为了提高泵的充满系数 应尽量减小余隙容积 增加泵的 沉没度减少进泵的油气比 减少气体影响的另一种措施是在泵的入口处安装气 锚 气锚的种类很多 但他们的工作原理都是利用油 气相对密度的差异 气泡总 是上浮这一规律为根据的 首先气泡随油流向气锚时 在套管与气锚孔眼部分的环型空间进行分离 气泡 上浮一部分 刚进入气锚筒的油气 液体为水平流动 而气泡则部分上浮到气锚顶部 从顶 部孔眼排到套管环型空间 另一部分气泡被液流带至气锚孔环型空间下部 被液流带至气锚孔环型空间下部的气泡 在活塞下冲程中 泵停止呼吸 液流 速度为零 此时气泡便上浮至气锚顶部并排到套管环型空间中 对于含砂井 要防止砂进入泵的工作筒 对于油层胶结差 疏松 造成出砂的 井 可通过修井造一人工井壁 由于工作制度不合理 井底压差过大造成油层 出砂的井 可通过制定合理的工作制度减少油层出砂 此外 现场常采用的方 法是在泵的进口安装砂锚 砂锚的作用是将油和砂在井下未进泵前就分离开 其原理是在油流速度和方向 改变时 沙子由于相对密度大而从油中沉淀出来 目前 现场大都采用回转式 砂锚 当深井泵工作时 油从入口进入进油管 当流出喷嘴时 由于管径变大流速降 低 砂子在重力作用下沉落到锚的底部 油从进油管与锚体的环型空间进入泵 中 清除锚中的砂子时 将锚