抽油泵工况分析

1、抽油泵工况分析抽油泵工况分析 采油三队：尤立红采油三队：尤立红 2005年年11月月 一、抽油泵的结构 二、抽油泵的工作原理 三、理论示功图的分析 四、典型示功图 目 录 抽油泵是有杆抽抽油泵是有杆抽 油系统的井下关油系统的井下关 键设备，安装在键设备，安装在 油管的下部，沉油管的下部，沉 没在井液中，通没在井液中，通 过抽油机、抽油过抽油机、抽油 杆传递动力抽汲杆传递动力抽汲 井内的液体。井内的液体。 抽油泵抽油泵 对抽油泵的基本要求：对抽油泵的基本要求： 结构简单、强度高；结构简单、强度高； 工作可靠，使用寿命长；工作可靠，使用寿命长； 便于起下而且规格类型能满足不同便于起下而且规格类型能

2、满足不同 油田的采油工艺需要；油田的采油工艺需要； 排出阀排出阀 阀阀 座座 阀阀 球球 阀阀 罩罩 排出阀排出阀 阀阀 座座 阀阀 球球 阀阀 罩罩 吸入阀吸入阀 阀阀 座座 阀阀 球球 阀阀 罩罩 镀铬镀铬 防砂槽防砂槽 活活 塞塞 内螺纹内螺纹 接箍接箍 衬套衬套 外管外管 工工 作作 筒筒 一、抽油泵的结构一、抽油泵的结构 二、泵的工作原理二、泵的工作原理 泵的活塞上、下运动一次称泵的活塞上、下运动一次称 为一个冲程，可分为上冲程和下冲为一个冲程，可分为上冲程和下冲 程。程。 P1：活塞以上液柱：活塞以上液柱 产生的压力；产生的压力； P2 ：泵筒内的压力；：泵筒内的压力； P3：油套

3、环形空间：油套环形空间 的沉没压力；的沉没压力； P1 P3 P2 1.上冲程上冲程 抽油杆柱带动活塞向上运动。抽油杆柱带动活塞向上运动。 在这个过程中，游动阀受在这个过程中，游动阀受P1的作的作 用而关闭，排出活塞上部泵筒内用而关闭，排出活塞上部泵筒内 的液体，柱塞下面的泵腔容积增的液体，柱塞下面的泵腔容积增 大，大，P2随之降低。当随之降低。当P3P2时，固时，固 定阀克服重力而被打开，井内液定阀克服重力而被打开，井内液 体进入泵内，充满活塞上行所让体进入泵内，充满活塞上行所让 出的空间，吸液进泵而排液出井。出的空间，吸液进泵而排液出井。 于此同时，抽油杆由于加载而伸于此同时，抽油杆由于加

4、载而伸 长，油管卸载而缩短长，油管卸载而缩短。 P1 P2 P3 2.下冲程下冲程 抽油杆柱带动活塞向下运抽油杆柱带动活塞向下运 动。泵筒内液体受压，动。泵筒内液体受压，P2上升，上升， 当当P2P3时，固定阀就关闭，时，固定阀就关闭， 活塞继续下行，泵内压力继续活塞继续下行，泵内压力继续 升高。当升高。当P2 P1 时，游动阀被时，游动阀被 顶开，活塞下部的液体通过游顶开，活塞下部的液体通过游 动阀及活塞排向油管，排液出动阀及活塞排向油管，排液出 泵。于此同时，抽油杆由于卸泵。于此同时，抽油杆由于卸 载而缩短，油管加载而伸长。载而缩短，油管加载而伸长。 P1 P2 P3 上冲程是泵内吸入液体

5、，而井口上冲程是泵内吸入液体，而井口 排出液体的过程，造成吸液入泵的排出液体的过程，造成吸液入泵的 条件是泵内压力低于沉没压力，即条件是泵内压力低于沉没压力，即 P2 P1 。 在一个冲程中，抽油泵完成一在一个冲程中，抽油泵完成一 次进油和排油过程，这样活塞不断次进油和排油过程，这样活塞不断 上下运动，将液体排出井口。上下运动，将液体排出井口。 P2 P1 P3 P1 P3 P2 三、理论示功图的分析三、理论示功图的分析 抽油泵工作状况的好坏，直接抽油泵工作状况的好坏，直接 影响抽油井的系统效率，因此，需影响抽油井的系统效率，因此，需 要经常进行分析，以便采取相应的要经常进行分析，以便采取相应

6、的 措施。分析抽油泵工作状况常用地措施。分析抽油泵工作状况常用地 面实测示功图。面实测示功图。 示功图示功图 在抽油过程中，仪器将光杆上负荷的变化转变在抽油过程中，仪器将光杆上负荷的变化转变 为仪器测力系统内液体的压力的变化，并通过形成为仪器测力系统内液体的压力的变化，并通过形成 的变换系统确保变化的压力与光杆的行程有一一对的变换系统确保变化的压力与光杆的行程有一一对 应关系。在光杆往复运动一周后，就可以得到一个应关系。在光杆往复运动一周后，就可以得到一个 封闭的曲线，此曲线表示光杆在每一个位置上负荷封闭的曲线，此曲线表示光杆在每一个位置上负荷 的大小，封闭曲线的面积表示泵在一个行程中所作的大

7、小，封闭曲线的面积表示泵在一个行程中所作 的功的多少。的功的多少。 由于抽油井的情况较为复杂，在生产由于抽油井的情况较为复杂，在生产 过程中，深井泵将受到制造质量、安装质过程中，深井泵将受到制造质量、安装质 量，以及砂、蜡、水、气、稠油和腐蚀等量，以及砂、蜡、水、气、稠油和腐蚀等 多种因素的影响，所以，实测示功图的形多种因素的影响，所以，实测示功图的形 状很不规则。因此我们以理论示功图及典状很不规则。因此我们以理论示功图及典 型示功图为基础，来分析和解释实测示图。型示功图为基础，来分析和解释实测示图。 1. 静载荷作用的理论示功图静载荷作用的理论示功图 静载荷作用的理论示静载荷作用的理论示 功

8、图是在理想条件下绘功图是在理想条件下绘 制出来的，为一平行四制出来的，为一平行四 边形。边形。 各条曲线的意义各条曲线的意义 ABC为上冲程静载变化线，其中为上冲程静载变化线，其中 AB为加载线。加载过程中，载荷逐渐为加载线。加载过程中，载荷逐渐 上升，直至点活塞以上油管内液柱上升，直至点活塞以上油管内液柱 重重W1和抽油杆柱重和抽油杆柱重Wr 都作用于驴都作用于驴 头悬点上，使杆、管发生弹性变形，头悬点上，使杆、管发生弹性变形， 而这一段变形量就被称为冲程损失而这一段变形量就被称为冲程损失， 包括杆损包括杆损1和管损和管损2。在这个过程中，。在这个过程中， 活塞并没有跟着光杆发生位移，直到活

9、塞并没有跟着光杆发生位移，直到 点点B加载结束，载荷增至最大加载结束，载荷增至最大 W大 大=Wr +W1 。 。 BC为上载荷线，此时活塞与泵筒开始发生相对位移，固定阀开为上载荷线，此时活塞与泵筒开始发生相对位移，固定阀开 始打开液体进泵，故为吸入过程，始打开液体进泵，故为吸入过程， 各条曲线的意义各条曲线的意义 CDA为下冲程静为下冲程静 载变化线，其中载变化线，其中CD 为卸载线。卸载过程为卸载线。卸载过程 中，悬点载荷在变小，中，悬点载荷在变小， 直至点，杆和管发直至点，杆和管发 生与上冲程相反生与上冲程相反 的弹性变形，直到的弹性变形，直到D点卸载结束，载荷降至最小点卸载结束，载荷降

10、至最小 Wr。DA为下载荷线，此时活塞与泵筒开始发为下载荷线，此时活塞与泵筒开始发 生相对位移，泵开始排液，故生相对位移，泵开始排液，故DA为排出过程。为排出过程。 考虑惯性载荷的理论示考虑惯性载荷的理论示 功图是将惯性载荷叠加在静功图是将惯性载荷叠加在静 载荷上，结果就是因惯性载载荷上，结果就是因惯性载 荷的影响使静载荷理论示功荷的影响使静载荷理论示功 图被扭曲一个角度，并且变图被扭曲一个角度，并且变 为不规则四边形。为不规则四边形。 2. 2. 惯性载荷作用的理论示功图惯性载荷作用的理论示功图 惯性力惯性力F=wrsn2/1790 惯性力与冲程成正比，与冲次的平惯性力与冲程成正比，与冲次的

11、平 方成正比。方成正比。 在能够满足油井生产需要的条件下，在能够满足油井生产需要的条件下， 要尽量选择长冲程慢冲次，调大工要尽量选择长冲程慢冲次，调大工 作参数时，首先要考虑调大冲程，作参数时，首先要考虑调大冲程， 其次才考虑冲次。其次才考虑冲次。 当考虑振动载荷时，则将由抽当考虑振动载荷时，则将由抽 油杆振动引起的悬点载荷叠加油杆振动引起的悬点载荷叠加 在四边形上。由于抽油杆柱的在四边形上。由于抽油杆柱的 振动发生在粘性液体中，为阻振动发生在粘性液体中，为阻 尼振动，因此振动载荷的影响尼振动，因此振动载荷的影响 将逐渐减弱。另外，由于振动将逐渐减弱。另外，由于振动 载荷的方向具有对称性，反映

12、载荷的方向具有对称性，反映 在示功图上的振动载荷也是按在示功图上的振动载荷也是按 上、下冲程对称的。上、下冲程对称的。 3. 3. 惯性与振动载荷作用的理论示功图惯性与振动载荷作用的理论示功图 由于气体很容易被压由于气体很容易被压 缩，表现在示功图上便是缩，表现在示功图上便是 加载和卸载均缓慢。如图加载和卸载均缓慢。如图 所示，气体影响下示功图所示，气体影响下示功图 的典型特征是呈现明显的的典型特征是呈现明显的 “刀把刀把”形。形。 4. 4. 气体影响下的理论示功图气体影响下的理论示功图 在下冲程末余隙内还残在下冲程末余隙内还残 存一定数量的溶解气，上存一定数量的溶解气，上 冲程开始后泵内的

13、压力因冲程开始后泵内的压力因 气体膨胀而不能很快降低，气体膨胀而不能很快降低， 使吸入阀打开滞后使吸入阀打开滞后(B点点)、 加载缓慢。加载缓慢。 下冲程由于气体受压缩，下冲程由于气体受压缩， 泵内压力不能迅速提高，排泵内压力不能迅速提高，排 出阀打开滞后出阀打开滞后(D点点)，因此，因此 使得卸载变得缓慢使得卸载变得缓慢(CD)。 P2 P3 P3 P2 P1 P1 1）、尽量减小防冲距，减小余隙容积；）、尽量减小防冲距，减小余隙容积； 2）、加深泵挂深度，以增加沉没度；）、加深泵挂深度，以增加沉没度； 3）、在泵的吸入口处加气锚，使气体在进泵前分离，）、在泵的吸入口处加气锚，使气体在进泵前

14、分离， 防止和减少气体进泵；防止和减少气体进泵； 4）、合理的工作参数，一般采用大泵径、长冲程、）、合理的工作参数，一般采用大泵径、长冲程、 慢冲次；慢冲次； 5）、提高油层的供液能力；）、提高油层的供液能力； 减少气体影响的措施减少气体影响的措施 漏失程度：漏失越严重，对示功图影响越大；漏失程度：漏失越严重，对示功图影响越大； 运动过程：漏失的影响只发生在要求其密闭的运动过程：漏失的影响只发生在要求其密闭的 运动过程中；运动过程中； 抽汲速度。抽汲速度越快，漏失的影响就越小。抽汲速度。抽汲速度越快，漏失的影响就越小。 5. 5. 漏失影响下的理论示功图漏失影响下的理论示功图 排出部分漏失影响

15、下的示功图排出部分漏失影响下的示功图 排出部分漏失的影排出部分漏失的影 响发生在上冲程，响发生在上冲程， 由于运动速度的影由于运动速度的影 响，出现加载缓慢响，出现加载缓慢 和提前卸载现象。和提前卸载现象。 吸入部分漏失的吸入部分漏失的 影响只发生在下影响只发生在下 冲程，由于运动冲程，由于运动 速度的变化，出速度的变化，出 现卸载缓慢和提现卸载缓慢和提 前加载现象。前加载现象。 吸入部分漏失的影响吸入部分漏失的影响 保证泵的制造质量及安装质量；保证泵的制造质量及安装质量； 砂、蜡轻微影响可采取碰泵、洗井等措施；砂、蜡轻微影响可采取碰泵、洗井等措施； 腐蚀影响造成漏失需要换泵；腐蚀影响造成漏失

16、需要换泵； 若是间隙磨损造成漏失可采取改变防冲距若是间隙磨损造成漏失可采取改变防冲距 的措施，以改变活塞与衬套的磨损路径；的措施，以改变活塞与衬套的磨损路径； 减少漏失影响的措施减少漏失影响的措施 四、典型示功图分析四、典型示功图分析 典型示功图是指某一因素影响十分明典型示功图是指某一因素影响十分明 显，示功图的形状反映了该因素影响的基显，示功图的形状反映了该因素影响的基 本特征。尽管实际情况很复杂，但总是存本特征。尽管实际情况很复杂，但总是存 在一个最主要因素，因此可根据示功图判在一个最主要因素，因此可根据示功图判 断泵的工作状况断泵的工作状况。 正常示功图正常示功图 该示功图反映出动载该示

17、功图反映出动载 荷不大，充满良好，荷不大，充满良好， 漏失较小。漏失较小。 抽稠油正常示功图抽稠油正常示功图 因摩擦载荷增大，使得因摩擦载荷增大，使得 最大载荷增大、最小载最大载荷增大、最小载 荷减小。荷减小。 二者的差别在于：二者的差别在于： 当泵充不满时，下冲程当泵充不满时，下冲程 中悬点不能立即卸载，中悬点不能立即卸载， 只有当活塞遇到液面时只有当活塞遇到液面时 才迅速卸载。因此，充才迅速卸载。因此，充 不满示功图的卸载线陡不满示功图的卸载线陡 而直，并且有时因振动而直，并且有时因振动 载荷的影响常出现波浪载荷的影响常出现波浪 线。线。 气体影响下与充不满影响的典型示功图气体影响下与充不满影响的典型示功图 排出阀漏失和吸入阀漏失的典型示功图排出阀漏失和吸入阀漏失的