活塞式抽油泵的初步设计

1、活塞式抽油泵的初步设计设计计算活塞式抽油泵的初步设计蔡世民'牛全宇隋子玉臧春 燕（吉林油出公司采油工艺研究院）李光沙丽王玉超（吉林油田公司 第三采油厂）（吉林油田公司新北采油厂）及由于油层出砂引起泵体 严重损坏和卡泵等事故，在汽车气缸活塞密封结构的启发下，初步设 计出靠活塞环组密封的新型活塞式抽油泵。这种泵由泵筒和活塞两部 分构成，但所需配套泵倚的长度可大大缩短。活塞外表面开有活塞槽, 槽内配合有截面呈直角三角形的弹性钢质内外活塞环组。外活塞环的上端面上有4个凸起块，并采用特殊的开口结构， 可在保证密封性的同时自由调节其外径；两活塞环在下冲程时提供进 液通道，上冲程时起密封作用。活塞式

2、抽油泵与传统抽油系相比，进 泵流体流动阻力小，效率高，特别适用于稠油的举升。主题词活塞式抽油泵结构设计特点目前，国内外各大油hi广泛 应用的柱塞式抽油泵，在使用过程中常常发生因柱塞、阀等严重磨损 造成的漏失现象，以及由于油层出砂引起泵体严重损坏和卡泵等事 故。这不但加大了井下维修作业的工作量，而且影响了油井的正常生 产。因此，迫切需要开发出一种新式抽油泵。汽车发动机中的活塞w与柱塞式抽油泵中的柱塞工作方式极 为相似，抽油泵柱塞除工作环境比汽车活塞恶劣外，其余各项参数均 较宽松，尚且目前汽车发动机的活塞环密封技术已相当成熟。为了使 抽油泵适应气、液、固三相共存的工作环境，对柱塞式抽油泵柱塞的 结

3、构进行了改造，初步设计出靠活塞环组密封的活塞式抽油泵。结构及工作原理活塞式抽油泵由泵筒和活塞两部分构成。其结 构示意图见。活塞的外侧面开有矩形沟槽，即活塞槽，活塞槽内配装 截面为直角三角形的弹性钢质内外活塞环组，两活塞环截面的底角a 相等。在不受力的情况下，内环内径小于活塞槽的直径，外环外径大 于栗筒内径。活塞式抽油泵结构示意-活塞；2外活塞环；3内活塞环；4- 泵筒活塞环采用开口结构，这种结构的活塞环在保证密封性的同时， 可自由调整其外径，接口处为斜端面，以便于排出进人其中的砂粒， 使活塞环不至于丧失收缩功能。装配活塞环组时，首先将内活塞环过 盈配合在活塞槽中，然后将外活塞环间隙配合在内活塞

4、环的外面。外 活塞环主要有上端面、内侧面和外侧面三个面。在它的上端面有4个 凸起块，外侧面有一矩形槽，主要起防砂作用，可容纳进人活塞环 菜筒间隙的砂了，减少砂了划伤泵筒和卡泵，延长泵的使用寿命。两 个活塞环在下冲程提供进液通道，而在上冲程起密封作用，将油流举 升至井口。外活塞环的外形见。目前，活塞式抽油泵还处在结构设计 阶段，下一步准备进行室内结构模拟试验，然后再进行现场试验，最 终推广应用。上冲程在上冲程过程中，外活塞环主要受4个力作用（如所示）: 上端而受上覆液体的压力p、内侧面受内活塞环的支持力7v、外侧 面受泵筒的挤压力f及摩擦力/由于jvsina得出a泵挂泵挂深度,m； s外活塞环上

5、端面面积，m2； a活塞环底角，（°）； k外活 塞环与栗筒间的摩擦系数。当活塞在抽油杆的拉力作用下向上运行时，外活塞环受到上覆 流体的压力p和向下摩擦力/的共同作用。为了平衡这两个向下的力, 内活塞环给外活塞环以支持力w的作用，这个力分解的一个水平向 外的分力（at sinco使外活塞环与栗筒间的摩擦力/进一步加大，从 而使活塞环所受向下的合力（p+/）加大，反过来，又使其所受支持 力w加大，同时导致其水平向外的分力（ivsina）进一步加大，最终 使得活塞与活塞环之间达到非常紧密的密封。，以适应不同类型的井。 如易出砂井，就可使用配合a较小的活塞环组的泵进行开采，以延长 泵的使用

6、寿命。外活塞环上冲程受力分析下冲程当活塞上冲程结束后开始转 人下冲程时，由于外活塞环与栗筒间存在摩擦，外活塞环会保持瞬时 静止。当活塞下行至外活塞环上端面4个突起块后，外活塞环就在活 塞的推动下向下运动，泵下的流体会沿着两活塞环间的缝隙，以及活 塞和外活塞环凸起块周围的空隙进人栗筒，直至下冲程结束，然后转 入上冲程，将流体举升至井口。下冲程工作简图如所示。因为活塞式 抽油泵采用环形进液通道，孔道截面积大，当通道径向尺寸为3mm 时，其最小面积可达282mm2,相当于半径为9.5mm圆孔的面积。与 传统的抽油泵相比，进泵的流体流动阻力小，效率高，特别适用于稠 油的举升。体密度为95kg/m3,菜

7、径44mm,摩擦系数ft为0.02,外活塞 环内径30mm,外活塞环上端面面积s为8.13x10v2；代人，当泵 漏失严重需检泵作业时，只需更换活塞环叩可。因此，采用活塞式抽 油栗可节约大量作业和维修费用。制造成本低活塞式抽油泵的密封段只有活塞环部分，比原来的 长柱塞短，在相同冲程情况下，泵筒长度也可相应缩短。此外，省去 游动阀，避免了间隙引起漏失、阀打开滞后等不良现象的发生，而且 简化了柱塞结构，因而可大大降低主产成本。适用于高含气、稠油及出砂油气层的开采活塞式抽油泵进人下 冲程便可进液，没有滞后现象，同时也避免了传统抽油泵气锁现象的 发生。活塞式抽油栗采用的是环形进液通道，比传统抽油泵的进液通 道大，进液效率篦，特别适用于稠油开釆。活塞式抽油泵的密封段较 传统抽油泵大大缩短，且有防砂槽，减小了砂卡的可能性，可在出砂 井中安全使用。活塞环密封组合可系列化针对不同类型的井，可选用不同底角 a的活塞环组合系列，以实现不同的密封效果，满足生产的需要。改造成本低可在原有泵筒的基础上，将传统抽油泵柱塞改成成 本低廉的活塞活塞环结构，即改造成活塞式抽油泵。下泵过程中