东北石油大学本科生毕业设计

1、东北石油大学本科生毕业设计（论文）摘 要斜井抽油泵是在普通管式抽油泵的基础上,对其结构进行优化设计制造的,该泵不仅具备了普通管式泵所具有的一切特点,结构更合理,而且泵效较普通管式泵要高。伴随着陆上主力油田油区地面条件的复杂化和海上油田勘探开发规模不断扩大，斜井、定向井越来越多，那么对斜井泵的研究显得越来越有意义。本实验就是通过室内模拟斜井抽油泵实验，在不同柱塞和凡尔的组合情况下，不同角度时的泵效，分析影响泵效的原因及提高措施，并研究了这些柱塞和凡尔的局部阻力。此课题的研究将会为提高油田斜井抽油泵效率做出贡献，对油田进一步提高定向井的泵效，延长检泵周期，其经济效益和社会效益显著，开展定向井深井泵

2、的泵效研究工作对各油田都有普遍的指导意义。关键词：泵效；抽油机；斜井抽油泵；局部阻力40AbstractShaft pump is based on the ordinary pump tube, optimal design the structure, the pump not only has all the characteristics of the general tube pump, its structure is more reasonable, but the pump efficiency is higher than the conventional tube pump

3、. With the expanding of the mian oil field complex ground conditionsand the developmentof the offshore oil,moreandmore directional wells are used, so it becomes more and more meaningful to study the shaft pump. This experiment is the pump shaft through the indoor simulation experiment, with differen

4、t van tours and plungers. We study the pump efficiency in different angles, analysis the causes and impact of pump efficiency.And also study the pump efficiency of different plungers and van tours in Local resistance. This investigation will improve the efficiency of oil pump shaft . further improve

5、 the orientation of the oil well pump efficiency, extend the check period.its economic and social benefits are significant. It has the general meaningful to study the deep well pump efficiency.Key words: efficiency; pumping unit ; pump shaft; local resistance目 录第1章 概 述11.1 研究的目的和意义11.2 国内外发展概况11.3 本

6、文的主要工作3第2章 斜井泵泵效的实验研究42.1 泵效及影响泵效因素和提高措施42.2 斜井抽油的实验装置及步骤6 2.3 实验方案及结果分析8第3章 局部阻力的实验研究 253.1局部阻力253.2 局部阻力水头损失实验263.3 局部阻力水头实验结果273.4局部阻力水头实验数据处理30结 论32参考文献33致 谢35附 录36东北石油大学本科生毕业设计（论文）第1章 概述1.1 研究的目的和意义有杆泵采油是一种传统的采油方法, 它在油田生产中占主导地位,直井和水平井试井分析技术已经在油田开发生产中得到广泛应用，在合理高效开发不同类型油藏中起着重要作用。然而，伴随着陆上主力油田油区地面条

7、件的复杂化和海上油田勘探开发规模不断扩大，斜井、定向井越来越多。那么对斜井泵的研究显得越来越有意义，本实验就是利用室内斜井抽油机研究在不同角度，不同柱塞凡尔组合下泵效的不同，以及这些凡尔柱塞的局部阻力的泵效，分析影响泵效的因素及提高泵效的措施。本实验的研究对油田进一步提高定向井的泵效，延长检泵周期，其经济效益和社会效益是显著的，开展定向井深井泵的泵效研究工作对各油田都有普遍的指导意义。1.2 国内外发展概况石油勘探开发领域最先进的钻井技术定向井技术是当今世界之一。采用定向井采油技术可以使地面和地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发，能够大幅度提高油气产量，有利于保护自然环境，具有显著的

8、经济效益和社会效益。抽油泵泵效是抽油系统效率的一个重要影响因数，泵效的高低反映设备利用效率和管理水平，因此一直以来受到了国内外学者的普遍关注。80年代以来随着定向井采油工艺技术的不断发展，有杆泵泵效的技术也得到不断地改进和完善，形成了一系列提高定向井泵效工艺技术。 近几年来定向井在国内外发展迅速 , 大斜度、水平井的采气(油)工艺技术不断地得到研究、改进和完善。现有的开采技术已不同程度地在世界各国的大斜度、水平井中获得了成功,并取得了巨大的经济效益。挪威北海Pool地区的Wytch Farm 油田和美国加州的Pedmals油田尤其显著。随着定向井技术的发展日臻成熟。80年代以来,世界上已有30

9、 多个国家利用定向井技术采油,油井数达万口。大斜度、水平井的采气(油)工艺技术不断地得到研究、改进和完善。现有的开采技术已不同程度地在世界各国的大斜度、水平井中获得了成功,并取得了巨大的经济效益。加拿大、美国、英国、俄罗斯、法国、委内瑞拉和伊朗等国家对大斜度、水平井的开采研究的比较成熟，目前用于开采大斜度、水平井的方法主要有杆式泵、液压泵、电潜泵和气举。目前国外杆式泵装备主要有以下几种:斜直井后置式游梁抽油机、斜直井前置式游梁抽油机、井架式无游梁长冲程斜直井抽油机。杆式泵是最常见的人工举升方法,也是斜井、水平井中最常使用的开采技术。通常使用普通的杆式泵可下到井的垂直段或垂直井段附近,但如果杆式

10、泵下到造斜段及以下部分，就需要使用斜井泵。杆式泵是最常见的人工举升方法,也是斜井、水平井中最常使用的开采技术。通常使用普通的杆式泵可下到井的垂直段或垂直井段附近,但如果杆式泵下到造斜段及以下部分，就需要使用斜井泵。通过实践对杆式泵的安装位置,井筒倾角对泵排量的影响,抽油杆柱在斜井中承受的负荷等进行了分析研究。国外对定向井井底气液分离问题进行了深入研究，斜井中的气液混合物在井筒环空中的流动规律比垂直井筒中要复杂，对井底的气液分离设备提出了更高的要求，国外研究发现普通的沉降式气锚在斜井中的效果很不理想，各国都在将旋流技术运用到斜井的井下气液分离中。随着高气液比油田开发的深入,气体对油井生产影响日益

11、明显,主要表现在:泵筒充不满液体,泵效低;严重情况下,泵筒内气体重复压缩和膨胀,造成固定凡尔和游动凡尔无法打开,形成气锁,油井不出油。由于泵筒充不满液体,抽汲时在泵筒内会发生液面冲击,抽油杆柱振动加剧,加速了抽油杆、阀罩、泵阀、油管等井下设备的损坏,造成作业频繁,检泵周期缩短,开发成本增加。减少气体对泵的影响,提高抽油泵泵效,是油田开发中提液增效的一项重要手段。定向井是我国二十世纪九十年代初开始采用的一种新型的钻井方法。我国目前用于斜井的深井泵, 主要是在有杆泵中选用, 对其结构进行了一些改动, 但仍以球阀为主。由于井斜的影响, 抽油泵的工作状况比较复杂。主要表现以下三个方面：（1）在定向井中

12、泵的位置一般处在斜井段, 泵在倾斜状态下阀球与阀罩壁接触, 并绕阀罩壁产生一定的旋转运动, 与处于竖直状态下的泵相比, 阀球关闭有滞后的现象, 泵的倾角越大, 阀球旋转的频率越低, 滞后越明显, 当泵的倾斜角达到极限角度时, 阀球将在阀座与阀罩壁之间处于平衡状态悬浮, 即失效状态。实际上, 根据室内试验证明, 普通泵随着倾斜角的增大, 排量系数随之降低,倾斜角超过极限角时, 阀球落在凡尔座台阶上, 固定阀开关失灵, 造成泵工作失效。（2）在定向井中泵的位置一般都处在三维空间上的倾斜定向井段, 而泵在井眼中空间有限, 所以泵也要随着井眼在三维弯曲状态下工作, 又因泵筒或衬套与柱塞的材质不同, 所

13、以在定向井中产生的弯曲变形也不同, 不能同轴运动, 势必产生偏磨和磨损, 导致柱塞与泵筒或衬套的间隙增大,增大了泵的漏失量。（3）由于井眼存在着较大的倾斜度, 导致井下抽油杆柱的弯曲变形, 同时, 在横向分布力与轴向力的作用下, 抽油杆柱的弯曲变形进一步加大。弯曲变形的存在, 增大了抽油泵柱塞的冲程损失, 降低了抽油泵的排量系数, 导致泵效降低。在我国, 目前用于斜井的深井泵, 只是在常规泵中选用, 对其结构并未变动, 仍以球阀为主。为了更好地适用于斜井有杆泵采油的需要, 许多厂家及油田都在研制大斜度抽油泵。主要在降低抽油泵漏失技术 、降低抽油泵漏失技术及减少抽油杆和油管柱弹性变形技术三方面做

14、研究。大庆油田从1984 年开始打第一口定向井以来,至今已有定向井近2000 口,主要分布在大庆长垣萨北、萨中、萨南及长垣外围西部龙虎泡等各个油田，为大庆油田稳定产量作出了很大的贡献14。1.3 本文的主要工作本文的主要工作就是通过室内模拟斜井抽油机实验研究角度对斜井泵泵效的影响，利用室内抽油机可调倾斜角系统，对不同柱塞与凡尔的组合情况下不同倾角下斜井泵的泵效进行研究。并通过了局部阻力的相关实验，主要测试试验流体依次通过抽油泵的固定凡尔、上下游动凡尔时，流体要维持顶开固定凡尔和游动凡尔的冲击力和凡尔自身重量的平衡，引起的局部能量损失。对实验的数据进行分析，绘制不同情况下的冲次泵效曲线，从而掌握

15、影响泵效的因素及提高泵效的措施。第2章 斜井泵泵效的实验研究2.1 泵效及影响泵效的因素和提高措施2.1.1 泵效的定义深井泵泵效指的是泵的容积效率,是油井实际产液量与抽油泵的理论排量的比值。其计算公式为： （2-1）其中： （2-2）式中：,泵的实际排量与理论排量，m3/d；活塞截面积，m2；光杆冲程，m；冲次，；泵径，m。泵效是油井管理的一项重要技术经济指标，泵效高，不一定表明油井管理水平高，泵效低，则反映了管理水平不高，泵的使用不合理，参数组合不当。这里定义的“泵效”虽然与按泵的输出功率与输入功率之比所定义的泵效的意义不同，但在一定程度上也可以反映泵工作状况的优劣，一般认为泵效在70%8

16、0%的泵的工作就是良好的；有些带喷井的泵效有可能接近或大于100%。实践表明，平均泵效往往低于70%，甚至更低7。2.1.2 影响泵效的因素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,对深井泵工作原理分析研究表明,影响泵效的因素可归纳为三个方面: 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩、气体和充不满的影响以及漏失三个方面。1抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩的影响抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩，将减少活塞冲程，因而降低效率。抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩量越大，活塞冲程与光杆冲程的差别也越大，泵效也越低。抽油杆柱所受的载荷性质不同，则伸缩变形的性质与程度也不同。包括三点:（1）静载荷对活塞冲程的影响（2）惯性载

17、荷对活塞冲程的影响尽管惯性载荷作用引起的抽油杆柱变形将使活塞冲程增大，有利于提高泵效，但增加惯性载荷会增加悬点的最大载荷、减小悬点的最小载荷，使抽油杆柱的受力条件变坏。因此，通常不用增加惯性载荷（即快速抽汲）的办法来增加活塞冲程。（3）振动载荷对活塞冲程的影响理论分析和实践研究表明：抽油杆柱本身振动的位相在上、下冲程中几乎是对称的，即如果在上冲程末抽油杆柱伸长，则在下冲程末抽油杆柱必然缩短；反之亦然。因此，不论是上冲程还是下冲程，由抽油杆柱振动引起的伸缩对活塞冲程影响都是一致的。究竟是增加还是减小，将取决于抽油杆柱自由振动与悬点摆动引起强迫振动的相位配合。2气体和充不满的影响抽油泵的吸入口压力

18、常低于饱和压力，因此总有气体进泵。气体进泵必然减少进泵液体的量，从而使得泵效降低。当气体影响严重时，由于气体在泵内的压缩和膨胀，使得吸入阀无法打开而抽不出油，这种现象称为“气锁”。气体对泵效的影响程度常用泵的充满系数来反映，充满系数是指每冲次吸入泵内的原油（或液体）的体积与活塞让出容积之比，充满系数表示泵在工作过程中被液体充满的程度。充满系数的值越大，充满程度越高，泵效也就越高。3漏失的影响抽油泵在工作时，由于各种原因将产生漏失，使泵效降低。影响泵效漏失主要有：（1）排出部分漏失：指活塞与衬套的间隙漏失和游动阀漏失，将减少泵内排出的油量。（2）吸入部分漏失：指固定阀漏失，它将会减少进入泵内的油

19、量。（3）其他部分漏失：由于油管螺纹、泵的连接部分及泄油器不严，都将降低泵效。2.1.3 提高泵效的措施泵效的高低，是反映抽油设备利用率和管理水平的一个重要指标。前面只就泵本身的工作过程进行了分析，并提出了相应的措施，但是，泵效同油层条件有相当密切的关系，因此，提高泵效的一个重要方面是要从油层着手，保证油层有足够的供液能力。实践证明，对于注水开发而采用有杆泵采油的油田，加强注水是保证油井高产量、高效泵生产的根本措施，在一定的油层条件下，使泵的工作同油层条件相适应是保证高效泵的前提。对于井筒方面，为了提高斜井泵效可以采取下列措施：1油层方面措施主要是提高和保持油层压力，采用进攻性的增产增柱措施（

20、如压裂、酸化等），来提高油层的供液能力。目前我国大多数油田都采用注水开发，而注水开发主要是选择合理的采注比来维持油层能量。为了保持合理的注采比，应对一些吸水能力差的注水井采取增注措施（如压裂、酸化等），提高其注水量，即要保证注好水、注够水，以满足油田开发的要求。2油井方面的措施从泵效分析可知，影响泵效主要是冲程漏失、漏失、气体影响、泵筒充不满等。因此提高泵效也应先从以下三个方面入手。（1）选择油井合理的工作制度抽油井设备选定后，在保证产量的前提下，应以获得最高泵效为基本出发点来调整抽汲参数。因为排量是与柱塞面积、冲程、冲数乘积成正比，选择不同的参数组合可在排量不变的条件下，使冲程损失最小，气体

21、影响最小，泵效最高。（2）使用油管锚减少冲程损失因为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，因此，可用油管锚使油管柱下部固定，以减少由于油管柱变形而引起的冲程损失。（3）合理利用气体能量以减少气体影响原油中所含的气体具有两面性：一方面它是举升油流的能量可以加强自喷；另一方面转入抽油后对泵的工作有一定影响，因此对气体有利、有弊的两面性。 对于气小，油层压力低，无自喷能力的油井，由于地层压力仍较高，可以采取控制套管压力油嘴生产的方法，把它当成自喷井来管理，使油井具有自喷和抽油这两方面的特点，这样可以提高泵效。对于高气油比井，地层能量不大时，应放套管气，以减少气体影响；另外，现

22、场上还可采取适当增大沉没度或安装气锚等措施。2.2 斜井抽油的实验装置及步骤斜井抽油泵是在普通管式抽油泵的基础上,对其结构进行优化设计制造的,该泵不仅具备了普通管式泵所具有的一切特点,结构更合理,而且泵效较普通管式泵要高。该实用新型斜井抽油泵由泵筒、柱塞、固定阀及上、下游动阀等结构组成。其上游动阀的排液通道为螺旋式结构，下游动阀的凡尔罩与凡尔座之间的球接触面为圆滑过渡。固定阀为圆台形球阀结构，其内径截面由上而下逐渐变小。适用于各种定向井、斜井的抽油开采工艺，能有效地解决现有技术中泵的偏磨问题，大大提高了泵效及泵的使用寿命。利用室内斜井抽油泵试验装置测试斜井泵在不同倾斜角（900-）下的泵效。并

23、分别进行比较，进行结果分析。实验装置如图2-1所示，本试验装置是一套地面真实的抽油机系统，抽油机井实验装置高10m，可以调节冲程、冲次、动液面高度、进气量等参数。可以进行井筒中流动规律实验，并可以观察流动形态。抽油泵可以在40-90度范围内调整，冲程可以在1.8-3m范围进行调节，冲次可以在1-10范围内调节。能够精确计量进泵液量、泵的排量。 图2-1 室内斜井抽油实验装置1斜井抽油泵的工作过程（1）当开启抽油机时，上冲程时，抽油机带动柱塞一起运动，柱塞上的游动阀受油管内液柱压力而关闭，此时，柱塞下面的下泵腔容积增大，泵内压力降低，固定阀在其上下压力差的作用下打开，原油吸入泵内。下冲程时，抽油

24、杆柱带动柱塞向下运动，柱塞压缩固定阀和游动阀之间的液体。当泵内压力增加到大于泵沉没压力时，固定阀先关闭，当泵内压力增加到大于柱塞以上液体压力时，游动阀被顶开，柱塞下面的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。（2）通过开启升降车和调节支点来调节斜井泵的倾斜角度，能在090度范围内测量。通过调节变频装置来调节不同冲次（110范围内），使得不同种类的泵在不同角度和不同冲次的情况下测量泵效6。2实验步骤该装置主要由模拟抽油机井、泵、升降车和分离计量装置组成。实验介质采用清水。通过高处定位水箱提供，经抽油泵抽出液体通过分离计量装置计算出泵效。我们共做了五种组合实验，分别是石球+铁柱，石球+塑柱，铁球

25、+铁柱，石球+塑柱，普通泵。下面介绍一下具体的实验步骤。 具体实验步骤：（1）通过调节支点和开启升降车来调节斜井角度，（2）打开储液罐阀门，起动模拟抽油机，调节冲次为1/min，（3）通过计量装置计量液量，并计算泵效，（4）重复23步，依次改变冲次为（19）/min，测定不同冲次下的斜井泵效，（5）待泵效测完核查无误后，重复步骤14，得出所测泵在不同角度不同冲次下的泵效，（6）关闭储液罐阀门及模拟抽油机。2.3 实验方案及结果分析2.3.1 实验理论基础本项目主要研究内容包括利用室内斜井抽油机系统，在不同的倾斜角度、不同冲次条件下，分别测得在不同的柱塞与固定凡尔的组合情况下泵效的不同，同时考虑

26、实验室所设计的实验装置及抽油机井的尺寸，最终选择了1.8m冲程。根据抽油泵理论排量计算公式可以计算出其理论排量： （2-3）其中：抽油泵直径，mm，d=38；冲程，m，S=1.8；n冲次。由于防气泵和普通泵均为38泵，因此，他们的理论排量相等。表2-1 防气泵和普通泵的理论排量冲次min-1123456789排量m3/min0.00204 0.00408 0.00612 0.00816 0.012 0.01440.0168 0.0192 0.0216 根据测定抽油泵抽出的液量和抽油泵的理论排量，计算抽油泵的泵效： （2-4）其中：抽油泵抽出的液量，m3/d；抽油泵的理论排量，m3/d。2.3.

27、2 实验过程及结果分析根据柱塞和凡尔球的不同可以分成以下几组：普通泵、铁柱塞铁球凡尔、铁柱塞石球凡尔、塑柱塞铁球凡尔、塑柱塞石球凡尔。下面分析这五组不同的组合在不同的角度条件下冲次与泵效的关系。1两种不同柱塞和两种不同凡尔的区别：铁柱赛和塑柱塞起密封的长度不一样，灵活度也不一样。这两种柱塞中，起密封作用的部分的材质是钢的部分，铁柱塞的密封效果要比塑柱塞的密封效果要好。塑柱塞可以发生轻度的弯曲，也以旋转。同时带有活动环，可以起到密封的作用，又可以起到对泵内液体的缓冲的作用。而铁柱塞完全是钢性的，灵活度不强。两种固定凡尔没有什么区别，固定凡尔的内部结构是一样的，他们之间的区别主要在于凡尔球的材质。

28、一个是铁球，一个是石球，且大小相同，质量不同。石球质量要比铁球质量轻。2通过实验得到以下的数据和结论：1）五种组合在0-50度做对比图2-2 五种组合在0度时冲次与泵效曲线图2-3 五种组合在10度时冲次与泵效曲线图2-4 五种组合在20度时冲次与泵效曲线图2-5 五种组合在30度时冲次与泵效曲线图2-6 五种组合在40度时冲次与泵效曲线图2-7 五种组合在50度时冲次与泵效曲线从上面五种图可以看出:对比的结果，这五种组合在0-50度这六种角度下所测得的泵效都在97%左右，所测得泵效差别不大。所得的曲线重合度很高，趋近于一条直线。2）同一泵在60-90度之间做对比（1）普通泵图2-8 普通泵在

29、60度-90度时冲次与泵效曲线从图中可以看出：60度时，泵效降低的点主要体现在1冲次上，而后的2-9冲次泵效变化不大，趋近于水平。65度时，泵效降低的点主要体现在1冲次上，2-9冲次泵效变化不大，趋近于水平。70度时，泵效降低的点主要体现在1冲次和2冲次上，而后的3-9冲次泵效比60度和65度的泵效稍有降低，但降低的幅度不大。80度和90度，曲线成波浪状，波峰在2冲次上。（2）铁柱塞铁球凡尔 图2-9 铁柱塞铁球凡尔在60度-90度时冲次与泵效曲线从图中可以看出：60度时，泵效降低的点主要体现在1冲次上，而后的2-9冲次泵效变化不大，趋近于水平。65度时，泵效降低的点主要体现在1冲次，在2-9

30、冲次泵效变化不大，趋近于水平。70度、80度和90度，曲线成波浪状，波峰在2冲次上。（3）铁柱塞石球凡尔图2-10 铁柱塞石球凡尔在60度-90度时冲次与泵效曲线从图中可以看出：60度、65度和70度时，泵效降低的点主要体现在1冲次上，60度和65度泵效略有降低，70度时降低幅度较大，而后面的2-9冲次泵效变化不大，趋近于水平。80度和90度，曲线成波浪状，波峰在2冲次上。（4）塑柱塞铁球凡尔图2-11 塑柱塞铁球凡尔在60度-90度时冲次与泵效曲线从图中可以看出：这种组合在1冲次时泵效降低幅度较大，其它冲次降低幅度较小，2-9冲次曲线过渡平缓，趋于水平。（5）塑柱塞石球凡尔图2-12 塑柱塞

31、铁球凡尔在60度-90度时冲次与泵效曲线图2-13 塑柱塞石球凡尔在60度-90度时冲次与泵效曲线从图中可以看出：这种组合在1冲次时泵效降低幅度较大，其它冲次降低幅度较小，2-9冲次曲线平缓，趋于水平。五种组合结果共性分析： 随着角度的增加，这五种组合的泵效也相应的降低，泵效从高到低的顺序依次都是60度、70度、75度、80度、90度。泵效降低的点首选体现在小角度的低冲次上。出现两种曲线形状，60、65度曲线呈上升趋势，70、80、90度的曲线成波浪形，泵效的最大值出现在2 冲次上。原因分析：随着倾角的增加，凡尔球脱离凡尔座，下冲程时，脱离凡尔座的凡尔球不能及时关闭，凡尔球是否关闭及时主要受泵

32、内水压的影响，即主要受柱塞下冲程时作用在水上的压力的影响，柱塞在上死点向下运动时，凡尔球不能立刻落在凡尔座上，随着运动速度的逐渐加快，固定凡尔关闭。1冲次的运动速度最慢，凡尔球不能及时关闭，使得泵效降低。下冲程时，凡尔球由于受到柱塞的间接推动力，向下运动，击打凡尔座，发出类似于简谐振动的响声，泵效因此而降低。在上死点时，凡尔球运动到最上端，由于重力的影响，本身有回落的过程，随着角度的增加，回落的越来越慢，那么下冲程，柱塞作用在凡尔球上的推力在大角度时作用距离长，从而凡尔球作用在凡尔座上的力就大，反弹力也相应变大，凡尔球发出反复敲打的响声，泵效降低幅度就大。小角度时，凡尔球作用在凡尔座上的力就小

33、，反弹不剧烈，泵效就会相应变高。3）五种组合在60-90度做对比图2-14 五种组合在60度时冲次与泵效曲线从图中可以看出：在60度时，所有组合的泵效开始降低，首先体现在一冲次上，可以认定60度为泵效开始降低的临界角度。2-9冲次泵效基本保持不变。图2-15 五种组合在65度时冲次与泵效曲线从图中可以看出：65度时，1冲次的泵效进一步降低。2-9冲次泵效基本保持不变。图2-16 五种组合在70度时冲次与泵效曲线从图中可以看出：70度时，与65度相比，1冲次的泵效进一步降低，2-9冲次泵效也在降低，铁柱塞铁球凡尔下降最快，其它组合的泵效基本以水平趋势下降。铁柱塞铁球凡尔的组合在2冲次出现最高值，

34、3-6冲次曲线呈下降趋势，7-9冲次曲线基本保持水平。图2-17 五种组合在80度时冲次与泵效曲线从图中可以看出：在80度时，各种组合的泵效在80度的基础上进一步降低，开始明显，各冲次泵效开始降低。泵效的高低顺序基本上可以认为依次是塑柱塞石球凡尔，塑柱塞铁球凡尔，铁柱塞石球凡尔，普通泵，铁柱塞铁球凡尔，其中铁柱塞石球凡尔在5冲次之前泵效比普通泵高，而在5冲次之后泵效比普通泵低。各种组合泵效的最高点依然出现在2冲次上。图2-18 五种组合在90度时冲次与泵效曲线从图中可以看出：在90度时，各种组合的泵效在80度的基础上进一步降低。各种组合的泵效曲线走势基本没变。泵效的高低顺序仍是塑柱塞石球凡尔，

35、塑柱塞铁球凡尔，铁柱塞石球凡尔，普通泵，铁柱塞铁球凡尔，其中铁柱塞石球凡尔在5冲之前泵效比普通泵高，而在5冲之后泵效比普通泵泵效要低。因此可以得出，在斜井泵中，最优组合是塑柱塞石球凡尔。五种组合结果共性分析：随着角度的增加，泵效的差距逐渐变大。泵效的高低顺序基本上可以认为依次是塑柱塞石球凡尔，塑柱塞铁球凡尔，铁柱塞石球凡尔，普通泵，铁柱塞铁球凡尔，其中铁柱塞石球凡尔在5冲之前泵效比普通泵高，而在5冲之后泵效比普通泵低。可以得出，在斜井泵中，最优组合是塑柱塞石球凡尔。出现三种曲线形状。4）相同柱塞不同凡尔球对比（1）铁柱塞不同凡尔球对比图2-19 铁柱塞不同凡尔球在70度时冲次与泵效曲线图2-2

36、0 铁柱塞不同凡尔球在80度时冲次与泵效曲线图2-21 铁柱塞不同凡尔球在90度时冲次与泵效曲线对比的结果，从以上三张图中可以看出：80度，90度在1冲次的泵效都为0，泵效的最高点出现在2冲上。在相同的铁柱塞下，石球凡尔的泵效要比铁球凡尔的泵效高，石球凡尔在到达泵效最高点后下降的曲线坡度要比铁球凡尔缓。原因分析：80度，90度1冲次时，凡尔球完全脱离凡尔座，一冲次柱塞运动的速度没能把凡尔球推上凡尔座，固定凡尔一直打开，所以泵效为0。而在2冲次时，柱塞运动的速度到一定时刻便可以把凡尔球推上凡尔座，同时在2冲次不会发生强烈反弹，所以泵效就高。曲线坡度缓的主要原因是：凡尔球的材质是非金属石球，这样与

37、金属凡尔座撞击的反弹力就弱，不会引起简谐震动，所以泵效曲线下降的坡度要缓。（2）塑柱塞不同凡尔球对比图2-22 塑柱塞不同凡尔球在70度时冲次与泵效曲线图2-23 塑柱塞不同凡尔球在80度时冲次与泵效曲线图2-24 铁柱塞不同凡尔球在90度时冲次与泵效曲线对比的结果，从以上三张图中可以看出：80度，90度在1冲次的泵效都为0，泵效升高后基本保持平缓。在相同的塑柱塞下，石球凡尔的泵效要比铁球凡尔的高，针对于上组的相同铁柱塞不同凡尔球的组合实验，这三张图曲线下降要平缓，下降的尺度也不大。原因分析：80度，90度1冲次时，凡尔球完全脱离凡尔座，一冲次柱塞运动的速度没能把凡尔球推上凡尔座，固定凡尔一直

38、打开，所以泵效为0。曲线坡度缓的主要原因是：凡尔球的材质是非金属石球，这样与金属凡尔座撞击的反弹力就弱，不会引起简谐震动，所以泵效曲线下降的坡度要缓。5）相同凡尔球不同柱塞对比（1）铁球不同柱塞对比：图2-25 铁球不同柱塞在70度时冲次与泵效曲线图2-26 铁球不同柱塞在80度时冲次与泵效曲线图2-27 铁球不同柱塞在90度时冲次与泵效曲线（2）石球不同柱塞对比：图2-28 石球不同柱塞在70度时冲次与泵效曲线图2-29 石球不同柱塞在80度时冲次与泵效曲线图2-30 石球不同柱塞在90度时冲次与泵效曲线对比的结果：从上图可以看出，塑柱塞的泵效曲线比铁柱塞的泵效曲线平缓，泵效高。原因分析：塑

39、柱塞泵效要比铁柱塞的泵效高。主要原因是塑柱塞上面的活动环，活动环对流体流动有缓冲的作用，从而使简谐震动减弱，所以泵效差别不大。6）普通泵与铁球柱塞铁球凡尔对比图2-31 普通泵与铁球柱塞铁球凡尔在70度时冲次与泵效曲线图2-32 普通泵与铁球柱塞铁球凡尔在80度时冲次与泵效曲线图2-33 普通泵与铁球柱塞铁球凡尔在90度时冲次与泵效曲线对比的结果：从上图可以看出，普通泵泵效比铁柱塞铁球凡尔组合的泵效高，原因分析：普通泵和铁柱赛铁球凡尔组合的泵在柱塞上没有分别，而在是固定凡尔座上有区别，普通泵的凡尔座是可以活动的，而铁柱塞铁凡尔这种组合的固定凡尔座是不能活动的。第3章 局部阻力实验研究3.1 局

40、部阻力实际流体具有粘性，流动时，流体与边界、流体与流体擦均会产生阻力，克服阻力造成流体能量损失，这种能量损失称为水头损失。水头损失分为沿程水头损失和局部水头损失两种，沿程水头损失是流体通过直管段所产生的摩阻损失；局部水头损失是流体通过各种局部管件所引起的摩阻损失，整个管道的水头损失等于所有沿程水头损失和局部水头损失之和，即： （3-1）式中：局部水头损失，；沿程水头损失，；等截面的段数；局部阻力个数。水头损失在管网的设计方面起到重要的作用，是管径选取、确定管道长度、是否添加泵站等设计问题中需要考虑的重要因素。其计算的结果将直接影响系统的合理性、经济性。在液流断面急剧变化以及液流方向转变地方，发

41、生局部阻力引起局部水头损失。管道上安装的各种管件虽然多种多样，但产生局部水头损失的原因不外是由于局部装置中流体速度的重新分布、流体质点混掺引起的动量交换以及粘性力在漩涡中做功。从理论上计算局部水头损失一般是较困难的，除极少量的局部阻力可以用理论分析方法进行计算，绝大多数的局部阻力都需要用实验方法来确定，用实验方法确定局部水头损失时，通常用下式来表达： （3-2）式中： 局部阻力，水柱；表示各种不同局部装置的局部阻力系数；为局部阻力区域末端的有效断面平均流速，。 在工程实际中，为了便于把局部水头损失和沿程水头损失合并计算，有时也把局部水头损失换算为当量长度直管的沿程水头损失，其公式为： （3-3

42、）式中：当量长度，。由于局部阻力的形式繁多，而且绝大部分处于紊流状态，欲得出较精确的结果，就必须亲自进行实验。本项目研究中，主要测试试验流体依次通过抽油泵的固定凡尔、上下游动凡尔时，流体要维持顶开固定凡尔和游动凡尔的冲击力和凡尔自身重量的平衡，引起的局部能量损失。3.2 局部水头损失实验1.实验装置为了模仿现场斜井抽油泵工作时，井底流体依次通过固定凡尔、下游动凡尔、上游动凡尔时所克服的阻力，设计了以下实验模拟装置图，如图3-1所示：2.实验原理不同流量的来液从下向上依次通过泵的固定凡尔、下游动凡尔、上游动凡尔，他们上下连接的差压变送器，会及时反映液体通过凡尔球过程中压力的变化。3.实验方案利用

43、加工的零件将上下游动凡尔连接起来，再用合适的圆管将固定凡尔及游动凡尔连接起来，下端来液口用软管连到高处缓冲罐，上端出液口连到储液罐，来液流量通过进口阀门进行调节。测得不同流量下普通泵凡尔时，来液通过各个凡尔的压力变化；测得不同流量下斜井泵凡尔时，来液通过各个凡尔的压力变化。4.实验步骤检查实验装置的密封度，同时检查阻力实验装置的循环管路是否顺畅；通过进口阀门调节来液流量；待流量稳定后，观察差压计，并记录数值；重复步骤第2、3步；停泵。图3-1 局部阻力实验装置3.3 局部水头损失试验结果3.3.1 实验理论基础相关的计算公式：（1） 局部水头损失计算采用公式计算；（2） 流体雷诺数采用公式计算

44、其中： （3-4）式中： 局部阻力，m水柱；局部阻力系数；Re雷诺数；v流速，m/s；d管子内径；动力粘度，PaS ；Q流量，m3/s。局部阻力试验，由于存在位置高差和变径现象，压差计所测的压降为静压水头（包括比压能和比位能），局部水头损失应该根据伯努利方程计算得出。伯努利方程如下： （3-5）式中： 总水头损失（沿程水头损失和局部水头损失之和），m水柱；z比压能，m水柱；下标1，2分别表示沿水流流动方向的测压点的位置。3.3.2 实验结果通过普通泵与斜井泵凡尔局部水头损失试验结果，绘制了以下关系曲线：图3-1 固定凡尔下斜井泵雷诺数与阻力系数关系曲线图3-2 上凡尔斜井泵雷诺数与阻力系数关系

45、曲线图3-3下凡尔斜井泵雷诺数与阻力系数关系曲线图3-4 固定凡尔下普通泵雷诺数与阻力系数关系曲线图3-5下凡尔普通泵雷诺数与阻力系数关系曲线图3-6 上凡尔普通泵雷诺数与阻力系数关系曲线3.4 局部阻力实验数据处理由上一节的数据及图表，可以分别得出流体通过普通泵、斜井泵上下游动凡尔以及固定凡尔的阻力系数，根据公式： （或） （3-6）可得： （或=） （3-7）分别比较斜井泵和普通泵，看他们在不同状态下的阻力系数，得到不同部件的阻力系数如下表所示：表3-3 斜井泵局部部件阻力系数公式上游动凡尔下游动凡尔固定凡尔表3-4普通泵局部部件阻力系数公式上游动凡尔7.08下游动凡尔固定凡尔结 论（1）

46、泵效的高低顺序基本上可以认为依次是塑柱塞石球凡尔、塑柱塞铁球凡尔、铁柱塞石球凡尔、普通泵、铁柱塞铁球凡尔，其中铁柱塞石球凡尔在5冲之前泵效比普通泵高，而在5冲之后泵效比普通泵低。可以得出，在斜井泵中，最优组合是塑柱塞石球凡尔。（2）普通泵:固定凡尔的阻力系数大于游动凡尔阻力系数，上下游动凡尔阻力系数相比，下游动凡尔阻力系数大于上游动凡尔阻力系数。（3）斜井泵:固定凡尔的阻力系数大于游动凡尔阻力系数，上下游动凡尔阻力系数相比，上游动凡尔阻力系数略大于下游动凡尔阻力系数。参考文献1 刘旭林,刘瑞云,门颖.抽油泵柱塞拉伤失效原因分析J.石油机械，1999，27(6):22-23.2 刘庆敏,徐建礼.

47、长柱塞式防砂抽油泵原理与应用J.油气采收率技术，1999,6(1):71-74.3 姜东,张丁涌.等径刮砂柱塞防砂泵的研究与应用J.石油机械,2001,29 (7):28-29.4 罗燕,张丁涌 ,孙衍东.特种泵采油技术的研究J.石油矿场机械，2004，33(4):8-10.5 佘梅卿.稠油斜直井有杆泵抽油技术J石油钻采工艺,1997,19(5):92-97.6 韩秀花,崔振华.倾斜状态下深井泵工作特性试验J大庆石油学学报,1994,18(4):61-65.7 张琪, 王杰祥, 樊灵等.采油工程原理与设计M.山东东营：石油大学出版社2000:370.8 郭海斌. 抽油机井应用气锚的节能效果J.

48、大庆石油学院学报，2006，30(5):52-54.9 鲁贵华,童广岩,姚爱国,等.磁力强制开启防气泵的研制J.石油机械2003,31(3):44-45.10 杜风华. 防气锁抽油泵的设计及应用J.石油机械,2002 ,31 (8):72-75.11 韩应胜,朱杰.回流式气锚的研制原理J.河南石油,2001 ,25 (6):32 - 34.12 焦丽颖，王洪宝，田荣恩等.采用半球形柱塞阀的新型斜井抽油泵J.石油机械，2003，31(6):35-36.13 石仲华，王俊良.拓宽定向井工艺技术的应用J.天然气工业，1997，17 (2) : 42-44.14 朱其秀.国外大斜度井和水平井的采气(油

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51、dio,A.L.and Huddleston,K.L.: “Analyzing Well Performance XV,”presented at the 1987 Artificial Lift Workshop, Houston,TX,Apr.22-24.22 MoCoy,J.N.,Podio,A.L.,and Huddleston,K.L.,: “Acoustic Determination of Producing Bottomhole Pressure,”SPE 14254 presented at the 1985 SPE Annual Technical Conference a

52、nd Exhibition, Las Vegas, NV, Sept. 22-25.23 McCoy, J.N., Podio, A.L., Huddleston, K.L. and Drake, B.: “Acoustic Static Bottomhole Pressure，” SPE13810 presented at the SPE 1985 Production Operations Symposium, Oklahoma City, OK, Mar. 10-12.致 谢本文是在韩洪升老师的指导和关怀下完成的。从论文整体思路的确定到论文撰写，倾注了老师大量的心血和精力。他严谨的治学作风、渊博的理论知识和丰富的实践经验，使我受益匪浅，使我在论文的设计过程中对自己的专业知识有了更深的掌握，在此对老师表示衷心的感谢。在论文的收集资料阶段，得到了系里老师、图书馆期刊阅览室老师的大力支持，在论文设计的整个过程中还得到了刘保君老师的很大的帮助，才使论文得以顺利的完成。最后向所有在论文的撰写过程中给予我帮助的老师和同学表示衷心的感谢。附 录附表1 斜井凡尔局部部件阻力实验数据表斜井泵雷诺数阻力系数固定凡尔游动凡尔固定凡尔下凡尔上凡尔1304.441956.6576.8768.0069.541313.171969.7574.7567.