有杆抽油系统——第3章-抽油泵讲解课件

1、第3章 抽油泵 China University of Petroleum有杆抽油系统第3章 抽油泵3.1 抽油泵的工作原理及工作特点3.2 抽油泵的类型与结构3.3 特殊用途的抽油泵3.4 有杆泵抽油井井下附属设备3.1 抽油泵的工作原理及工作特点 有杆抽油泵属于一种特殊形式的往复泵，动力从地面经抽油杆传到井下，抽油泵的柱塞在抽油杆柱的带动下作往复运动，将油井中的液体举升到地面，其工作原理图如图所示。有杆抽油泵简称有杆泵。 机械能转化为流体压能的设备一、抽油泵的工作原理 有杆抽油泵属于一种特殊形式的往复泵，动力从地面经抽油杆传到井下，抽油泵的柱塞在抽油杆柱的带动下作往复运动，将油井中的液体举

2、升到地面，其工作原理图如图所示。有杆抽油泵简称有杆泵。 3.1 抽油泵的工作原理及工作特点 抽油泵主要由泵筒、柱塞、进油阀（吸入阀或固定阀）、出油阀（排出阀或游动阀）组成。(一)泵的抽汲过程 抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受管内液柱压力而关闭。泵吸入的条件： 泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。A-上冲程1)上冲程 泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力(沉没压力)与泵内压力之差的作用下被打开。 泵内吸入液体、井口排出液体。3.1 抽油泵的工作原理及工作特点B-下冲程2)下冲程柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。泵排出的条件：泵内压力(排出压力)高于柱塞以上的液柱压力。 柱塞上下抽汲一次

3、为一个冲程，在一个冲程内完成进油与排油的过程。 光杆冲程：光杆从上死点到下死点的距离。 泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开。 柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。3.1 抽油泵的工作原理及工作特点（二)泵的理论排量 泵的工作过程是由三个基本环节所组成，即柱塞在泵内让出容积、井内液体进泵和从泵内排出井内液体。 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柱塞让出的体积： 每分钟的排量为： 每日排量:泵的理论排量冲次：一分钟的时间内抽油泵吸入与排出的周期数。3.1 抽油泵的工作原理及工作特点3.1 抽油泵的工作原理及工作特点（三）泵效计算泵效：在

4、抽油井生产过程中，实际产量与理论产量的比值。影响泵效的因素(3) 漏失影响(1) 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩(2) 气体和充不满的影响(4) 体积系数的影响3.1 抽油泵的工作原理及工作特点（四）提高泵效的措施(1)选择合理的工作方式选用长冲程、低冲次，减小气体影响，降低悬点载荷，特别是稠油井。连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。深井抽汲时，S和N的选择一定要避开不利配合区。(2)确定合理沉没度。(3)改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。(4)使用油管锚减少冲程损失。(5)合理利用气体能量及减少气体影响。3.1 抽油泵的工作原理及工作特点二、抽油泵的工作特点抽油泵外径受井眼尺寸的

5、限制，只能是立式结构。在冲次相同的条件下，要增加泵的排量，就须增大冲程长度，加长泵的尺寸。抽油泵在井下工作，有的需要装在3000多米的深处，这样，柱塞上下压差很大，要维持柱塞与泵筒间的密封性和耐磨性，提高泵效和延长使用寿命，就需要耐压泵筒和较长的柱塞。抽油泵的工作和使用周期，受抽油杆强度和刚度的影响，如抽油杆的变形和振动，影响柱塞有效冲程长度和泵的平稳性。抽油泵在恶劣环境下连续工作。如油井含气、含砂；介质腐蚀、结垢；高压、高粘度流体和较高的温度等。3.1 抽油泵的工作原理及工作特点由于抽油泵具有以上工作特点，抽油泵应满足如下要求：(1) 要有足够的强度和较好的密封性。(2) 要求工作可靠，寿命

6、长。对阀、柱塞、泵筒等要具有较高的耐磨性和抗腐蚀性。(3) 要有较高的泵效。(4) 要求安装、使用和修理方便。 第3章 抽油泵3.1 抽油泵的工作原理及工作特点3.2 抽油泵的类型与结构3.3 特殊用途的抽油泵3.4 有杆泵抽油井井下附属设备3.2 抽油泵的类型与结构抽油泵的类型及基本参数标准抽油泵的结构及特点软密封柱塞泵组合抽油泵3.2 抽油泵的类型与结构一、抽油泵的类型及基本参数1.有杆泵的分类: 有杆泵的分类方式有很多种，按照有杆泵的安装固定及下入方式可将其分为管式泵和杆式泵。 按照用途分为常规抽油泵和专用抽油泵，常规抽油泵又称标准抽油泵，是按照标准设计的；专用泵是具有专门用途的抽油泵，

7、其结构与标准抽油泵不同，又称之为特种泵，如抽稠泵、防砂泵等。 按有无衬套，分为整筒泵和组合泵（衬套泵）。组合泵的外筒内装有许多节衬套组成泵筒与柱塞配套，而整筒泵没有衬套。整筒泵取代组合泵是有杆泵的巨大进步。 分类按照抽油泵在油管上的固定方式可分为：管式泵和杆式泵。3.2 抽油泵的类型与结构特点： 结构简单、成本低；泵径大，排量大；检泵时需 起出油管，修井工作量大。 应用范围：下泵深度不大、产量较高的井。 （1）管式泵：是把外筒和衬套在地面组装好后，接在油管下部先下入井内，然后投入固定阀，最后把活塞接在抽油杆柱下端下入泵筒内。 3.2 抽油泵的类型与结构（2）杆式泵：是整个泵在地面组装好后接在抽

8、油杆柱的下端，整体通过油管下入井内，由预先安装在油管预定位置上的卡簧固定在油管上。 特点： 检泵不需起出油管，检泵方便；结构复杂，制 造成本高；排量小。 适用范围：下泵深度较大，但产量较低的井 3.2 抽油泵的类型与结构2.有杆泵的基本参数抽油泵型号表示方法3.2 抽油泵的类型与结构二、标准抽油泵的结构及特点1管式抽油泵的结构及特点（1）管式抽油泵的结构 管式抽油泵的泵筒是按设计的泵挂深度由油管接箍直接连接在油管的下端，而柱塞则随抽油杆下入泵筒内。管式抽油泵从结构上又可分为可打捞式管式泵和不可打捞式管式泵。 可打捞式管式抽油泵由泵筒总成、柱塞总成、固定阀总成、固定阀固定装置及固定阀打捞装置组成

9、，如下图所示。 1-油管接箍；2-加长短节；3-往塞上部出油阀罩；4-泵筒接箍；5-上出油阀球；6-阀座；7-柱塞；8-泵筒；9-柱塞下部出油阀罩；10-下出油阀球；11-阀座；12-打捞体；13-导向套；14-弹簧；15-销子；l6-丝锥式打捞头；17-泵筒接箍；18-加长短节；19-固定阀罩；20-固定阀球；21-固定阀座；22-油管接箍；23-接头；24-密封支撑环；25-弹性芯轴；26-支撑套。 可打捞式管式抽油泵3.2 抽油泵的类型与结构泵筒总成包括泵筒8、泵筒接箍4、17，加长短节2、18、油管接箍1、22。 柱塞总成由柱塞上部出油阀罩3，上下出油阀球5、10与阀座6、11，柱塞7

10、，柱塞下部出油阀罩9组成。固定阀总成由固定阀罩19、固定阀球20、固定阀座21及接头23组成，由锁紧装置将其固定。 固定阀锁紧装置由密封支承环24、弹性芯轴25、支承套26组成。 固定阀打捞装置由打捞体12、导向套13、弹簧14、销子15、丝锥式打捞头16组成。 3.2 抽油泵的类型与结构 泵筒是管式泵最主要的零件，其两端带有螺纹，内表面经热处理，具有良好的耐磨、耐腐蚀性能，并能保证与柱塞的高精度配合；泵筒接箍一端与泵筒连接并以额定的上扣扭矩来保证其内孔端面与泵筒端面的密封，另一端由管螺纹与加长短节连接并密封。泵筒总成3.2 抽油泵的类型与结构 加长短节上下各一件，分别连接在两端的泵筒接箍上，

11、其内孔尺寸比泵筒内径略大一点，以保证柱塞在冲程的上、下死点能越出泵筒一定长度，在泵筒全长范围内均匀地磨损，这样在修泵时配换合适的加大尺寸的新柱塞就比较容易。同时让柱塞冲出泵筒还可把泵筒中的积砂带出泵筒外，起到保护泵筒工作面的作用。一般在计算防冲距时，应将下加长短节的长度作为泵筒长度来计算。 油管接箍直接连接在井下油管下端，起到把管式抽油泵固定在油管上的作用。3.2 抽油泵的类型与结构 柱塞总成由柱塞上部出油阀罩，上下出油阀球与阀座，柱塞，柱塞下部出油阀罩组成。 按柱塞两端的螺纹形式分为外螺纹柱塞和内螺纹柱塞。 按表面强化工艺分为镀铬柱塞和喷焊柱塞。喷焊柱塞与镀铬柱塞相比具有表面孔隙率低，耐腐蚀

12、性能好，更耐磨损，与各种内壁硬化和电镀的泵筒均能匹配使用等优点。柱塞总成3.2 抽油泵的类型与结构 柱塞直径按与泵筒需要的配合间隙制成若干个尺寸等级以满足用户需要。由于结构的需要和尺寸的限制，它是抽油泵上强度最为薄弱的零件，故在选材和热处理方面需要注意。柱塞下部出油阀罩上与柱塞相连，内装下出油阀球与阀座。出油时此处的局部压力损失较大，所以应将其流道设计成流线型，而阀球启闭时液压冲击很大，应适当提高它的强度与硬度。阀球与阀座是抽油泵的主要零件，其密封性要求高，工况又十分恶劣，所以阀球与阀座的密封面要进行精密的研磨，还要注意它的选材和热处理工艺。 3.2 抽油泵的类型与结构 固定阀总成由固定阀罩、

13、固定阀球、固定阀座及接头组成。固定阀罩上有一螺孔供打捞固定阀使用。 固定阀锁紧装置由密封支承环、弹性芯轴、支承套组成。弹性芯轴上端与固定阀总成的接头用螺纹连接，并将密封支承环压紧。弹性芯轴下端有弹性开口，安装时，在通过支承套内孔时，其弹性开口向内收缩，当密封支承环支承在支承套的锥形密封面上时，弹性开口外径处的上圆锥面正好向上紧靠在支承套内孔的下圆锥面上，从而使固定阀总成不会上下窜动。当地面动力通过固定阀打捞装置提升固定阀总成时，芯轴的弹性开口向内收缩，随固定阀总成一起被打捞。固定阀总成3.2 抽油泵的类型与结构 密封支承环封住泵筒内的井液，使其不回流。支承套下端为油管螺纹，可连接气锚、砂锚、尾

14、管等井下器具。 固定阀打捞装置由打捞体、导向套、弹簧、销子、丝锥式打捞头组成。打捞体用螺纹分别与柱塞下部出油阀座和导套相连。导套内孔装销子、弹簧和丝锥式打捞头。打捞头的螺纹段上设计有类似丝锥的导向锥、刃口和容屑槽，以便打捞时对正固定阀罩上的螺孔，在旋进时易将螺孔中的积垢切出，使打捞成功。弹簧在打捞时起缓冲作用，一般用不锈钢丝制造。销子可防止打捞头旋转。3.2 抽油泵的类型与结构 使用可打捞式管式泵，可在不起下油管情况下将固定阀打捞进行检修及下入泵内，操作方便。但由于打捞装置装在柱塞下端，增加了泵的余隙容积，因此在气油比大的油井内不宜采用。 另外，由于将固定阀部分设计成可打捞式结构后，其油流道变

15、小，因此也不宜在含砂和稠油井中使用。 3.2 抽油泵的类型与结构 采用下图所示的不可打捞式管式抽油泵。由于不可打捞式管式泵没有固定阀打捞装置，可用于气油比较大的油井及含砂和稠油井。另外，由于可打捞式管式泵在打捞固定阀装置时成功率较低，最后不得不进行起下泵作业，所以，目前国内通常使用不可打捞式管式泵。 3.2 抽油泵的类型与结构1油管接箍；2加长短节；3往塞上部出油阀罩；4泵筒接箍；5上出油阀球；6阀座：7柱塞；8泵筒；9柱塞下部出油阀罩；10下出油阀球；11阀座；12阀座接头；13泵筒接箍；14加长短节；15固定阀罩；l6固定阀球；17固定阀座；18进油接头。 不可打捞式管式抽油泵3.2 抽油

16、泵的类型与结构（2） 管式抽油泵的特点管式抽油泵结构简单，成本低；泵筒壁厚较厚，承载能力大；相同尺寸的油管中，可安装的管式泵泵径比杆式泵大，所以排液量也较大；对于产液量更大的油井，还可通过脱接器安装泵径大于油管内径的管式抽油泵以满足高产液量的要求。 由于管式抽油泵具有以上优点，所以在我国的各大油田得到了广泛应用。但管式泵在起下泵作业时，需要将油管同时起下，所以作业时间较长，修井作业费用高，因此管式抽油泵多在浅井或中深井中使用。3.2 抽油泵的类型与结构2杆式抽油泵的结构及特点 杆式泵在下泵时是将整个泵随抽油杆柱下入油管内的预定位置并固定，所以又称之为“插入式泵”。 按固定装置在泵上的位置和在抽

17、油时泵筒上下移动还是柱塞移动，可将杆式泵分成定筒式顶部固定杆式泵图1；定筒式底部固定杆式泵图2；动筒式底部固定杆式泵图3。1阀杆异径接头；2阀杆；3导向套；4密封支承环；5芯轴；6弹性套；7接头；8上加长接箍；9柱塞上部出油阀罩；10阀座；11泵筒；12柱塞；13柱塞下部出油阀罩；14阀球；15阀座；16压帽；17下加长接箍；18进油阀罩；19阀球；20阀座；21阀座接头；22上接头；23支承密封环；24下接头。 图1 定筒式顶部固定杆式抽油泵3.2 抽油泵的类型与结构 （1） 定筒式顶部固定杆式泵 柱塞经阀杆与抽油杆柱连接，并作上下运动，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。

18、 定筒式顶部固定杆式泵由泵筒总成、柱塞总成、阀杆总成、固定阀总成、泵固定装置和泵支承装置组成。 泵筒总成包括泵筒、上加长接箍、下加长接箍。泵筒是杆式泵最主要的零件之一，具有与管式泵泵筒相同的性能和相似的结构，只是管壁比管式泵稍薄一些；上下加长接箍分别连接在泵筒的两端，与管式泵加长接箍的作用相同。 3.2 抽油泵的类型与结构 柱塞总成由柱塞上部出油阀罩、阀座、柱塞、柱塞下部出油阀罩、阀球、同座、压帽组成。柱塞是杆式泵主要零件，与管式泵柱塞具有相同的性能和相似的结构；柱塞上部出油阀罩上端有带锥形的变形管线管螺纹，与阀杆连接可靠，不易脱落。下端用螺纹与柱塞连接。将阀座紧压在中间，没有阀球，所以它只起

19、出油作用；柱塞下部出油阀罩、阀球、阀座、压帽等零件与管式抽油泵的这些零件具有相同的性能。 3.2 抽油泵的类型与结构 顶部固定方式是杆式泵最常采用的。 具有下列优点：使用可靠、在柱塞运动时可将锁紧装置四周的砂子冲掉，防止砂卡，使起泵作业容易；泵筒可绕顶部锁紧装置这个支点摆动，所以在斜井中使用时，泵筒和油管都不会损坏；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，所以更适合在低产井和低液面井中使用。 由于顶部固定的原因，将导致以下缺点：泵筒受交变的内压和液柱产生的向下的拉伸载荷作用，受力状况比较恶劣；柱塞上行程时，泵筒内部压力高于外部压力，泵筒内孔增大，漏失量有所增加。 3.

20、2 抽油泵的类型与结构1-阀杆异径接头；2-阀杆；3-导向套；4-接头；5-上部加长接箍；6-柱塞上部出油阀罩；7-泵筒；8-柱塞；9-柱塞下部出油阀罩；10-阀球；11-阀座；12-阀座压帽；13-下加长接箍；14-泵筒进油阀罩；15-阀球；16-阀座；17-接头；18-密封支撑环；19-弹性芯轴；20-支撑套。 图2 定筒式底部固定杆式抽油泵3.2 抽油泵的类型与结构（2）定筒式底部固定杆式泵 柱塞与抽油杆柱连接，并作上下运动。由泵的底部锁紧装置将泵筒固定在油管内的预定位置上。 定筒式底部固定杆式泵与定筒式顶部固定杆式泵的本体结构基本相同。主要区别在于泵的固定装置安装在泵的底部，具体结构也

21、不相同。泵固定装置由弹性芯轴、密封支承环、和接头组成。弹性芯轴由中碳优质合金钢制造，为提高其弹性和强度须经调质处理；密封支承环安装在弹性芯轴上，并由接头压紧。泵固定装置的工作原理与可打捞式管式抽油泵固定阀锁紧装置完全相同。 3.2 抽油泵的类型与结构 底部固定杆式泵应用也较广。它具有泵筒不会因液柱作用而伸长、只受外压，间隙不会增大的特点，所以适合在深井中使用；泵筒可绕底部锁紧装置这个支点摆动，在斜井中也可使用。但在固定支承套和底部锁紧装置的环形空间处极易沉积砂粒，使起泵作业困难，不宜在含砂井中使用；底部固定，工作时泵筒摆动大，加剧了阀杆、导向套的磨损，故不宜用作长冲程泵。 3.2 抽油泵的类型

22、与结构1泵筒出油阀罩；2阀球；3阀座；4接头；5柱塞进油阀罩；6阀球；7阀座；8柱塞；9泵筒；10上拉管接箍；11堵头；12拉管；13下拉管接箍；14接头；15密封支承环；16弹性芯轴；17支承环。 图3 动筒式底部固定杆式泵3.2 抽油泵的类型与结构（3）动筒式底部固定杆式泵 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予定位置上的支承套上。 动筒式底部固定杆式泵的泵筒、柱塞、泵固定装置和泵支承装置与定筒式底部固定杆式泵通用。唯泵筒出油阀总成、柱塞出油阀总成和拉管总成结构不同。 泵筒出油阀总成，安装在泵筒上端。柱塞出油阀总成装在柱塞上端，内装有球阀，这与定筒杆式抽

23、油泵不同。 3.2 抽油泵的类型与结构 动筒式底部固定杆式抽油泵，主要用在含砂较多的油井中。这是因为工作时泵筒上下运动，不停的搅动井液，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。但这种泵拉杆稳定性差，不宜作长冲程泵和在稠油井中使用。3.2 抽油泵的类型与结构(4)杆式泵的特点杆式泵与管式泵相比具有起下泵时不起下油管的特点，适合在深井中使用。杆式泵形式多样，选择的余地大。由于杆式泵整体从油管内下入，泵径受到油管尺寸的限制，所以相同尺寸的油管可以下入的杆式泵

24、泵径要比管式泵泵径小，因而其排量也受到了限制。3.2 抽油泵的类型与结构三、软密封柱塞泵 按柱塞是金属柱塞或软密封柱塞，还可将抽油泵分为硬密封柱塞泵和软密封柱塞泵。 软密封柱塞泵除柱塞结构与金属柱塞不同外，其余结构基本与硬密封柱塞泵相同。由于软密封柱塞的密封件具有在压力作用下尺寸扩大较多和材质较软的特点。 根据国内外软密封柱塞的流行型式，可将软密封柱塞分成四种基本结构，即皮碗式柱塞、环式柱塞、碗式和环式组合柱塞及组合填料柱塞。3.2 抽油泵的类型与结构1碗式柱塞组成碗式柱塞由皮碗（高强度耐油橡胶或尼龙等制成）、精密加工的碗形环和端环（不锈钢或黄铜制成）、两端的青铜磨损环、优质中碳钢制造的心轴和

25、锁紧螺帽及两个变径接头组成。 密封原理靠压差使皮碗在上冲程时胀大而形成有效密封。 适用条件可在含砂量很少，井底温度低于82的油、水井中使用，一般泵挂深度不超过1500m。3.2 抽油泵的类型与结构2环形柱塞组成环形柱塞由密封环（材质同皮碗）、隔离环（材质同碗形环）、两端的青铜磨损环、优质中碳钢制造的心轴和锁紧螺母及两个变径接头组成。配有隔离环的三个密封环相当于一个皮碗和碗形环。密封原理与碗式柱塞同适用范围与碗式柱塞同3.2 抽油泵的类型与结构3碗式和环式组合柱塞 组成皮碗式和环式组合柱塞由皮碗、碗形环、密封环、隔离环等组成。 适用范围对于含砂较多的油井比较适用；尤其在压裂出砂后，使用这种柱塞进

26、行排液清理油层，把砂从泵筒中抽汲出来是非常有效的。3.2 抽油泵的类型与结构4填料式柱塞组成填料式柱塞由一种柔性盘根圈（高强度耐油橡胶制成）和皮碗等零件组成。 密封原理皮碗是活动的，油管中的液柱压力作用在密封皮碗上，压缩盘根涨大，使其紧靠泵筒内壁形成了密封。 适用范围与环式柱塞基本相同 3.2 抽油泵的类型与结构四、组合抽油泵组合管式抽油泵 组成抽油泵泵筒是由数十节短衬套装在一根外管内，依靠两端外管接箍的压力将它们组合成一根泵筒。特点泵效高、冲程长、型式多、规格全、重量轻、装卸方便、在长途运输中不会发生“错缸”。 3.2 抽油泵的类型与结构第3章 抽油泵3.1 抽油泵的工作原理及工作特点3.2

27、 抽油泵的类型与结构3.3 特殊用途的抽油泵3.4 有杆泵抽油井井下附属设备3.3 特殊用途的抽油泵 为满足抽油井复杂开采条件(如稠油、高含砂、气油比大、斜井等)对抽油泵的专门要求，近几年，国内外研制出一些具有特殊用途的抽油泵。抽稠油的抽油泵流线型抽油泵 液力反馈抽稠油泵双向进油抽稠油泵环流抽稠油泵适合含砂油井的抽油泵三管抽油泵防砂卡抽油泵 出砂井用抽油泵适合气油比大的油井使用的抽油泵两级压缩抽油泵机械启闭阀抽油泵3.3 特殊用途的抽油泵 稠油的粘度很高，阻力很大，用常规抽油泵开采时，柱塞下行困难，导致杆柱下部弯曲，断脱频繁。为此设计了以下几种专门开采稠油的抽油泵。 一、抽稠油的抽油泵3.3

28、特殊用途的抽油泵图3-8 流线型管式抽油泵1-泵筒接箍；2-泵筒；3-泵筒接箍；4-进油阀罩；5-进油阀球；6-阀座；7-压帽；8-中间接头；9-双联接头；10-滤砂管；11-油管接箍；12-堵头；13-抽油杆；14-异径接头；15-柱塞上出油阀罩；16-阀球；17-出油阀罩；18-上部接头；19-柱塞。 1流线型抽油泵只在柱塞总成的上出油阀罩内安装出油阀球与座，其阀球直径比同规格抽油泵的要小一个等级，这样就扩大了油流通过阀罩的流道面积，减少了油流阻力；阀座的内孔做成圆锥形，减小对油流的阻力；采用母螺纹柱塞，流道面积比公螺纹柱塞面积大。将柱塞下端的孔口做成圆锥形，减少对油流阻力，有助于柱塞下行

29、；采用流线型大通道固定阀，与可打捞式的固定阀相比，提高了流通能力，减少了局部阻力；这种泵的设计特点是扩大或改变流道形状，减少对稠油的沿程和局部阻力。结构特点： 1流线型抽油泵3.3 特殊用途的抽油泵1-抽油杆；2-泵筒接箍；3-上柱塞；4-出油阀；5-进油阀；6-上泵筒；7-中心管；8-中间接箍；9-下柱塞；10-下泵筒；11-下部接头。 管式液力反馈抽稠油泵2液力反馈抽稠油泵2液力反馈抽稠油泵 由两台不同泵径的抽油泵串联而成，中心管将上下柱塞连为一体。这种泵的进、出油阀均装在柱塞上。当驴头作下冲程时，柱塞下行，上柱塞与上泵筒的环形腔A体积减小，压力增大。A腔的原油通过孔b将进油阀关闭，出油阀

30、打开，并将油排到油管中。此时由于进油阀关闭，油管内液柱的压力通过进油阀施加在柱塞上(即液力反馈力)强迫柱塞克服稠油的阻力下行。驴头作上冲程时，柱塞上行，A腔增大，压力减小，进油阀打开，出油阀被油管内液柱压力关闭。井下原油经孔b、流入A腔。结构原理：3.3 特殊用途的抽油泵设计特点采用大小柱塞形成A腔和只在大小柱塞上装进出油阀，以达到在下冲程时进油阀关闭，实现液力反馈的目的。从结构可知，这种泵泵筒上没有阀，因此井下可不装泄油器。适用范围可在原油粘度小于4000mPas的稠油井中正常工作。可不动泵筒、油管进行井下测试和对稠油层注入热采蒸汽。3.3 特殊用途的抽油泵3双向进油抽稠油泵1-泵筒接箍；

31、2-泵筒；3-上出油阀；4-下出油阀； 5-超长柱塞；6-进油阀 图2 管式双向进油抽稠泵3双向进油抽稠油泵结构原理：在泵筒中部开有进油孔，柱塞为整体超长结构，柱塞上行时，A腔压力降低，进油阀打开，出油阀在油管内液柱压力作用下关闭，当长柱塞上行程超过泵筒中部开有的进油孔b时，进油阀关阀，套管中的油液在沉没压力作用下，从泵筒中部进油孔进入泵筒，一方面对泵筒进油孔下部泵筒没充满的空间进行补充，另一方面将泵筒进油孔下部泵筒空间的气体排出。柱塞下行时，只要柱塞表面将泵筒进油孔密封，柱塞出油阀即打开，泵筒进油孔下部的油液从柱塞内孔排至油管。3.3 特殊用途的抽油泵双向进油抽稠油泵的特点对稠油井、含气井使

32、用双向泵虽然损失一部分有效冲程，但与常规泵相比泵效还是得到大幅度提高，其原因是泵筒中部开进油孔，改善了进油状况，提高了泵筒开孔下部的泵筒内腔的充满程度。该泵采用在泵筒上开孔，完成二次进油及排气功能外，还可不动油管柱对稠油井进行蒸汽吞吐，只要把超长柱塞提到油管中即可对稠油层实施蒸汽吞吐工艺，因为油管和套管通过泵筒上的二次进油孔相互连通。从结构可知，由于泵筒上开有二次进油孔，因此井下可不装泄油器，降低油井修井费用。 3.3 特殊用途的抽油泵1-上柱塞；2-出油阀；3-上泵筒；4-环流阀；5-环形阀罩；6-下泵筒；7-长柱塞 管式环流抽稠油泵4环流抽稠油泵结构原理：与液力反馈泵相似，也是由两台不同泵

33、径的抽油泵串联而成，由连接杆将上柱塞和下实体加重柱塞连为一体。该泵的环流阀装在上泵筒下部环形阀罩中，当下冲程时，柱塞下行，上柱塞与上泵筒的环形腔A体积减小，压力增大，环形阀罩的环流阀关闭，上柱塞出油阀打开，A腔的原油通过上柱塞出油阀，再通过上柱塞内孔排至油管中，油管内的液柱压力(即反馈力)施加在下实体加重柱塞上，强迫柱塞克服稠油的阻力下行。柱塞上行时，A腔增大，压力减小。环形阀罩里的环流阀打开，井下原油进入A腔，出油阀在油管内液柱压力作用下关闭。4环流抽稠油泵3.3 特殊用途的抽油泵环流抽稠油泵的特点在液力反馈泵的基础上增加了环流阀总成，增大了流道面积，缩短了井下原油进入A腔的路程，减少了液流

34、阻力，既保留了液力反馈泵的优点，又提高了泵的充满系数，更宜于抽吸稠油。由于该泵增加了环流阀总成，使得泵的外形尺寸增大，只能适用于7英寸或7英寸以上套管的稠油井。这种环流抽稠泵。可在原油粘度小于4000mPas 的稠油井中正常工作。从结构可知，井下可不装泄油器，还能不动油管柱，只要将柱塞总成提出，就能进行井下测试和对稠油层实施蒸汽吞吐工艺。3.3 特殊用途的抽油泵 二、适合含砂油井的抽油泵 原油含砂较多，不仅使泵筒、柱塞、泵阀磨损加剧，寿命缩短，而且还常发生抽油泵砂卡，砂埋抽油杆，使检泵作业量和抽油泵报废量增加，严重影响原油生产。3.3 特殊用途的抽油泵1-上出油阀；2-油管；3-外筒；4-内筒

35、；5-下出油阀；6-定筒；7-进油阀；8-固定装置 图4 三管抽油泵1三管抽油泵结构原理：这种泵属底部固定杆式抽油泵。它由三个不同直径的泵筒嵌套而成。中间的泵筒称为定筒，其内孔及外径都经过表面硬化处理和精密加工，定筒固定在油管中。外面的泵筒称为外筒，类似于动筒式杆式泵的泵筒，中间的泵筒称为内筒，其结构相当于柱塞，上、下装有出油阀。外筒和内筒通过上部出油阀连成一体。上部出油阀与抽油杆柱连接，随抽油杆作往复运动。 1三管抽油泵3.3 特殊用途的抽油泵三管抽油泵的特点由于三个泵筒间的间隙比标准泵大得多，所以在含砂较多的原油进入三个泵筒间的密封面时仍能正常工作，不会形成卡泵。由于三个泵筒是层层套装的，

36、故形成了一个较长的曲折密封区，虽然三个泵筒间的间隙较大，但仍然能保持一定的密封性。这种泵适宜用于含砂严重的油井，对于新投产井和加砂压裂后初次抽油的井尤为适用。为保持一定的泵效，三管泵的冲次一般比常规泵要高。随泵挂的加深，三个泵筒也应相应加长，以增加密封长度。3.3 特殊用途的抽油泵l-特殊连杆；2-滑阀；3-泵筒总成；4-外套；5-柱塞总成；6-双通接头；7-沉砂管总成 图5 防砂卡泵工作原理图2防砂卡抽油泵工作原理：在正常抽汲过程中，排出到泵上部的井液把大部分较小颗粒的砂粒带到地面，而较大颗粒砂粒，在下沉过程中，被滑阀遮挡，不能落回泵筒，它们通过外套与泵筒之间的环形通道沉到泵下面的沉砂管内。

37、若因故停抽，滑阀使泵筒上端关闭，泵上方油管内井液中的砂粒，也通过环形通道下沉到沉砂管内。所以这种抽油泵能在抽汲和停抽时有效地防止砂卡和砂埋抽油泵。特点：抽汲能力强，在井液含砂达0.183.2，周期开采井含砂达9.63的油井中工作正常。2防砂卡抽油泵3.3 特殊用途的抽油泵出砂井用抽油泵1-上出油阀；2-连接管；3-柱塞； 4-衬套；5-外管；6-打捞套； 7-进油阀罩8-进油阀 3.出砂井用抽油泵3.3 特殊用途的抽油泵结构特点为了防止出砂严重的油井，在抽汲过程中经常出现的砂堵泵阀的故障发生，将进、出油阀的流道面积扩大至常规泵流道面积的一倍。通过连接管，将扩大了流道面积的上出油阀罩伸出泵筒，使

38、柱塞往复运动时，上出油阀罩始终位于泵筒之上。取消柱塞上的下出油阀。将扩大了流道面积的可打捞式进油阀罩置于专门空腔内，并相应改进了其固定方式。适用范围在出砂严重的油井中工作是成功的，但在气油比较大的油井中不宜使用。3.出砂井用抽油泵3.3 特殊用途的抽油泵三、适合高气油比油井使用的抽油泵 气油比大的油井，泵效低，往往出现“气锁”，使泵无法正常工作。常发生“液面冲击”，加速了杆柱等井下设备的损坏。3.3 特殊用途的抽油泵两级压缩抽油泵1-上柱塞；2-上泵筒；3-上出油阀；4-上工作腔5-中出油阀；6-下柱塞；7-下泵筒；8-下出油阀9-下工作腔；10-进油阀；11-底部固定装置 1两级压缩抽油泵3

39、.3 特殊用途的抽油泵1两级压缩抽油泵结构组成 细长的上柱塞与直径较大的下柱塞串连起来，将下泵筒分成上下两个工作腔，下工作腔比上工作腔的环形面积大得多。上出油阀和中出油阀、下出油阀、进油阀分别构成这两个工作腔的进出油阀。泵由底部固定装置固定。3.3 特殊用途的抽油泵两级压缩抽油泵的工作原理上冲程刚开始抽吸时，柱塞上行，下工作腔体积增大，压力降低，进油阀打开，下工作腔吸油，此时与常规泵相同。换向，作下冲程时，柱塞下行，打开下进油阀和中间进油阀，下工作腔的油气进入上工作腔。由于下工作腔的环形面积比上工作腔大，所以当下工作腔较大体积的油气全部进入较小容积的上工作腔时，油气体积必将被压缩(实质上是气体

40、被压缩)压力增大。再作一个上冲程时，上工作腔体积减小，其间的油气混合液再次被压缩(第二级压缩)，其压力也再次增大，并关闭中间出油阀，打开上出油阀，排入油管。与此同时，下工作腔汲油，泵进入正常的抽汲工作。3.3 特殊用途的抽油泵 上下工作腔环形面积的大小比例，可根据油气比的大小来设计。显然，当气油比大时，其大小的比例也将增大。 由于在柱塞下行时，这种泵的上出油阀关闭，所以柱塞上部的液柱有帮助柱塞下行的作用，抽油杆柱的受力情况较好。 3.3 特殊用途的抽油泵机械启闭阀抽油泵1-抽油杆；2-脱接器；3-油管；4-套管；5-接头；6-放气孔；7-泵筒出油阀；8-密封件；9-阀杆；10-推块；11-密封

41、件；12-卡簧；13-上腔室；14-柱塞出油阀；15-硬柱塞体；16-软柱塞体；17-下腔室；18-泵筒；19-进油阀 2机械启闭阀抽油泵3.3 特殊用途的抽油泵2机械启闭阀抽油泵结构特点：柱塞上的出油阀为一倒装的锥形阀，锥形阀体与抽油杆刚性连接，所以此阀的开启不是靠压差，而是依靠抽油杆上下机械移动来完成。阀杆与柱塞为浮动连接，在阀杆上有一推块，上冲程时，其底面离柱塞上端面15mm。锥形阀阀杆上端中心钻一盲孔，对准盲孔下部钻一小孔与盲孔相通。在接头上钻一小孔，使上下小孔(放气孔)连通。泵筒出油阀为一正装的锥形阀，锥形阀中心开一小孔，与阀杆滑动配合。柱塞较短，一般为0.5m左右。上段为硬柱塞，下

42、段为软柱塞，提高了密封性能，增加了与泵筒的摩擦力。3.3 特殊用途的抽油泵工作原理：(1)上冲程时，抽油杆提升，使柱塞出油阀关闭，并带动柱塞上行。此时下腔室压力下降，当其压力低于泵的入口压力时，进油阀打开进油。与此同时，上腔室压力上升。如果井液气油比大，油气虽被压缩，但压力增加小，此时常规泵往往打不开柱塞出油阀而发生“气锁”。由于此泵在阀杆上设计有推块和放气孔，当柱塞接近下死点和换向上升一小段距离时，均能让柱塞出油阀上下腔连通，提前将上腔室的气体排到油管中，从而有效地避免了“气锁”的发生。3.3 特殊用途的抽油泵(2)下冲程时，抽油杆柱下行，它不受油气比大的影响，首先将柱塞出油阀打开，使上下腔

43、室连通。当下行15mm后，推动柱塞下行。这样，下腔室的油、气很容易就进入了上腔室。 当在柱塞接近下死点和柱塞离开下死点的一段时间内，放气孔又将柱塞出油阀的上下腔连通，完成排气，保证上冲程时将柱塞出油阀及时打开。3.3 特殊用途的抽油泵第3章 抽油泵3.1 抽油泵的工作原理及工作特点3.2 抽油泵的类型与结构3.3 特殊用途的抽油泵3.4 有杆泵抽油井井下附属设备3.4 有杆泵抽油井井下附属设备油管锚气锚砂锚泄油器3.4 有杆泵抽油井井下附属设备一、油管锚1、油管柱的工况分析（未用油管锚）(1)由于液柱载荷在油管和抽油杆上交替作用，致使油管和抽油杆一样承受交变载荷的作用，这种载荷会使油管本体，特

44、别是螺纹部分发生疲劳损坏，容易造成公母螺纹之间相互摩擦，致使螺纹磨损，发生漏失，甚至油管断裂。(2)油管的伸长和缩短，使得抽油杆的加载和卸载过程延长，造成冲程损失，降低了泵的冲程。(3)实践证明，当上行程液体载荷转移到抽油杆上时，由于液体载荷的突然消失会使泵到中和点间的油管产生弯曲，油管弯曲会造成泵筒与活塞的磨损加剧。3.4 有杆泵抽油井井下附属设备2、改善油管工作状况的措施：(1) 在抽油泵下悬挂尾管；(2) 下油管锚。 在泵下悬挂足够重量的尾管，使抽油泵以上的油管在抽油过程中始终承受尾管的拉力，以平衡上行程时油管的弯曲力。悬挂尾管的优点是工艺简单，能消除或减轻油管的弯曲效应，但不能克服油管

45、的弹性变形，还会增大油流入泵的阻力，所以，更好的办法是下油管锚。3.4 有杆泵抽油井井下附属设备油管锚须具备的条件锚定力必须大于向上和向下的各种载荷。油管锚锚定后，管柱必须始终保持张力状态，即不发生弯曲现象，为此，油管锚定后，必须施加足够的预应力。（可上提油管来实现）油管锚还应具有保证油管断脱后不落井底的功能。3.4 有杆泵抽油井井下附属设备3油管锚的类型与结构油管锚可分为两大类：机械式油管锚和液力式油管锚。(1)机械式油管锚张力式油管锚原理与轨道封隔器的结构类似。缺点：单向卡瓦，一旦油管断脱即造成油管落入井内。特点：结构简单，锚定力可达105N，能满足一般有杆泵锚定力的要求，并且能在各种效应

46、影响下始终保持油管不弯曲，螺纹磨损小。3.4 有杆泵抽油井井下附属设备1-上接头；2-中心管；3-倒J型定位槽；4-摩擦块；5-卡瓦托；6-卡瓦；7-锥体 张力式油管锚3.4 有杆泵抽油井井下附属设备旋转式油管锚采用双向锚定卡瓦，旋转油管坐锚。这种锚能提供足够的预拉力，又可防止油管断脱后落入井内。缺点是在井口处旋转坐锚不易操作。3.4 有杆泵抽油井井下附属设备(2)液力式油管锚 液力式油管锚基本上都能满足给油管提供足够的预拉力和防止油管断脱落入井内的要求。压差式油管锚利用油井开抽后，油管内与环空间液面差形成的压力差，推动锚内活塞将卡瓦推出，锚定在套管壁上。特点：抽油泵开抽后随着油管内液面上升而

47、自动锚定，但对举升高度小的油井往往由于压差值过小，达不到所需要的锚定力，甚至锚不住。憋压式油管锚靠油管憋压完成坐锚。特点：由于采用了双向锚定，坐锚后可以将油管提供预拉力，是一种较理想的油管锚。3.4 有杆泵抽油井井下附属设备二、 气锚由于气体进泵将给有杆抽油系统带来以下问题： 泵内气体的压缩和膨胀使得游动阀和固定阀打开滞后，降低了泵的有效冲程，从而降低了泵效。 为了减少气体进泵，采用防气泵的方法，但为了更好地解决气体进泵的问题，还应考虑其它一些方法，如优选冲程、冲数，长冲程、慢冲数，加深泵挂等办法。 采用气锚或井下油气分离器的方法这也是在生产中经常采用的办法。 3.4 有杆泵抽油井井下附属设备

48、气锚的分气原理： 建立在油气密度差的基础上，利用滑脱和离心的作用将油气分开。气锚的类型：利用滑脱效应的回转式气锚简单气锚二级气锚马氏气锚 利用离心效应的螺旋式气锚利用捕集效应的盘式气锚3.4 有杆泵抽油井井下附属设备1利用滑脱效应的回转式气锚以简单气锚为例其分气过程可分为泵吸入阶段和泵排出阶段。上冲程时（泵吸入阶段），分气过程可分为四个步骤：第一步骤：气泡在套管内随液流上升时，由于油气密度差，使油气产生滑脱，气泡上行速度等于液体上升速度加上气泡在静止液体中上升速度。因次，气泡上升速度较液体上升速度快一个，进行气泡首次分离。3.4 有杆泵抽油井井下附属设备第二步骤：气泡在气锚进液孔附近进行二次分

49、离。当气泡到达气锚进液孔附近时，液流要流向气锚进液孔，流动方向发生改变，气泡上升速度及方向也将改变，液体中气泡能否进入气锚取决于垂直分速与水平分速的比值。垂直分速越大，水平分速越小，则气泡越不容易进入气锚。因此，越靠近气锚的气泡，水平分速越大，越容易被液流带入气锚。气泡直径越小，垂直分速越小，越容易被液流带入气锚。3.4 有杆泵抽油井井下附属设备第三步骤：进入进液孔的气泡，在进液孔附近进行三次分离。当油气刚进入气锚时，液体流向是近似水平的，而气泡有向上的上浮速度，这时有部分气泡上浮到气帽中，从排气孔排出。第四步骤：气泡在气锚环形空间进行第四次分离。这时气泡速度是液流下行速度减去气泡上升速度，气

50、锚环形空间有一部分能分离的最小气泡滞留在环形空间。3.4 有杆泵抽油井井下附属设备下冲程时（泵排除阶段）：不吸入，此时在泵的固定阀以下液体流速为零。所进行的以上四个步骤的气泡都在静止条件下上浮至气锚的气泡中（或套管环形空间），这是分气效率最高阶段。其分类主要有：简单气锚、二级气锚和马氏气锚。1-排气阀；2-排气孔；3-气帽；4-进液孔；5-外壳；6-吸入管 简单气锚3.4 有杆泵抽油井井下附属设备1-二级气锚外壳；2-二级吸入管；3-一级气锚外壳；4-一级吸入管；5-分离高度 二级气锚3.4 有杆泵抽油井井下附属设备1-套管；2-油管；3-柱塞；4-泵筒；5-支撑接头；6-油管进口接缝；7-隔

51、板；8-砂锚；9-生产层 马氏气锚3.4 有杆泵抽油井井下附属设备螺旋气锚示意图1-液体进泵；2-分流腔；3-排气孔；4-排气阀；5-气帽；6-螺片；7-中心管；8-外壳；9-进液 2利用离心效应的螺旋式气锚3.4 有杆泵抽油井井下附属设备以螺旋式气锚为代表，即含气油流在气锚内旋转流动，利用不同密度的流体离心力不同，使被聚集的大气泡沿螺旋内侧流动，带有未被分离的小气泡的液体则沿外侧流动。被聚集的大气泡不断聚集，沿内侧上升至螺旋顶部聚集成气帽，经过排气孔排到油气环形空间，下冲程时，泵停止吸油，油套环形空间和气锚内的液流中含的小气泡滑脱上浮，一部分上升到油套环形空间，一部分上浮进入气帽、排入油套环形空间，液流沿外侧经过液道进泵。结构原理：3.4 有杆泵抽油井井下附属设备 这种气锚分离效率高，产量愈高，气油比愈大，气泡直径愈大，增加螺旋圈数，减小螺旋半径都可以提高分气效率。 在此基础上推出串联组合式螺旋式气锚，这种气锚的外径越小流体流速越快，分气效率越高，这种气锚目前在国内外应用非常广泛。3.4 有杆泵抽油井井下附属设备1-进泵液体；2-排气孔；3-气锚；