影响抽油泵泵效因素分析

关于影响抽油泵泵效因素分析第1页，共36页，2023年，2月20日，星期四

内容一、抽油泵漏失状况分析二、抽油泵阀球启闭造成的排量损失分析三、泵腔未充满造成泵效损失及应对措施四、抽油杆柱、油管柱伸长对泵效影响分析五、认识及建议第2页，共36页，2023年，2月20日，星期四

一、抽油泵漏失状况分析通常认为抽油泵漏失对泵产量影响较大，用户便采用小间隙抽油泵以减少漏失；以Φ38、Φ44、Φ57三种常用规格抽油泵的常用间隙（2、3、4号间隙）的漏失情况为例进行理论计算和试验统计分析：在GB/T18607《抽油泵及其组件规范》附录B中，上述三种泵的理论最大漏失量规定值见图一；根据理论最大漏失量规定值推算抽油泵每天理论排量的泵效损失见表一；漏失量试验数据统计平均值见表二。

第3页，共36页，2023年，2月20日，星期四图一抽油泵配合间隙理论最大漏失量规定（极限）值注：试验压力:10MPa

；试验介质为10号轻柴油；单位:最大漏失量mL/min第4页，共36页，2023年，2月20日，星期四表一推算抽油泵每天理论排量的泵效损失泵径规格Φ38Φ44Φ57冲程X冲次912159121591215理论排量14.7619.6824.6020.1126.8233.5233.2544.3355.412#间隙漏失量0.360.4170.536泵效损失2.44%1.83%1.46%2.07%1.55%1.24%1.61%1.21%0.97%3#间隙漏失量0.6550.7630.979泵效损失4.43%3.33%2.66%3.79%2.84%2.28%2.92%2.19%1.77%4#间隙漏失量1.071.2561.613泵效损失7.25%5.44%4.35%6.24%4.68%3.75%4.85%3.64%2.91%注：1、抽油泵工作时，上冲程排液过程中产生漏失，下冲程进液过程中不产生漏失；每天产生漏失量＝12(小时)X60(分种)X最大漏失量（mL/min）X10－6。2、冲程X冲次单位为m/min；理论排量、漏失量单位为m3/d。第5页，共36页，2023年，2月20日，星期四表二漏失量试验统计平均值漏失量泵径规格Φ38Φ44Φ572#间隙mL/min216248306m3/12小时0.15550.17860.22033#间隙mL/min371403570m3/12小时0.26710.29020.41044#间隙mL/min5927051055m3/12小时0.42620.50760.7596泵效损失（参照表一中的理论排量）0.63－2.9％0.53－2.52％0.4－2.3％注：1、数据来源：对一定数量、某一规格、某一间隙抽油泵漏失量试验值统计计算平均值，对其计算12小时（相当抽油泵实际工作一天）的漏失量。

2、2号间隙漏失量统计了160台,3号间隙漏失量统计了120台，4号间隙漏失量统计了60台。第6页，共36页，2023年，2月20日，星期四

计算出表一中的漏失量及相应的泵效损失，泵效损失在0.97－7.25％之间，根据表二试验数据推算出的泵效损失在3%以下。抽油泵实际生产中，受泵挂深度加深等因素影响，漏失量会增加；随着井液粘度的增加，漏失量会减少；目前国外研究认为由于抽油泵为间隙滑动密封，3－5%的漏失将会起到很好的润滑作用，能够延长抽油泵工作寿命，根据井况选择合理间隙、密封段长度以保证所需的漏失量是必要的，如印度尼西亚采用10号间隙长度为3英尺的柱塞用于稠油油井，美国CDI公司采用7号间隙等；从计算分析中看出抽油泵漏失造成的液量损失一般小于5%，目前采油现场抽油泵泵效为25－65％，造成泵效损失并不完全是抽油泵漏失造成的，漏失造成抽油泵系统效率的减少一般小于5%。第7页，共36页，2023年，2月20日，星期四

二、抽油泵阀球启闭造成排量损失分析：

阀球启闭滞后会造成抽油泵排量损失，只要泵腔存有气体或未充满就会造成阀球启闭滞后；阀球开启所需压差约为0.003MPa（非常小）,而造成排量损失的主要原因应该是游动阀球开启时产生向上的撞击力造成柱塞上部抽油杆柱弯曲变形所产生的冲程损失，而这部分损失往往被忽略。第8页，共36页，2023年，2月20日，星期四

抽油泵工作上冲程（泵吸液）转化为下冲程（泵排液），即泵腔由低压腔转化为高压腔时，柱塞上游动阀球开启产生向上的瞬时冲击力较大，与下行的抽油杆柱相互作用，造成柱塞上部较细的抽油杆柱在压应力作用下产生较大的弯曲变形，从而造成较大的冲程损失，降低抽油泵排量。第9页，共36页，2023年，2月20日，星期四

上冲程转换为下冲程时，柱塞下行对泵筒充液腔产生的压力通过阀座孔作用于阀球上的力必须大于阀球承受的液柱压力，阀球才能打开，受力分析见图一，在打开瞬间，这个力作用在整个阀球上，通过阀球、阀罩将力传递给抽油杆柱。F4图二阀副启闭受力示意图第10页，共36页，2023年，2月20日，星期四

D1：阀球直径mm；d1：阀座孔径mm；D2：柱塞直径mm；P1：阀球关闭时，作用于阀球上的液柱压强MPa；F1：阀球关闭时，作用于阀球上的液柱压力N，F1=π/4×D12×P1；P2：阀球打开瞬间，作用于阀座上的压强MPa（即泵充液腔压强）；F4图二阀副启闭受力示意图第11页，共36页，2023年，2月20日，星期四

F2：阀球瞬间打开后，P2通过阀座孔作用于整个阀球上的力N，F2=π/4×d12×P2；F2≥F1时，阀球才能打开；F3：阀球瞬间打开后，作用于阀球下部压强与上部压强的压差产生的对阀球的冲击力N，F3=π/4×D12×（P2-P1）；F4图二阀副启闭受力示意图第12页，共36页，2023年，2月20日，星期四

F4：上冲程转为下冲程后，抽油杆柱推动柱塞下行，使柱塞下部泵腔变为高压腔达到压强P2时，所需的杆住下行力，根据作用力与反作用力原理，这个力将反向作用于抽油杆柱上，为抽油杆的轴向压力N；

F4=π/4×D22×（P2-P1）。F4图二阀副启闭受力示意图第13页，共36页，2023年，2月20日，星期四

按1000米泵挂深度计算（不考虑沉没度和井口回压），设定作用在阀球上的液柱压强为10MPa；则阀球打开瞬间，作用于阀球上的压强P2、阀球对球腔的撞击力F3、产生压强P2所需的杆柱下行力F4（即作用于抽油杆上的轴向压力）。常规阀副基本尺寸参数和P1、P2见表三；F3、F4见图三。表三阀副基本参数泵径mmΦ32Φ38Φ44Φ57D1mm19.0523.8328.5834.93d1mm14.9018.2022.2027.40P1MPa10P2MPa≥16.35≥17.14≥16.57≥16.25第14页，共36页，2023年，2月20日，星期四

图三游动阀开启造成冲击力F3、杆柱轴向压力计算值F4第15页，共36页，2023年，2月20日，星期四

从表中计算数据可以看出，在1000米泵挂时，阀球开启瞬间对阀腔的撞击力在1800N以上，柱塞下行力对杆柱造成的轴向压力在5000N以上，随着泵挂的加深，产生的力将更大；抽油杆为细长杆，在轴向载荷压力作用下，稳定性较差，抽油杆柱处于失稳（屈曲）状态，失稳后，即使在微小力的作用下，引起的变形也将会显著增加；抽油杆柱受到的轴向压力和失稳状态下的变形，造成抽油泵在下冲程时与抽油机运动不同步，即抽油泵柱塞实际运行长度少于抽油机的冲程长度，产生的冲程损失，使抽油泵排量降低，大大影响着抽油泵的有效功率。图四抽油杆长度与临界压力关系第16页，共36页，2023年，2月20日，星期四

由于在深井中，柱塞上下、泵筒内外压力不同，油井井液粘度大、会造成柱塞下行阻力大，也会产生抽油杆柱弯曲失稳情况的发生，造成泵效损失。第17页，共36页，2023年，2月20日，星期四

三、泵腔未充满造成泵效损失及应对措施

由于油井存在含气、油稠、抽油泵沉没度低、泵挂位置存在斜度等情况，会造成抽油泵泵腔井液未充满、阀球开闭滞后等现象，致使抽油泵排液量下降，严重影响了泵的系统效率。这部分因素取决于油井工况，国内外针对油井工况研制了特种抽油泵以提高泵腔液体的充满度，抽油泵与油井工况有机结合是提高油井产量的基础。第18页，共36页，2023年，2月20日，星期四1、气体影响及应对措施：当油井含气量较大时，会造成抽油泵充满度低，当气液比达到30m3/m3时，泵效就会明显下降；严重含气井可降低泵效90%，气锁造成抽油泵不出液的现象也时有发生；并且含气造成的液击现象会产生较大的振动载荷，使抽油机、抽油杆柱受力状况变差，抽油杆柱轴向压力变形增大，冲程损失加大。应对措施：使用防气抽油泵，配套气锚、定期放套管气、加深泵挂等工具等；将会平均提高抽油泵泵效10%以上，可大大提高含气油井的系统效率。第19页，共36页，2023年，2月20日，星期四

研制的适宜在含气井中工作的防气抽油泵有：游动阀强制启闭抽油泵、长柱塞排气防气泵、双泵筒中空防气泵、环形阀防气泵、两级压缩防气抽油泵、变间隙（抽油泵上部间隙大）防气抽油泵、防气锁游动阀等，可根据含气状况加以选择。第20页，共36页，2023年，2月20日，星期四2、稠油影响及应对措施：国内对稠油油井进行较多的研究试验表明：进泵井液粘度在500mPa·s以下，泵效可达40%；进泵井液粘度在1000mPa·s，抽油泵能够正常工作，但泵效很低；如果进泵井液粘度达到2000～3000mPa·s，即使采用抽稠油泵，泵效也很低，应采取降粘措施。在辽河、克拉玛依、河南等油田有较多的稠油油井，由于稠油流动性差，粘滞力大，井液进入泵筒的阻力大，抽油泵的充满度低；同时造成抽油机上下冲程载荷变化大，恶化了抽油机、抽油杆的受力状况，易造成采油设备的损坏；较大的下行阻力加大了杆柱冲程损失，造成抽油泵泵效低。第21页，共36页，2023年，2月20日，星期四

稠油开采在国内外开展了较多的研究并实施了较多的应对措施，国内适宜稠油生产的抽油泵有：液力反馈抽油泵、串联抽油泵、大流道抽油泵、浸入式抽油泵、空心抽油泵（能够实现泵下加重、泵下注入降粘的热载体、下入加热电缆）等。抽稠油泵可以提高泵腔充满度、克服部分粘滞阻力，减少冲程损失，部分抽稠油泵的特殊结构能够与油井的降粘措施、泵下加重配套，有效减少稠油油井不利因素的影响，可提高抽油泵泵效2～5%。第22页，共36页，2023年，2月20日，星期四3、斜度影响及应对措施：随着水平井、侧钻井、丛式井的增多，要求抽油泵在倾斜状态下工作，此种状态下，常规抽油泵阀副不能及时启闭，泵效损失可达40%。在室内对抽油泵进行倾斜角度下的密封试验表明：在水平～75°放置状态下，常规抽油泵的阀球不能密封（需靠外力吸引阀球座封），如果没有外力作用，压力试验机不能够起压；在45°放置状态下，常规抽油泵的阀球不能及时密封（需要1～6秒时间）。第23页，共36页，2023年，2月20日，星期四

应对措施就是研制斜井抽油泵，目前生产的斜井抽油泵能够满足75°斜井的使用要求：如为了增加泵筒刚度对抽油泵增加外管、采用高强度泵筒以减少弯曲变形，采用旋转柱塞或高硬度柱塞以减少偏磨，阀罩采用导向筋结构或配套扶正推杆以保证阀球及时开闭；根据不同斜度匹配不同结构的斜井抽油泵，以达到合适的性价比。斜井抽油泵可提高其在倾斜状态下工作的可靠性及泵效，平均泵效可提高5%左右。第24页，共36页，2023年，2月20日，星期四4、深井影响及应对措施：该种工况的抽油泵泵挂较深，为2500米以上，液面较低，泵效平均在30%以下，系统效率偏低，致使采油系统能耗大，效益低；抽油泵受力状况恶化，抽油泵事故较多。为了加大抽油泵的泵挂深度，开发了改变泵筒受力状况的过桥抽油泵――悬挂抽油泵、倒置泵筒抽油泵；通过采用特殊泵筒材料如N80油管材料、增加泵筒壁厚（如壁厚为10mm，常规泵筒壁厚6.35mm）、加大泵筒螺纹规格的型式提高泵筒强度，以增加抽油泵的下井深度。目前抽油泵的强度能够满足最大抽油机载荷允许的下井深度。第25页，共36页，2023年，2月20日，星期四

深井抽油泵不仅适宜加深泵挂，通过改变泵筒的受力方式、加长泵筒柱塞密封副长度的方式（如采用长度为1800mm的柱塞）减少抽油泵在高压差（25～35MPa）工作条件下的漏失，确保深井采油产量的提高。第26页，共36页，2023年，2月20日，星期四5、应用长冲程抽油泵，提高泵效：使用长冲程抽油泵是提高泵效的有效方式：如冲程损失为1米，在抽油机冲程为3.6米时，冲程损失造成的泵效损失为28%；如采用7.2米长冲程抽油机，冲程损失将降为14%；泵效将提高14%，油井产量、系统效率将大大提高。同时采用长冲程可减少抽油泵摩擦损坏、减少抽油杆疲劳应力损坏、减少杆柱与油管摩擦损坏，提高采油系统的整体性能，保障油井的整体效益。第27页，共36页，2023年，2月20日，星期四

大港油田新世纪机械制造公司生产的常规管式抽油泵、杆式抽油泵冲程长度达到8.5米，能够与国内长冲程抽油机（冲程8米）匹配。通过抽油泵泵筒对接、杆式泵拉杆对接的型式，能够制造冲程长度达30米的抽油泵。如果有超长冲程的抽油机，经过泵筒串接型式容易实现与其配套抽油泵的制造。第28页，共36页，2023年，2月20日，星期四四、抽油杆柱、油管柱伸长对泵效影响分析上下冲程过程中，抽油机最大、最小载荷的变化造成抽油杆柱受到载荷由大变小而缩短、油管柱受到载荷由小变大而伸长，抽油杆柱的缩短、油管柱的伸长均造成了抽油泵柱塞的冲程损失，即抽油泵柱塞的实际冲程小于抽油机的冲程，造成抽油泵的实际排量降低。以3/4、7/8、1为例计算杆柱缩短变形量见表四。以2-7/8为例计算管柱伸长变形量见表五。第29页，共36页，2023年，2月20日，星期四泵径不同泵挂（H）深度、不同泵径条件下，3/4、7/8、1抽油杆的变形量（m）H=500H=1000H=1500H=2000H=25003/47/813/47/813/47/813/47/813/47/81Φ380.050.040.270.200.150.110.440.3280.250.780.590.441.20.910.70Φ440.070.050.040.260.200.150.590.440.331.050.780.601.61.220.93Φ570.110.080.060.440.330.250.990.7380.561.761.311.02.82.061.52表四杆柱缩短变形量第30页，共36页，2023年，2月20日，星期四表五管柱伸长变形量（m）油管长度500100015001800200025002-7/8油管变形量0.0320.1260.2850.410.5060.791第31页，共36页，2023年，2月20日，星期四

对表四、表五计算数据分析看出，不同泵径、不同规格抽油杆所产生的变形量相差较大；对于泵挂1000～2500m，抽油杆与油管的变形量至少为0.23～1.49m，占5米冲程的4.6%～29.8%，相应的泵效损失是较大的。建议措施：

a、根据油井产量、工况，合理选择抽油泵泵径规格、匹配合理的抽油杆柱组合，以减少抽油杆变形；大港新世纪公司为了方便用户选择泵径，增加了Φ28、Φ50.8、Φ63.5等规格的抽油泵。第32页，共36页，2023年，2月20日，星期四b、对于深井，应选择小泵径抽油泵，可弥补大泵径造成大的冲程损失、载荷增大等不利因素造成的影响。

c、使用长冲程工作制度，如冲程损失为1米，在抽油机冲程为3.6米时，冲程损失造成的泵效损失为28%；如采用7.2米长冲程抽油机，冲程损失将降为14%，泵效将提高14%，油井产量将大大提高。同时采用长冲程可减少抽油泵摩擦损坏、减少抽油杆疲劳应力损坏、减少杆柱与油管摩擦损坏，提高采油系统的整体性能，保障油井的整体效