抽油泵效（精选7篇）
抽油泵效 篇1
1 油田概况
1.1 乌南油田概况
乌南油田为柴达木盆地西部凹陷区昆北断阶亚区乌南—绿草滩断鼻带上的一个三级构造。油田位于扎哈断陷切克里克断陷东端和英雄岭—茫崖凹陷南端, 西部南区具有良好的生储盖组合。储层岩性以粉砂岩为主, 次为细砂和中砂岩, 储层有效孔隙度为7-21.7%, 渗透率为0.1-5.7×10-3µm2属低渗难采油田, 地面原油密度为0.8349-0.866g/cm3, 粘度为6.53-10.9mpa.s属低比重低粘度原油。乌南油田属于低压、低渗透岩性控制的边远难采油气藏。
1.2 乌南油田采油工艺
乌南油田属于低压低渗油田, 由于地层供液能力不足, 油井在生产过程中受到地层因素的影响, 导致油井出现抽油泵失效的情况, 造成油井产量不稳定, 因而乌南油田主要采用整筒泵、防砂泵、防垢泵以降低泵效的损失。
2 泵的工作原理
2.1 泵的分类
抽油泵是抽油的井下设备。它所抽汲的液体中含有砂、蜡、气、水及腐蚀性物质, 又在数百米到上千米的井下工作, 有些油井的泵内压力会高达20M p a以上。所以, 它的工作环境复杂, 条件恶劣, 而泵工作的好坏又直接影响到油井产量。
抽油泵主要由工作筒 (外筒和衬套) 、柱塞及游动阀 (排出阀) 和固定阀 (吸入阀) 组成。按照抽油泵在油管中的固定方式, 抽油泵可分为管式泵和杆式泵。
2.2 泵的抽汲原理
(1) 上冲程
抽油杆柱带着柱塞向上运动, 如图2-1 (a) 所示。活塞上的游动阀受管内液柱压力而关闭。此时, 泵内 (柱塞下面的) 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。
(2) 下冲程
抽油杆柱带着柱塞向下运动, 如图2-1 (b) 所示。固定阀一开始就关闭, 泵内压力增高到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 影响泵效因素分析
3.1 地质因素
3.1.1 出砂对泵效的影响
油井出砂的主要原因是油藏储层为疏松胶结砂岩。另外, 在油田开发中后期, 由于长期注水或注气开采也会极大的破坏储层骨架, 造成油井出砂。砂子磨损凡尔球、凡尔座、活塞及衬套等部件, 导致泵效降低。固定凡尔或游动凡尔砂卡或砂埋也影响泵效。
3.1.2 气体对泵效的影响
油层能量低, 供液不足或含气体的井, 当泵入口处的压力低于饱和压力时, 进入泵内的将是油气混合物, 进入泵内油的体积减少, 使泵效降低。另外, 活塞在下死点时固定凡尔和游动凡尔之间的余隙中存在着高压油气混合物, 在活塞上行时, 油气混合物膨胀, 固定凡尔不能立即打开, 使泵效降低。
3.1.3 漏失对泵效的影响
当油井中含有游离气体时, 对泵的工作效率有很大的影响, 严重时将发生气锁现象, 有时还可能发生气蚀现象, 泵筒中的压缩气体刺伤凡尔球和座, 引起漏失, 降低泵效。
3.1.4 结蜡对泵效的影响
乌南油田含蜡量在9.014%~14.88%, 地层温度55.4℃, 析蜡点为30-50℃, 当温度降到50℃时有蜡析出, 地温梯度为3.35℃/100m。温度与深度的函数关系, 其关系式为:T=6.3609+0.0344H, 相关系数0.9796。所以油管结蜡点在300-1000m左右。
3.2 设备因素
泵的制造质量, 安装质量, 衬套与活塞间隙的配合选择不当, 或凡尔球与凡尔座不严等都会使泵效降低。沉没度对泵效的影响是很复杂的, 一方面, 增加沉没度可以增大泵的充满系数, 减小气体对泵效的影响, 对提高泵效有利;抽油杆的断脱事故, 会减少设备使用寿命, 而降低泵效。
3.3 工作制度对泵效的影响因素
泵的工作参数选择不当, 也会使泵的工作效率降低。泵效是油井实际产量和泵理论排量的比值, 这个比值是一个“容积效率”, 在没有考虑到整个系统效率的情况下, 泵的工作效率和它自身的工作制度关系密切。
4 提高乌南油田泵效的措施
前面已经列举了影响泵效的因素, 那么如何来提高我们的泵效, 促使抽油泵工作效益提高了, 这个成为我们实际工作中面临的一个难题从影响因素来看, 我们应当从以下几个方面入手。
4.1 对出砂影响井的改进措施
乌南油田各油井因受砂的影响而降低泵效, 油井出砂的主要原因是油藏储层为疏松胶结砂岩。另外, 在油田开发中后期, 由于长期注水或注气开采也会极大的破坏储层骨架, 造成油井出砂。油井出砂的危害主要表现在三个方面:砂埋产层, 造成油井减产或停产;高速的砂粒, 造成地面及井下设备加剧磨蚀;出砂导致地层亏空并坍塌, 造成套管损坏使油井报废等。
4.2 对受气影响井的改进措施
乌南油田中受气影响的井较多且严重, 当发生“气锁”时, 即在抽汲时由于气体在泵内压缩和膨胀, 使吸入和排出阀无法打开, 出现抽不出油的现象。气压过高可采取定期放套气或定压放气阀防气的方法来控制合理的套压, 以减少气体对泵效的影响。
4.3 对漏失影响井的改进措施
油井漏失在乌南油田出现较多, 当泵筒中固定凡儿漏失可采取碰泵以减小泵效损失, 游动凡儿漏失则采用憋压, 当泵与泵筒间隙过大需进行检泵, 双凡儿失灵、碰泵、洗井无效时也要检泵来提高泵效增加产液量。
4.4 对结蜡影响井的改进措施
受蜡影响的井因油管壁结蜡会增大对地层的回压, 降低油井产量;油管和抽油杆间的结蜡, 甚至造成抽油泵会增大抽油机载荷蜡卡;地层射孔炮眼和泵入口处结蜡, 会增大油流阻力降低泵效, 对于结蜡速度快的井要做好如下工作:
(1) 加强示功图测试密度, 每月测试3次示功图, 分析载荷的变化情况, 及时做好清防蜡工作。
(2) 确定清蜡周期, 选择合理的清防蜡方式。
(3) 间采井加完清蜡剂之后, 连续抽三天后再改为间采生产。
4.5 对作业影响井的改进措施
及时掌握作业井启抽后生产现状, 作业井启抽后, 要及时调整抽油机运行参数, 对于高含气井, 要调小防冲距, 防止气进入泵筒, 影响泵效;对于出砂严重的井, 要用慢冲次运行, 冲次2次/分为宜, 油井出液量大时携砂能力会增强, 导致砂子堵塞凡尔或砂卡, 并且求全取准各项资料。
5 结论
本文主要阐述了影响抽油机泵效的原因, 并结合乌南油田的实际情况, 得出以下几点结论:
(1) 乌南油田构造复杂, 断层特别发育。生产过程中主要采用整筒泵、防砂泵、防垢泵以降低泵效的损失。
(2) 影响抽油泵泵效果的主要因素有:油井出砂、气体对泵效的影响, 油井结蜡, 抽油泵漏失, 设备参数, 油井工作制度。因此在日常工作中要按照开发部门的要求合理控制油井生产, 做好油井的维护工作, 保障油井的正常生产。
(3) 抽油机泵效越高, 其对应油井单井产量相对较高。
参考文献
[1]《采油工艺手册—机械采油》分册[1]《采油工艺手册—机械采油》分册
[2]《采油工艺原理》王鸿勋张琪[2]《采油工艺原理》王鸿勋张琪
[3]《乌南油田有利区块滚动评价及部署》许正豪、徐国防, 2007.9[3]《乌南油田有利区块滚动评价及部署》许正豪、徐国防, 2007.9
抽油泵效 篇2
1试验装置
试验装置 (见图1) 主要由模拟抽油机井、动力系统、测试泵体 (图见2) 、循环系统、测量系统等组成。倾斜角度可在 (0～90) °范围内调节, 冲次可在 (1～9) min-1范围内调节。试验介质采用清水。液体通过高处定位水箱提供, 保证稳定的液源;再经抽油泵抽出液体到计量装置计量并计算出泵效然后经旁通流回定位水箱, 实现液体循环。
1 试验研究方案
针对油田直井使用的常规泵进行试验。测定在不同倾斜角度、不同冲次的工况下泵效的变化情况, 并绘制泵效曲线, 找出抽油泵在倾斜状态下工作时影响泵效的主要因素。同时对改进型斜井泵进行同一工况下对比试验, 测试其效果, 试验程序如下:
(1) 对常规泵 (Φ38) 进行试验分析。试验倾斜角度θ为 (0～90) ° (倾角为0°表示泵垂直于地面, 倾角为90°表示泵水平与地面) ;试验冲次为 (1～9) min-1;冲程为:1.8 m , 以不同组合的工况测试其泵效变化情况。为排除其它因素对泵效的影响, 保证只是由倾斜角度、冲次对其作用, 试验介质 (清水) 不含气体, 吸入液面恒定, 排出口不节流 (柱塞与泵筒间漏失量基本不变) 。
(2) 根据 (1) 试验结果, 对泵效变化较大的角度做进一步试验分析, 找到泵效开始下降的临界倾斜角度, 并确定对泵效产生影响的主要因素。
(3) 不同倾斜角度、不同冲次下, 常规泵阀球运动规律的试验研究 (包括球阀开启, 关闭时滞后现象) 。
(4) 根据常规泵 (1) , (2) , (3) 试验结果, 研制出能适合倾斜角度下工作的新型 (下称改进型) 结构柱塞和固定阀, 并将此柱塞与固定阀安装在原泵筒上进行对比试验。
2 改进型斜井泵
2.1 柱塞
常规泵柱塞采用的是常见的金属柱塞结构, 改进型斜井泵的柱塞上端采用的是环式软密封结构 (HPN材质) , 下端仍采用常规金属柱塞结构 (见图3) 。
经采用T3806应力仪装置进行半干摩擦力测试, 软密封柱塞泵是一种低摩阻泵, 其特征是在柱塞外圆上加工多个环槽, 增大了柱塞与泵筒的间隙, 达到降低摩阻的目的。流体经过宽、窄槽部位, 减少了失量。软密封柱塞有一定柔韧性, 其密封件具有在压力作用下能扩大直径和材质较软的特点, 取消了硬对硬的滑动摩擦, 采用软—硬摩擦, 降低漏失量的同时也降低了机械摩阻[2]。改进后斜井柱塞中间装有软密封部分与金属部分的变向接箍, 倾斜作业时, 变向接箍能够使金属部分在受力时产生自然变向, 减少柱塞在泵筒内的摩擦力。
2.2 固定阀
常规泵固定阀阀球材质为金属 (Φ44.46) , 改进后斜井泵固定阀球材质为白色陶瓷 (Φ44.46) , 改进了固定阀罩结构 (见图4、图5) 。
固定阀罩采用全钢材质, 具有导向框架结构, 使阀球尽可能维持在轴线上运动, 阀球重力在轴线方向上的分力增大, 利于阀球的及时开启与关闭。同时也限制了阀球的弹跳高度, 限制阀球弹跳高度的面采用锥形平面, 与轴向呈60°, 有效防止了阀球的偏磨现象。阀罩上增加了平行于轴线方向的导流槽, 避免了由于出砂的原因产生的阀卡现象。采用陶瓷材质的阀球, 减弱了柱塞下行时球阀与阀座之间的偏击偏磨作用。
3 试验结果及分析
图6是不同冲次下, 改变倾斜角度θ, 得到泵效η-θ变化曲线的对比试验结果。 (a) 是常规泵, (b) 是改进型斜井泵。
从图6可看出:常规泵和斜井泵的变化趋势是一样的。泵效开始降低的临界倾角都为58°, 小于临界倾角时, 倾斜角度对泵效无影响。大于临界倾角时, 泵效随倾斜角度的增加而降低。
图7是不同倾斜角度下, 改变冲次n, 得到泵效η-n变化曲线的试验结果。 (a) 是常规泵, (b) 是改进型斜井泵。
图7可看出:不同倾斜角度下曲线变化规律是不一样的。两种泵 (0～58) °倾斜角度下, 冲次的变化对泵效无影响;58°～90°倾斜角度下时, 常规泵冲次在 (1～5) min-1 时泵效先升高后降低, 并在2 min-1 时出现峰值, (5～9) min-1时, 冲次变化对泵效没有影响;斜井泵1冲次时泵效较低, (2～9) min-1 时冲次的变化对泵效无影响。试验结果显示出改进型斜井泵泵效高于常规泵。
由于抽油泵系统处于倾斜状态, 阀球所受重力与其轴线有一定夹角, 会产生一个阀球沿轴线方向上的分力。它随倾斜角度的增加而减小以至消失[3], 造成阀球开启关闭滞后现象, 且倾角越大, 滞后现象越明显。因此存在一个泵效降低临界倾角, 大于这个临界倾角时, 常规泵用于斜井段生产易发生固定阀开关滞后、阀球偏击阀座的现象[4]。并且随冲次的增大, 偏击偏磨现象越严重, 泵效越低。
为提高泵效和延长使用寿命, 改进型斜井泵在常规泵的基础上进行了如下改进:① 改进了固定阀罩及阀球材质。固定阀罩具有导向作用, 使作用于阀球的轴向力 (即阀球的落座力) 增大, 限定了阀球的弹跳高度, 阀开启关闭及时。采用陶瓷材质的阀球, 减弱了球阀与阀座之间的偏击偏磨作用。② 用环式软密封柱塞代替了常规金属柱塞。因抽油泵在三维弯曲状态下工作, 存在着较大的倾斜与狗腿度, 而泵筒或衬套与柱塞的材质不同, 在定向井中产生的弯曲变形也不同, 柱塞的偏磨和机械摩阻较大, 改进后的斜井泵采用了软密封柱塞, 软密封柱塞上装有变向接箍, 解决了斜井中泵筒弯曲增加机械摩阻的问题。同时柱塞外环上的多个环槽, 增大了柱塞与泵筒的间隙, 达到降低摩阻的目的, 流体经过宽、窄槽部位, 产生不稳定的旋涡流, 减少漏失量。
4 结论
(1) 常规泵和斜井泵泵效开始降低的临界倾角都为58°。
(2) 小于临界角度时, 倾斜角度对抽油泵泵效无影响;大于临界角度时, 泵效随倾斜角度的增加而降低。
(3) 小于临界角度时, 冲次对抽油泵泵效无影响。大于临界角度时, 受冲次的影响, 常规泵泵效降低, 而对改进型斜井泵影响较小。
(4) 改进型斜井抽油泵结构独特, 阀球启闭迅速, 柱塞密漏失量小, 泵效高于常规泵, 是一种适用于大斜度定向井开采的高效率, 高可靠性的斜井泵。
摘要：通过对常规泵在不同倾斜角度下的工作特性及阀球运动规律的研究, 设计出改进型斜井抽油泵;并将两种泵的工作特性曲线进行对比, 得到了两种抽油泵泵效开始降低的临界倾角, 同时分析了倾斜角度和冲次对泵效的影响以及改进型斜井抽油泵泵效高于常规泵的原因。研究结果表明改进型斜井泵的内部结构的改进和材质的优选是泵效提高的主要因素。研究成果为现场斜井泵优选和合理工作制度的制定提供依据。
关键词：斜井泵,临界倾角,冲次,泵效
参考文献
[1]刘丙生, 徐建礼, 程正全.大斜度井有杆泵举升配套技术的研究与应用.石油机械, 2009;37 (11) :72—74
[2]韩修廷, 王德喜, 王研, 等.利用低摩阻柱塞抽油泵提高泵效及防偏磨技术的应用.石油学报, 2007;28 (4) ;138—141
[3]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.石油机械, 2003;3 (6) ;35—36
节能高效抽油泵技术探讨 篇3
据不完全统计, 我国油田90%采用的是常规有杆泵抽油, 是一种普遍应用的抽油技术, 主要结构是固定阀尔在泵下部, 游动阀尔在上部, 在正常的生产过程中, 具有如下特点, 在下冲程时, 所受的阻力完全是油管内液体对杆柱产生的压力, 抽油杆下行必须克服下行阻力, 因此会发生弯曲, 导致抽油杆和油管之间偏磨, 下行阻力越大, 抽油杆偏磨现象就加剧, 严重的可能导致抽油杆接头与油管接头发生刮碰, 抽油杆断脱和油管漏失。在上冲程时, 抽油泵工作的动力主要是电机提供的, 油管环形空间液体的压力没有发挥作用, 只能靠电机提供抽油产生的动力。可以看出, 常规有杆抽油泵技术存在抽油机系统能耗高, 抽油杆偏磨现象严重等。因此, 探讨一种节能高效的抽油泵技术。
2 节能高效抽油泵技术原理及特点
节能高效抽油泵的主要技术思路是, 将固定阀尔设置在泵筒上部, 游动阀尔设置在泵同下部, 到达充分利用油管环形空间液体浮力的作用, 主动利用地层能量举升, 减少泵在上下冲程过程的载荷, 减缓抽油杆偏磨现象, 达到节能高效的目的。
2.1 结构
包括光杆、油管、游动阀、柱塞、密封光杆、密封短节、固定阀、固定阀座。泵筒与上部油管相连, 固定阀座位于泵筒的顶部并相互连接。柱塞位于泵筒内部并能上下活动, 其顶部与密封光杆相连。游动阀坐在柱塞上并置于固定阀座的下方。
2.2 工作原理
活塞上行时, 地层原油进入活塞所让出的空间, 泵内压力继续升高, 当泵内压力超过油管内液柱压力时, 固定阀打开尔, 游动阀尔关闭, 油管内液面不断上升, 油流进入出油管线。活塞下行时, 活塞所让出体积变大, 泵筒内体积大, 压力变小, 当压力小于环形空间液柱压力时, 导致固定阀尔打开, 游动阀尔关闭, 流油进入泵筒。
2.3 技术特点分析
以实例进行分析, 假设一口井泵挂深度1700m, 原油密度0.8g/cm3, 沉没度200m, 柱塞直径38mm, 杆柱直径25mm, 活塞直径56mm。则S38柱=11.34cm2, S25杆=4.91cm2, S56活=24.63cm2, P液=136kg/cm2, P沉=16kg/cm2, 将常规抽油泵和节能抽油泵在正常工作时, 泵的受力情况进行对比。
(1) 降低下冲程阻力
高效节能泵下冲程阻力计算:
泵下端面阻力=S柱×P沉=G向上
泵液压反溃力= (S柱-S杆) ×P液=G向下
泵净阻力=G向上-G向下
G往下= (S38柱-S25杆) ×P液= (11.34-4.91) ×136=874kg
G往上=S38柱×P沉=11.34×16=181kg
G净阻=181-874=-693kg (主动下行)
常规泵下冲程阻力计算:
阻力=S杆×P液=G0
G0=S25杆×P液=4.91×136=648kg
通过计算表明, 节能高效泵能够有效降低下冲程载荷。
(2) 降低上冲程载荷
高效节能泵上冲程顶托力计算:
只有油套环形空间的液体作用在活塞上, 因此, F往上=S56活×P沉=24.63×16=394kg
常规泵上冲程顶脱力计算:F往上=0
通过计算表明, 节能高效泵能主动利用地层能量进行举升。
(3) 综合分析
计算沉没度在200m、400m、800m时, 下行阻力和顶托力的变化规律。
当沉没度200m, 对常规泵而言, G0=4.91×136=648kg, F往上=0
对节能泵而言, G净阻=-693kg (主动下行) , F往上=394kg
当沉没度400m, 对常规泵而言, G0=648kg, F往上=0
对节能泵而言, G净阻=-511kg (主动下行) , F往上=788kg
当沉没度800m, 对常规泵而言, G0=648kg, F往上=0
节能泵而言, G净阻=-150kg (主动下行) , F往上=1576kg
⑷技术特点
(1) 减缓抽油机井偏磨程度
有杆泵采油技术是油田生产常见的生产方式, 随着油田不断开采, 油田含水不断上升, 因杆管偏磨造成抽油机井检泵作业的井数呈逐年增加的趋势。抽油机井发生偏磨的主要原因是由于在下冲程过程中, 抽油杆产生弯曲变形造成的。主要是因为抽油泵在下冲程运动过程中, 受井内液体的作用, 产生一个阻碍抽油杆下行且方向向上的阻力, 使得抽油杆的下部受压, 使得中和点上移, 加剧抽油杆偏磨程度。
通过上述分析, 可以证明, 节能高效抽油泵在下冲程时, 可将常规抽油泵在下冲程时井内液体对抽油杆的阻力, 转化为使抽油杆能够自动下行的动力, 使抽油杆不受此阻力的影响, 大大减少了使抽油杆发生弯曲的阻力, 使抽油杆能够保持较好地伸长状态, 有效降低抽油杆的中和点, 达到较好的防偏磨效果。
(2) 有效降低系统举升能耗
通过与常规抽油泵计算对比分析发现, 节能高效抽油泵在上冲程时, 能够利用地层的能量, 提供一个向上的托举力, 在下冲程时, 能够额外产生一个使抽油杆上行的力。可见, 节能高效抽油泵能够有效降低机采系统举升载荷, 起到节能降耗的作用。
结论
该技术利用液压反馈原理可以降低下冲程阻力, 甚至使柱塞主动下行, 同时可降低上冲程载荷, 减少摩擦所消耗的能量, 达到节能效果。
该技术可始终保持抽油杆处于拉伸状态, 降低抽油杆中和点, 减缓抽油杆偏磨程度。
参考文献
节能高效抽油泵技术探讨 篇4
关键词：节能,高效,抽油泵
1 引言
抽油泵技术的优劣一定程度上制约和影响着油田开采的效率, 据有关资料显示, 目前我国油田的抽油系统中绝大多数采用的是常规的有杆抽油泵, 并且其比例在百分之九十以上, 所以常规有杆抽油泵技术在使用中的任何技术上的不足, 都会严重的影响我国目前油田的抽油和开采。常规有杆抽油泵的制动装置主要由固定阀尔和游动阀尔构成, 其使用特点和技术障碍主要表现为以下两个方面:
1.1 抽油泵在进行下冲程的时候, 整个油泵所受的前进阻力完
全来自于油管内的液体原油, 并且主要集中作用于杆柱上, 所以抽油杆在下行的过程中不可避免的会发生一定程度上的偏移或者弯曲, 从而出现同油管之间的严重的偏磨现象。抽油泵在下行的过程中遇到的来自管内液体的阻力越大, 偏磨现象就越严重, 极端的可导致抽油杆接头与油管接头之间的刮碰, 致使抽油杆直接断裂, 油管出现漏损。
1.2 抽油泵进行上冲程的时候, 其动力来源主要是电机的供应,
在下冲程的过程中形成巨大压力的油管内液体此时并没有发挥作用, 其上冲程的整个过程完全依靠电机的动力供应完成。
所以, 从其使用过程和工作原理中我们可以看到有杆抽油泵技术在使用过程中的能耗, 尤其是电能的消耗相对较高, 并且控制不当易发生抽油杆偏磨和油管的漏损现象, 这些故障一旦产生无疑是会严重影响抽油机系统的正常运行的。因此, 我们必须要探索一种节能高效的抽油泵技术来替代现有的有杆抽油泵技术。
2 节能高效抽油泵技术原理及特点
节能高效抽油泵的主要技术思路不同于常规的抽油泵之处在于, 节能高效抽油泵将固定阀尔设置在泵筒上部, 游动阀尔设置在泵同下部, 而不似常规抽油泵中的固定阀尔和游动阀尔均设置在泵筒上部的结构形式, 这样在抽油的过程中就可以充分利用油管环形空间液体浮力的作用以及地层能量举升的作用, 减少泵在上下冲程过程的载荷, 减缓抽油杆偏磨现象, 达到节能高效的目的。
2.1 节能高效抽油泵的结构
节能高效抽油泵同常规抽油泵的主要构成部件是相同的, 即都包括光杆、油管、游动阀、密封光杆、密封短节、固定阀、固定阀座几个部分, 二者的主要结构区别在于这些部件的组合形式。节能高效抽油泵中的泵筒与上部油管相连, 固定阀座位于泵筒的顶部并相互连接。柱塞位于泵筒内部并能上下活动, 其顶部与密封光杆相连。游动阀坐在柱塞上并置于固定阀座的下方。这种结构形式克服了常规抽油泵的阀尔固定的缺陷, 增加了柱塞, 使其能够随着抽油杆的上下抽动而灵活运动, 形成了油管内的相对封闭空间, 从而达到了在油液上升和下降的过程中充分利用荷载压力的效果和目的。
2.2 节能高效抽油泵的工作原理
2.2.1 活塞上行时, 会在管内形成一定的空间以供原油进入, 而
一旦地层原油进入活塞所让出的空间, 泵内压力就会继续升高, 当泵内压力超过油管内液柱压力时, 固定阀打开尔, 游动阀尔关闭, 油管内液面不断上升, 油流进入出油管线, 这样就有效避免了常规的有杆抽油泵在下冲程的时候有杆受到来自管内油液的压力而发生变形。
2.2.2 活塞下行时, 活塞所让出体积变大, 泵筒内体积大, 压力
变小, 当压力小于环形空间液柱压力时, 导致固定阀尔打开, 游动阀尔关闭, 流油进入泵筒, 这样也就利用了泵同内外的压力达到了自然流油的效果, 相对于常规的有杆抽油泵节省电机作用的步骤, 从而节约了能源, 降低了出油过程中的能耗。
2.3 节能高效抽油泵的技术特点
2.3.1 减缓抽油机井偏磨程度
上文中我们曾提到, 常规有杆泵采油技术是目前我国的油田生产中最常见的生产方式, 被普遍的应用于现有的油田开采中。但是随着油田开采量的增大, 油田中的含水量也不断的上升, 常规的有杆抽油泵在使用的过程中, 尤其是在下冲程的过程中因杆管偏磨造成的短杆和油管破裂现象逐年增加, 不仅给油泵的检修工作带来了不便, 还严重的影响和制约了抽油机系统的工作效率。而导致抽油机井发生偏磨的主要原因是由于在下冲程过程中, 抽油杆产生弯曲变形甚至断裂造成的。主要是因为抽油泵在下冲程运动过程中, 受井内液体的作用, 产生一个阻碍抽油杆下行且方向向上的阻力, 使得抽油杆的下部受压, 使得中和点上移, 加剧抽油杆偏磨程度。
通过上述分析我们发现如果消除或者转移抽油泵在下冲程的时候遇到的来自管内液体的阻力, 就可以避免这种现象的产生, 而通过对于节能高效抽油泵在下冲程的过程中的工作原理的阐述, 我们发现该技术实现了这一设想, 即将常规抽油泵在下冲程时井内液体对抽油杆的阻力, 转化为使抽油杆能够自动下行的动力, 使抽油杆不受此阻力的影响, 大大减少了使抽油杆发生弯曲的阻力, 使抽油杆能够保持较好地伸长状态, 有效降低抽油杆的中和点, 达到较好的防偏磨效果, 由此不仅降低了抽油杆发生弯曲和偏移乃至破损导致的故障, 还大大的提高了抽油泵的工作效率, 实现了抽油泵的高效作业。
2.3.2 有效降低系统举升能耗
通过上文中对于两种抽油泵的工作原理的阐述和对比可知, 节能高效抽油泵在上冲程时, 能够利用地层的能量, 提供一个向上的托举力, 在下冲程时, 能够额外产生一个使抽油杆上行的力, 避免了常规的抽油泵在上冲程中需要电机带动的问题, 也同时克服了常规抽油杆在下冲程中上行困难的问题, 实现了抽油泵在作业的过程中的降耗。
所以, 节能高效抽油泵相对于常规的抽油泵来讲, 能够有效降低系统中的举升载荷, 起到节能降耗的作用, 是一种更加适应油田抽油机系统的油泵技术。
结论
综上所述, 本文中通过对常规抽油泵技术的工作原理和使用特点的分析, 我们认识到了该技术在抽油过程中存在的一些不足和缺陷, 也认识到克服这些技术上的障碍必须要从降低下冲程阻力和降低上冲程载荷两个方面入手, 否则无法下冲程中的油杆前进困难和上冲程中的升油困难的现象。基于此, 文中笔者展开了对新型的节能高效抽油泵技术的探索和工作原理的探讨, 并证明了节能高效抽油泵成功的实现了在下冲程中减少油杆与油管之间的摩擦, 降低了上冲程中电机能耗, 达到预期的对常规抽油泵技术的改造的效果, 是一种兼具节约能耗和提升抽油效率的新技术。
所以, 通过文中笔者对该技术的探索, 认为节能高效抽油泵技术是一种更适应现代油田开采的抽油泵技术, 可以在油田含水增加的情况下实现更高效的抽油作业, 并且其减少了电机工作的步骤符合可持续发展所倡导的节能生产理念, 应该并且可以取代常规抽油泵技术广泛的应用于我国的油田开采中, 当然该技术处于起步阶段, 其细节并不完善, 还需要业内的科研人员和技术人员在实践中不断的进行摸索, 以实现该技术的早日应用, 为我国的油田事业的更好更快发展贡献自己的力量。
参考文献
抽油泵失效原因简析及应对措施 篇5
2011年1月—2012年12月抽油泵质量鉴定分类表1所示。
1.1 作业施工质量方面
由于现场条件和周围环境的限制, 不能保证下井管杆的清洁。同时由于控制成本, 部分老化的管杆还在继续使用, 地面部分泥土、砂粒、管杆壁上的铁锈、垢、死油等沉淀到固定阀上, 造成阀密封不严或堵塞阀球, 在活塞上下运动时造成活塞发卡不能正常抽油;某些泥质含量较高油井, 在抽油过程中, 出现周期性的固定阀堵塞, 需多次作业更换固定阀座。从现场取出来的固定阀看, 都有污物沉淀。如C11-10井, 2012年3月31日下总机厂D44mm×3.3m新泵, 未生产, 示功图反映为泵漏, 提出后鉴定发现泵筒和固定阀内被铁屑塞满, 致使阀球与阀座座封不严。近两年鉴定的87台抽油泵中, 43台属于此类情况, 只是铁屑、碎石块、胶皮、杂草、粘稠状死油块等污物不同。
1.2 地层因素影响
由于地层条件复杂, 地层出砂严重、产出液的高含水腐蚀性, 不同程度的造成泵筒、柱塞、球阀的磨损腐蚀, 使抽油泵失效。
1.3 抽油泵本身质量问题
目前泵筒本身质量问题主要是由材质与加工工艺引起, 导致固定凡尔刺漏、活塞上罩脱断、泄油器销子刺坏、柱塞与泵筒间隙变大。现就引起抽油泵失效占比重大的凡尔失效进行原因分析。
1.3.1 凡尔失效
(1) 热处理工艺的影响。
固定凡尔大都采用6Cr18Mo或9Cr18Mo材料制成。Cr在调制结构钢中的主要作用是提高淬透性, 使钢经淬火回火后具有较好的力学性能;而Mo在钢中能提高淬透性和热强性, 防止回火脆性。在热处理工艺中处理不当, 将会造成固定凡尔的刺漏。
(2) 液击和气蚀的影响。
在绝大多数情况下, 抽油泵达不到理想工况, 在上冲程过程中, 泵腔内液体未充满时, 泵腔顶部将出现低压气顶, 在下冲程过程中, 在活塞接触液体前游动阀处于关闭状态, 与液体接触的瞬间液压突然升高, 游动阀被打开, 出现负向液击现象;在下冲程向上冲程转换的瞬间, 游动阀由打开状态转换为关闭状态, 出现正向液击现象;同时在泵腔内出现低压气顶时, 液体被气化, 而下冲程泵阀被打开的瞬间, 又出现高压状态, 气化的液体又被液化, 形成瞬时真空, 产生气蚀现象。在液击和气蚀的频繁作用下使固定凡尔和游动凡尔失效。
1.3.2 游动凡尔罩脱断
游动凡尔罩在理想状态下, 所受的力为抽油杆本身的重力和其向上的拉力、泵筒与活塞之间的摩擦力、液柱的惯性载荷等, 凡尔罩在受到外力的综合交替作用下, 形成了两个以凡尔罩为支点的力矩, 这两个力矩在每个冲次中交替出现, 加速了凡尔罩的疲劳破坏, 尤其在活塞下行程时, 凡尔打开的瞬间, 高速高压的液流冲击阀球, 由于液流速度的不均匀和其他原因引起的振动, 使阀球运动偏离阀座孔轴线, 碰撞球室侧壁, 在凡尔球的反复冲击下, 3条筋处的圆柱形内孔变成椭圆形, 3条筋的壁厚变薄, 造成凡尔罩断裂;同时由于力矩的存在, 使拉杆和凡尔罩的结合处从过盈配合转化或部分转化为间隙配合, 导致拉杆从凡尔罩上脱开。
由于检测设备缺乏, 目前对抽油泵失效的鉴定手段较单一, 通过目测发现鉴定泵的柱塞都有不同程度的划痕, 这主要是由出砂造成。普通泵柱塞的结构决定了砂子只进不出, 砂子聚积轻则刮伤柱塞和泵筒表面, 增加漏矢量, 重则发生卡泵事故。造成抽油泵失效还有工艺配套不合理、泵筒与柱塞副材料选配不当、井身结构等原因。
2 应对措施
2.1 重视作业施工质量
从固定凡尔堵塞来说, 在下管柱过程中要注重对井口的保护, 雨雪天气尤为注意;在完井后不能单纯试压, 要按规定大排量洗井;作业监督要全过程、全方面的跟踪监督, 保证按要求施工。
2.2 改善固定凡尔材质
用碳化钨钢硬质合金阀座替代6Cr18Mo或9Cr18Mo阀座, 其硬度和脆性较6Cr18Mo或9Cr18Mo都大, 液量高 (大于60t/d) 的井, 由于阀球与阀座的撞击力大, 使用碳化钨钢阀座, 会因脆性大而易被阀球撞坏, 导致泵阀漏失。目前产液量大于60t/d的井很少, 适合用其代替原来的不锈钢阀座, 现在防腐泵用的就是这种材质的阀座。经过实践证明效果显著, 在鉴定的27台因固定凡尔刺漏失效的抽油泵中仅有1台防腐泵阀座刺漏。
2.3 合理调整抽油机工作参数
对于液击和气蚀引起的固定凡尔失效, 应优化抽油机工作参数, 合理下调冲次, 以便提高充满程度, 从而降低对固定凡尔的影响。同时减少了阀球与阀座的撞击次数, 延长了其寿命。
2.4 因地层因素影响采取以下措施
(1) 对井下抽油泵的表面材料和表面强化工艺进行优选, 提高泵对高含水、强腐蚀、出砂严重等恶劣工作环境的适应性。
(2) 改进常规泵柱塞衬套副的结构, 采用易排砂的结构, 在柱塞上设置螺旋防砂槽和导砂孔, 提高防砂和排砂能力, 减少砂卡、刮伤柱塞和衬套的可能性。
(3) 根据油井区块出砂程度制定单井防砂措施, 利用化学固砂、复合防砂和高效防砂管等新工艺、新技术, 减少出砂, 改善井下设备的工作条件。
(4) 向含水高的井管柱中加缓蚀剂, 减轻对固定凡尔的腐蚀。建议采油厂开展单井缓蚀试验, 并对单井缓蚀与泵站集中缓蚀进行效益论证, 探索单井缓蚀的方法。
3 改进抽油泵的工具配套
3.1 防堵塞固定凡尔
固定凡尔分为旁通式和内口袋式, 分别适用于全井和分层生产。在管杆下井过程中, 上部沉淀物落到固定阀罩上, 通过环空沉淀到尾管内。在抽汲过程中, 柱塞做上下往复运动, 上冲程时活塞的游动阀关闭, 固定阀球开启。柱塞将泵上腔室液体排至泵上油管内, 同时, 井内液体在泵入口压差作用下经旁通入口进入并充满泵下腔室, 下冲程时, 固定阀关闭, 游动阀开启, 泵下腔室的液体经游动阀转移到泵上腔室, 柱塞往复运动便将井液不断地抽汲到井口。尾管和丝堵构成泵的密封腔室, 必须保证其密封性。
3.2 活塞上罩改进
上述分析显示出油孔三条筋为上阀罩发生磨损断裂的最薄弱环节, 因此, 改变其受力状况的结构设计为最有效的解决方法, 针对活塞上罩强度低极易在凡尔球反复冲击下变形的缺点, 将凡尔球活动的球室与出油口分开, 加厚加长出油口处的管壁, 使凡尔球回落时间减少, 这样既保证活塞上罩的强度, 又提高了泵效。
3.3 泄油器的改进
多年来, 泄油器两端为公扣, 组装抽油泵时程序复杂, 密封点增加, 受油管接箍质量、密封胶性能等因素的影响, 使抽油泵密封性能下降。有时在地面试压不漏, 而在井下长期受地层压力、温度的影响下, 造成渗漏, 从而造成作业返工。为此对其进行了改进, 将公扣改为母扣, 一体式结构, 减少密封点两个, 从而简化了组装程序, 提高了质量。
3.4 柱塞的改进
在抽油作业中, 柱塞做上下往复运动。原油中一般富含砂粒或岩屑, 普通泵柱塞由于结构特点, 砂子只进不出, 砂子的聚集引起这对摩擦副局部严重磨损, 有时还会因磨损和发热发生胶合, 甚至出现卡泵现象。为了避免以上问题发生, 采用螺旋阀罩式和螺旋柱塞式两种单向间歇转动的旋转柱塞较为有效。
工作原理:
柱塞下冲程时, 固定阀关闭, 迫使泵筒内的原油通过柱塞上部的游动阀罩流出柱塞总成。由于阀罩的出油槽为螺旋形, 原油向上流动的速度在这些槽的上边缘分解出一水平分速度, 从而对阀罩产生转矩。螺旋柱塞通过上部柱塞的螺旋形出油槽, 对阀罩产生转矩。槽阀罩与柱塞为刚性连接, 当柱塞向下运动, 螺旋槽阀罩往外排油时, 柱塞与螺旋阀罩一起相对于泵筒转动, 转动方向与螺旋槽的旋向有关。柱塞在上冲程期间, 没有原油流经阀罩, 不产生转矩, 柱塞不转动。故在整个抽油过程中, 柱塞仅在下冲程期间间歇单向转动, 从而使泵筒与柱塞均匀磨损。
4 结论
自封式抽油泵结构设计 篇6
关键词：抽油泵,自封式,软弹性
0 引言
随着地下开采情况的日趋复杂化, 抽油泵的使用寿命也越来越短, 除了选用适合工况的特种抽油泵外, 增加常规抽油泵的检泵周期也是非常有必要的。因此, 如何解决柱塞-泵筒这一摩擦副的问题就成了关键。目前各油田普遍使用的管式抽油泵存在许多问题, 例如:检修作业困难, 柱塞与泵筒易磨损, 抽油杆与油管易发生偏磨, 泵筒与柱塞配合互换性差等。
1 常规抽油泵柱塞-泵筒运动副的配合选定
柱塞与泵筒运动副的选配和初始间隙的确定, 是抽油泵设计、制造和使用中的重要的技术问题之一。采用较大的间隙, 润滑性好, 摩擦阻力小, 但漏失量大, 容积效率低, 能量损失多。反之, 采用过小的间隙, 不仅提高了泵的造价, 还会破坏润滑性, 使柱塞和泵筒早期磨损, 降低泵效, 缩短使用周期, 甚至卡泵。泵的初始间隙选定后, 在使用过程中, 还要受油井温度、井下温度、油液的黏度、含砂量、腐蚀性等因素的影响, 改变其间隙的初始值, 所以泵的间隙值在工作过程中是一个变量。
2 自封式抽油泵的结构和工作原理分析
2.1 自封式抽油泵的工作原理
自封式抽油泵是在常规抽油泵的基础上改进而来的, 其由柱塞总成及固定阀总成两部分构成。其工作原理与常规泵的原理基本一致:地面动力经抽油杆传递到柱塞总成。上冲程时, 固定阀打开, 游动阀关闭, 油液进入到泵筒下部空间, 此时密封套被撑开, 上方油液进入油管并抽到地面。下冲程时, 游动阀打开, 固定阀关闭, 泵筒下部油液进入上部, 此时密封套恢复原状, 减少了与泵筒的摩擦。如此反复上述动作, 抽油泵完成抽油。
2.2 自封式抽油泵的结构
2.2.1 自封式抽油泵的整体结构
图1为自封式抽油泵的结构剖面示意图。泵由柱塞总成及固定阀总成两部分构成, 下井作业时, 在油管下部接筛管、泄液外管、固定阀锚套、固定阀座、油管 (小于上部油管尺寸) , 下入设计井深, 从井口在油管内投入固定阀中心阀组, 座于固定阀座。抽油杆下接柱塞总成, 当柱塞总成下至最下部油管时, 靠抽油杆及柱塞总成自重, 将固定阀中心阀组压入固定阀锚套, 锚定固定阀中心阀组。
2.2.2 自封式抽油泵的活塞总成结构
图2为自封式抽油泵的活塞总成。活塞的外壁为一锥形体, 其斜度为1∶30, 密封套用弹性材料制作。
1.上游动阀罩2.游动阀球3.游动阀座4.活塞滑套5.密封套6.活塞7.下游动阀罩8.支座管塞
3 结论
一种抽油泵收送车辆设计 篇7
抽油泵是有杆抽油系统中的主要设备, 通过抽油机、抽油杆传递的动力进行油井内液体的抽汲。在抽油泵装卸、运输过程中要小心轻放、不允许碰撞、掉落;严禁堆放及互相挤压, 以免弯曲变形;泵筒的护帽不允许损坏、丢失, 以防损害螺纹及砂、土、泥、水等物进入。因此, 正确、及时地用车辆把抽油泵运送到施工现场就非常重要。
2 目前存在的主要问题
目前, 国内各油田普遍采用的抽油泵运送车的结构为:底盘为东风 (尼桑、红岩) 加长货车, 车厢上铺钢板。钢板上设有若干固定抽油泵的轨道, 每个轨道有3~5组轴承座位支点, 各支点和支点上部的压紧钳配合, 成为一个固定点, 用来固定抬到泵车上的泵筒。
缺陷:遇到天气不好、井场 (夜间) 视线不好及现场人员少时, 泵的装卸非常费力;轴承座及压紧钳容易在泵装卸过程中被撞击变形、损坏;路途的颠簸容易损坏轴承支架。维护泵车固定装置占用了收送人员的很大精力。
3 新型滑道式车载装置设计方案
3.1 结构组成
抽油泵收送车辆及固定装置如图1, 压紧装置如图2。抽油泵收送装置主要由滑车4、滑道3、压紧装置组成, 如图3所示;压紧装置主要包括压板3、螺杆式立柱4、压紧压帽5等。
3.2 工作原理
整个抽油泵收送车的泵滑道呈“Z”字形;固定装置呈“∏”字形结构, 一端为轴套结构, 另一端为半开口式 (如图2所示) 。
(1) 装车时, 先将抽油泵的一端放到滑车4上, 滑车4在滑道3上缓缓前推移动, 如图3所示。移动过程中, 依靠前行力量抽油泵前端不断自行, 推开压紧装置的压板3 (若干个) , 如图2所示。
(2) 当抽油泵前端滑到“Z”字形折角处时, 抽油泵和滑车自然下落, 沉降后的滑车支撑高度和轨道支撑泵筒高度一致, 如图4所示。
1.滑道2.抽油泵3.压板4.螺杆式立柱5.压紧压帽
1.立柱2.抽油泵3.滑道4.滑车
(3) 固定装置压板3复位, 压紧螺帽5固定抽油泵, 如图5所示。卸车和装车动作相反, 松开压板后, 抬起后端, 拖动滑车和抽油泵外移。
4 结语
抽油泵收送车滑道采用单位废旧油管 (油田各采油厂常见) 焊接, 结构紧固、抗撞击力强, 既节约了成本, 又适合夜间视线不好时井场装车;滑轮小车轻便运行, 减少了装车时的摩擦阻力, 降低了收送人员的劳动强度;把泵体运送到指定位置后自然沉降, 增加了泵筒和滑道的接触面积, 使泵筒的夹紧更加稳固;夹紧机构采用侧开式压板, 螺杆夹紧, 操作简单, 维修方便, 大大减少了后期的维修成本费用, 仅此一项, 每年直接材料费用就节约9万余元。
该型抽油泵收送车辆使用起来简单易行, 可操作性强, 和作业现场使用环境非常吻合, 适合于国内各油田抽油泵修复单位学习和借鉴。
摘要：抽油泵在送到作业现场过程中受损、收送人员的劳动强度大等问题, 一直是国内各油田抽油泵修复单位探讨解决的技术难题。文中根据多年现场使用经验, 采用滑道式车载装置, 具有抽油泵质量无损、收送便捷、费用经济的特点, 值得大力推广应用。