抽油泵基本原理及其管理技術(shù)

關(guān)于抽油泵基本原理及其管理技術(shù)第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四有桿泵無桿泵桿式泵電動(dòng)潛油離心泵水力活塞泵水力射流泵管式泵抽油泵是用于舉升油井內(nèi)液體的井下工具。抽油泵（一）抽油泵的基本類型和字母代號(hào)有桿泵采油系統(tǒng)無桿泵采油系統(tǒng)第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四典型的有桿采油系統(tǒng)

典型的有桿抽油裝置主要由三部分組成，如圖所示。一是地面驅(qū)動(dòng)設(shè)備即抽油機(jī)；二是安裝在油管柱下部的抽油泵；三是抽油桿柱，它把地面設(shè)備的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給井下抽油泵柱塞使其上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使油管柱中的液體增壓，將油層產(chǎn)液抽汲至地面。就整個(gè)有桿抽油生產(chǎn)系統(tǒng)而言，還包括供給流體的油層、用于懸掛抽油泵并作為舉升流體通道的油管柱、井下器具（油管錨、氣錨、砂錨等）、油套管環(huán)形空間及井口裝置等。

就常規(guī)有桿采油方式而言，抽油泵是其中最為復(fù)雜的井下工具，直接關(guān)系到油井的舉升效率第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四有桿抽油泵的基本類型和字母代號(hào)桿式泵具有內(nèi)外兩層工作筒，一般設(shè)計(jì)泵徑較小，泵排量較小。作業(yè)時(shí)，只需起出抽油桿就可將泵帶至地面進(jìn)行維修，一般用于液面較低，產(chǎn)量較小的深井管式泵泵筒直接接在油管下端，柱塞隨抽油桿下入泵筒內(nèi)，其只有柱塞和泵筒兩部分，對(duì)于油管的利用程度較高，一般泵徑較大，排量較大，適用于供液能力較高、產(chǎn)量較高的乾、中深抽井。第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四基本型式公稱直徑mm柱塞長(zhǎng)度系列m加長(zhǎng)短節(jié)長(zhǎng)度m聯(lián)接油管外徑mm沖程長(zhǎng)度范圍mm泵常數(shù)m3/d連接抽油桿直徑mmⅠ系列Ⅱ系列桿式泵3231.750.60.91.21.51.82.10.30.60.948.3,60.31.2-61.140163838.1060.3,73.01.2-61.642194444.4573.01.2-62.2351950.8073.01.2-62.919195657.1588.91.2-63.694196363.5088.91.2-64.56022管式泵3231.750.60.91.21.50.30.60.960.3,73.00.6-61.140163838.1060.3,73.00.6-61.642164444.4560.3,73.00.6-62.2351645.245657.1573.00.6-63.694197069.8588.190.6-65.518228382.55101.61.2-67.707229595.25114.31.2-610.26125抽油泵的基本參數(shù)第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四標(biāo)稱直徑：理論上應(yīng)該達(dá)到的值，一般在理想狀況下才能達(dá)到，實(shí)際加工過程中，受一系列主觀或客觀因素的影響，實(shí)際上是很難達(dá)到的。也可以指產(chǎn)品上標(biāo)明的有關(guān)產(chǎn)品性能和質(zhì)量要素支承總成：一系列零件組成的用于支承泵筒的整體。管式泵沒有支承總成。桿式泵分頂部固定和底部固定?？偝煽煞謾C(jī)械式和皮碗式（了解）。（二）抽油泵的命名規(guī)則和常用代號(hào)第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四標(biāo)稱油管外徑泵筒類型R—桿式泵T—管式泵H—金屬柱塞厚壁泵筒W—金屬柱塞薄壁泵筒S—軟密封柱塞薄壁泵筒X—金屬柱塞薄壁泵筒，薄壁形螺紋構(gòu)形A—頂部固定B—底部固定T—底部動(dòng)筒C—皮碗式M—機(jī)械式標(biāo)稱泵筒長(zhǎng)度標(biāo)稱柱塞長(zhǎng)度標(biāo)稱上部加長(zhǎng)短節(jié)長(zhǎng)度標(biāo)稱下部加長(zhǎng)短節(jié)長(zhǎng)度標(biāo)稱泵徑泵的類型支承總成位置支承總成類型

一臺(tái)公稱直徑為32mm，厚壁泵筒長(zhǎng)為3m，上部加長(zhǎng)短節(jié)0.6m，下部加長(zhǎng)短節(jié)0.6m，柱塞長(zhǎng)1.2m，底部皮碗支承總成固定，在Φ60mm油管中工作的抽油泵第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四CYB56TH4.8-1.2F管式泵金屬柱塞厚壁泵筒公稱直徑56mm標(biāo)稱泵筒長(zhǎng)度，m標(biāo)稱柱塞長(zhǎng)度，mSY5059-85標(biāo)準(zhǔn)：

我廠沿用的是85年的石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中抽油泵的命名原則或2009年的石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)組合泵筒的命名要求，并且進(jìn)行了一定程度的簡(jiǎn)化第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四三、抽油泵的結(jié)構(gòu)和基本原理A-管式泵B-桿式泵抽油泵結(jié)構(gòu)示意圖6-固定閥1-油管2-錐形鎖扣3-活塞4-游動(dòng)閥5-工作筒

抽油泵主要由泵筒、柱塞、固定閥和游動(dòng)閥四部分組成。泵筒即為缸套，其內(nèi)裝有帶游動(dòng)閥的柱塞。柱塞與泵筒形成密封，用于從泵簡(jiǎn)內(nèi)排出液體。固定閥為泵的吸入閥，一般為球座型單流閥，抽油過程中該閥位置固定。游動(dòng)閥為泵的排出閥，它隨柱塞運(yùn)動(dòng)。

柱塞上下運(yùn)動(dòng)一次稱一個(gè)沖程，也稱一個(gè)抽汲周期，其間完成泵進(jìn)液和排液的過程。

1、抽油泵的基本結(jié)構(gòu)第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四油管接箍上部加長(zhǎng)短節(jié)密封接頭泵筒接箍厚壁泵筒泵筒接箍油管接箍下部加長(zhǎng)短節(jié)泵筒柱塞第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四柱塞示意圖

柱塞有帶防砂槽、不帶防砂槽（光桿柱塞）兩種，APISPEC11AX規(guī)范為不帶防砂槽。帶防砂槽無防砂槽第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四（1）上沖程

抽油桿柱向上拉動(dòng)柱塞，柱塞上的游動(dòng)閥受油管內(nèi)液柱壓力而關(guān)閉。此時(shí)，柱塞下面的下泵腔容積增大，泵內(nèi)壓力降低，固定閥在其上下壓差作用下打開，原油吸入泵內(nèi)。與此同時(shí)，如果油管內(nèi)已逐漸被液體所充滿，柱塞上面的液體沿油管排到地面。原來作用在固定閥上的油管內(nèi)液柱重力將從油管轉(zhuǎn)移到柱塞上，從而引起抽油桿柱的伸長(zhǎng)和油管柱縮短。抽油機(jī)驢頭上承受的靜載荷為抽油桿柱重量與柱塞以上的液柱重量之和。所以，上沖程是泵內(nèi)吸入液體，而井口排出液體的過程。造成吸液進(jìn)泵的條件是泵內(nèi)壓力（吸入壓力）低于沉沒壓力。

（2）下沖程

抽油桿柱帶動(dòng)柱塞向下運(yùn)動(dòng)。柱塞壓縮固定閥和游動(dòng)閥之間的液體：當(dāng)泵內(nèi)壓力增加到大于泵沉沒壓力時(shí)，固定閥先關(guān)閉，當(dāng)泵內(nèi)壓力增加到大于柱塞以上液體壓力時(shí)，游動(dòng)閥被頂開，柱塞下面的液體通過游動(dòng)閥進(jìn)入柱塞上部，使泵排出液體。由于有相當(dāng)于沖程長(zhǎng)度的一段光桿從井外進(jìn)入油管，將排擠出相當(dāng)于這段光桿體積的液體。原來作用在柱塞以上的液體重力轉(zhuǎn)移到固定閥上，因此引起抽油桿柱的縮短和油管的伸長(zhǎng)。所以，下沖程是泵向油管內(nèi)排液的過程，造成泵排出液體的條件是泵內(nèi)壓力高于柱塞以上的液柱壓力。

2、抽油泵的工作原理第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四3、抽稠泵的基本原理F油F套

套裝式抽稠泵由兩臺(tái)泵（大泵和小泵）組成。使用套裝式抽稠泵，在下行程時(shí)，由于套管壓力低于抽油泵的壓力，因此，柱塞泵筒上端壓力高于下端壓力，這個(gè)壓力差作用下產(chǎn)生向下的反饋力，克服稠油對(duì)抽油桿下行的磨擦阻力，使柱塞泵筒下行。CYB56/44TH1.2-5.7F第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四a、結(jié)構(gòu)緊湊、長(zhǎng)度短，便于使用和運(yùn)輸，同時(shí)也適合下至井眼曲率較大的井段.b、柱塞不入泵筒時(shí)，可實(shí)現(xiàn)正反洗井，減少?zèng)_砂作業(yè)工序，可實(shí)現(xiàn)注汽采油一次管柱c、具有一定的攜砂功能，適用于出砂稠油井生產(chǎn).a、容易卡泵：套裝式抽稠泵在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于由大泵內(nèi)套裝一小泵，這樣同普通管式泵相比，活塞與泵筒存在兩個(gè)密封面，如果在作業(yè)過程中井筒內(nèi)有雜物或是油管內(nèi)壁刺洗不干凈，易造成泵不能正常工作b、反饋力受動(dòng)液面影響大：當(dāng)動(dòng)液面回升后，反饋力成比例減少，導(dǎo)致液面回升后光桿下行困難。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：抽稠泵有較大的漏失量，且無固定閥組，因此下泵時(shí)不試壓第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四1、抽油泵泵筒硬化方式有鍍鉻、滲碳兩種；泵筒最大長(zhǎng)度10.5米；泵筒壁厚有6.35mm（常規(guī)）、8mm（加厚）兩種。鍍鉻硬度HRC66—72，厚度0.08mm；滲碳硬度HRC58—66，厚度0.6—1.0mm。2、柱塞硬化方式為合金粉噴焊、鍍鉻；常規(guī)柱塞密封段長(zhǎng)度1220mm；可以根據(jù)油井井況制造密封段長(zhǎng)度為610mm、915mm、1525、1830mm的柱塞；生產(chǎn)的長(zhǎng)柱塞最大長(zhǎng)度為8000mm。3、抽油泵閥副有五種材料：

高鉻不銹鋼（常規(guī)）硬質(zhì)合金（比重大、綜合性能優(yōu)良）陶瓷（耐腐蝕性好、無磁）司太立合金（國(guó)外常用）

可以根據(jù)要求進(jìn)行配置。（四）抽油泵組件的相關(guān)性能第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四

根據(jù)美國(guó)OILWELL公司的理論：柱塞與泵筒為非接觸式往復(fù)運(yùn)動(dòng)的間隙密封，雖會(huì)產(chǎn)生一定的漏失量，但能夠起到潤(rùn)滑和冷卻的作用；在大多數(shù)情況下，2-5%的漏失會(huì)達(dá)到較好的潤(rùn)滑作用。通過天津大學(xué)進(jìn)行的柱塞與泵筒的摩擦試驗(yàn)知道：干摩擦的磨損量是濕摩擦磨損量的3倍以上。漏失可延長(zhǎng)柱塞泵筒摩擦副的磨損的壽命。（API規(guī)范中沒有強(qiáng)制規(guī)定）4、漏失間隙第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四5、試壓要求（1）室內(nèi)試壓（1）現(xiàn)場(chǎng)試壓

最小壓力大于5Mpa，一般試壓8Mpa-10Mpa，穩(wěn)壓5min壓力沒有明顯下降（一般定為≤0.5Mpa）第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四（五）影響泵效的因素1、抽油泵的漏失、閥副關(guān)閉滯后造成的損失（2）井斜較大，泵斜置（1）抽油泵本身存在一定的漏失（3）泵筒內(nèi)存在異物，泵質(zhì)量問題造成的凡爾球跳高較高第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四2、上下沖程時(shí)，抽油桿柱伸長(zhǎng)或壓縮造成的沖程損失（1）抽油桿本身的材料力學(xué)性能（2）沖次過大造成的慣性載荷（3）原油粘度、井斜等造成的抽油桿行程滯后于抽油機(jī)行程產(chǎn)生的損失（4）下沖程時(shí)，抽油泵泵腔產(chǎn)生的高壓對(duì)抽油桿柱造成壓縮或彎曲變形造成的沖程損失，油管承受液柱重量產(chǎn)生伸長(zhǎng)造成的沖程損失第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四3、由于含氣、沉沒度低等造成的泵筒未充滿（1）氣大時(shí)擠壓泵筒容積或造成氣鎖（2）沉沒度較低時(shí)泵筒進(jìn)液不充分（3）泵筒、閥球、閥座磨損、腐蝕第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四（六）提高泵效的措施

（1）采用長(zhǎng)沖程、低沖次的工作制度：有利于泵筒充滿原油，減少?zèng)_程損失所占的比例。

（2）對(duì)于深井應(yīng)進(jìn)行油管錨定，含氣油井使用氣錨，稠油油井采取降粘措施。

（3）合理優(yōu)化設(shè)計(jì)抽油桿桿柱組合。

（4）合理選擇泵徑，選用適宜油井狀況的抽油泵。

（5）合理設(shè)計(jì)泵掛深度。

（6）合理調(diào)節(jié)防沖距。第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四

抽油泵工作狀況的好壞，直接影響抽油井的系統(tǒng)效率，因此，需要經(jīng)常進(jìn)行分析，以采取相應(yīng)的措施。

分析依據(jù)：地面實(shí)測(cè)示功圖。

示功圖：懸點(diǎn)載荷同懸點(diǎn)位移之間的關(guān)系曲線圖，它實(shí)際上直接反映的是光桿的工作情況，因此又稱為光桿示功圖或地面示功圖。實(shí)際井將受泵制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量，以及砂、蠟、水、氣、稠油和腐蝕等多種因素的影響，所以，實(shí)測(cè)示功圖的形狀很不規(guī)則，需對(duì)照理論示功圖分析。

漏失的影響與漏失程度、運(yùn)動(dòng)過程以及抽汲速度有關(guān)。即：漏失越嚴(yán)重，對(duì)示功圖影響越大；（七）典型漏失示功圖第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四（1）排出部分漏失（只發(fā)生在上沖程）

1）上沖程：排除閥座封不嚴(yán)，活塞與襯套間隙，使活塞上部液體漏到活塞下部的工作筒內(nèi)，漏失量隨泵內(nèi)壓力的減少而增大，因漏失液體對(duì)活塞有向上的“頂托”作用，所以懸點(diǎn)載荷不能及時(shí)上升到最大值（油B—B’）,使加載緩慢。2）上后半沖程：活塞上行速度減慢，在C’點(diǎn)，又出現(xiàn)了漏失液體的“頂托”作用，使懸點(diǎn)負(fù)荷提前卸載，到上死點(diǎn)時(shí)，懸點(diǎn)載荷已降至C’’點(diǎn)。有效行程S=B’C’3)當(dāng)漏失量很大時(shí)，由于漏失液體對(duì)活塞的“頂托”作用很大，上沖程載荷遠(yuǎn)低于最大載荷AC’’，使吸入閥始終關(guān)閉，泵排量為0。第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四（2）吸入部分漏失（只發(fā)生在下沖程）

下沖程開始后，由于吸入閥漏失使泵內(nèi)壓力不能及時(shí)提高，延緩了卸載過程，同時(shí)，使排出閥不能及時(shí)打開。吸入部分漏失造成排出閥打開滯后DD’和提前關(guān)閉A’A。第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四

游動(dòng)凡爾漏、固定凡爾漏在生產(chǎn)動(dòng)態(tài)．表現(xiàn)為產(chǎn)液量逐漸下降，動(dòng)液面緩慢上升，井口憋壓壓力上升緩慢，停抽后壓力可以穩(wěn)住。游動(dòng)凡爾漏的示功圖第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四（八）抽油泵故障排除與維護(hù)保養(yǎng)1、液擊常見的影響泵正常工作的因素只要有液擊和氣體

井下抽油泵在上沖程中，當(dāng)泵腔未被液體完全充滿時(shí)，泵腔頂部會(huì)出現(xiàn)低氣壓頂，隨后在下沖程中，游動(dòng)閥一直處于關(guān)閉狀態(tài)，直至與液體接觸時(shí)的一瞬間液壓突然升高，閥被打開為止。

原因（1）供液不足；（2）泵進(jìn)液孔局部堵塞，動(dòng)液面上升，泵排量下降

措施（1）供液不足—合理工作制度；（2）泵進(jìn)液孔局部堵塞—洗井或檢泵

第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期四2、氣體

井下游離氣進(jìn)入泵筒或上沖程時(shí)吸進(jìn)液在泵的入口處油氣分離所產(chǎn)生的氣體進(jìn)入泵筒，影響泵的充滿程度。當(dāng)泵腔充滿氣體時(shí)便會(huì)產(chǎn)生氣鎖現(xiàn)象，導(dǎo)致氣體反復(fù)壓縮與膨脹，固定閥與游動(dòng)閥均失去作用，油井不出液。

原因（1）氣體進(jìn)入泵筒；（2）氣體充滿泵筒

；（3）抽油泵余隙內(nèi)存有部分“死油”

措施（1）沉沒度加大，使泵進(jìn)口壓力增大；（2）減小防沖距，通過碰泵等措施擠壓氣體