活塞式抽油泵的初步設(shè)計(jì)

1、活塞式抽油泵的初步設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算活塞式抽油泵的初步設(shè)計(jì)蔡世民牛全宇隋子玉臧春燕（吉林油田公司采油工藝研究院） 李光沙麗王玉超（吉林油田公司第 三采油廠）（吉林油田公司新北采油廠）及由于油層出砂引起泵體嚴(yán) 重?fù)p壞和卡泵等事故，在汽車(chē)氣缸活塞密封結(jié)構(gòu)的啟發(fā)下， 初步設(shè)計(jì) 出靠活塞環(huán)組密封的新型活塞式抽油泵。 這種泵由泵筒和活塞兩部分 構(gòu)成，但所需配套泵倚的長(zhǎng)度可大大縮短?；钊獗砻骈_(kāi)有活塞槽， 槽內(nèi)配合有截面呈直角三角形的彈性鋼質(zhì)內(nèi)外活塞環(huán)組。外活塞環(huán)的上端面上有4個(gè)凸起塊，并采用特殊的開(kāi)口結(jié)構(gòu)，可 在保證密封性的同時(shí)自由調(diào)節(jié)其外徑；兩活塞環(huán)在下沖程時(shí)提供進(jìn)液 通道，上沖程時(shí)起密封作用?；钊匠橛捅?/p>

2、與傳統(tǒng)抽油系相比，進(jìn)泵 流體流動(dòng)阻力小，效率高，特別適用于稠油的舉升。主題詞活塞式抽油泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)目前，國(guó)內(nèi)外各大油田廣泛應(yīng) 用的柱塞式抽油泵，在使用過(guò)程中常常發(fā)生因柱塞、閥等嚴(yán)重磨損造 成的漏失現(xiàn)象，以及由于油層出砂引起泵體嚴(yán)重?fù)p壞和卡泵等事故。 這不但加大了井下維修作業(yè)的工作量，而且影響了油井的正常生產(chǎn)。 因此，迫切需要開(kāi)發(fā)出一種新式抽油泵。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中的活塞 W與柱塞式抽油泵中的柱塞工作方式極為 相似，抽油泵柱塞除工作環(huán)境比汽車(chē)活塞惡劣外， 其余各項(xiàng)參數(shù)均較 寬松，尚且目前汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞環(huán)密封技術(shù)已相當(dāng)成熟。 為了使抽油泵適應(yīng)氣、液、固三相共存的工作環(huán)境，對(duì)柱塞式抽油泵柱塞的結(jié) 構(gòu)進(jìn)

3、行了改造，初步設(shè)計(jì)出靠活塞環(huán)組密封的活塞式抽油泵。結(jié)構(gòu)及工作原理活塞式抽油泵由泵筒和活塞兩部分構(gòu)成。其結(jié)構(gòu) 示意圖見(jiàn)?；钊耐鈧?cè)面開(kāi)有矩形溝槽，即活塞槽，活塞槽內(nèi)配裝截 面為直角三角形的彈性鋼質(zhì)內(nèi)外活塞環(huán)組， 兩活塞環(huán)截面的底角a相 等。在不受力的情況下，內(nèi)環(huán)內(nèi)徑小于活塞槽的直徑，外環(huán)外徑大于 栗筒內(nèi)徑?；钊匠橛捅媒Y(jié)構(gòu)示意-活塞；2外活塞環(huán)；3-內(nèi)活塞環(huán)；4-泵 筒活塞環(huán)采用開(kāi)口結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的活塞環(huán)在保證密封性的同時(shí)， 可 自由調(diào)整其外徑，接口處為斜端面，以便于排出進(jìn)人其中的砂粒，使 活塞環(huán)不至于喪失收縮功能。裝配活塞環(huán)組時(shí)，首先將內(nèi)活塞環(huán)過(guò)盈 配合在活塞槽中，然后將外活塞環(huán)間隙配合在內(nèi)活

4、塞環(huán)的外面。外活塞環(huán)主要有上端面、內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面三個(gè)面。在它的上端面有4個(gè)凸 起塊，外側(cè)面有一矩形槽，主要起防砂作用，可容納進(jìn)人活塞環(huán)-菜筒間隙的砂子，減少砂子劃傷泵筒和卡泵，延長(zhǎng)泵的使用壽命。兩個(gè) 活塞環(huán)在下沖程提供進(jìn)液通道，而在上沖程起密封作用，將油流舉升 至井口。外活塞環(huán)的外形見(jiàn)。目前，活塞式抽油泵還處在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階 段，下一步準(zhǔn)備進(jìn)行室內(nèi)結(jié)構(gòu)模擬試驗(yàn)，然后再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終 推廣應(yīng)用。上沖程在上沖程過(guò)程中，外活塞環(huán)主要受4個(gè)力作用（如所示）： 上端面受上覆液體的壓力 P、內(nèi)側(cè)面受內(nèi)活塞環(huán)的支持力 7V、外側(cè) 面受泵筒的擠壓力F及摩擦力/.由于JVsina得出A泵掛泵掛深度，m; S 外

5、活塞環(huán)上端面面積，m2; a 活塞環(huán)底角，（° ; k-外活 塞環(huán)與栗筒間的摩擦系數(shù)。當(dāng)活塞在抽油桿的拉力作用下向上運(yùn)行時(shí)， 外活塞環(huán)受到上覆流 體的壓力P和向下摩擦力/的共同作用。為了平衡這兩個(gè)向下的力， 內(nèi)活塞環(huán)給外活塞環(huán)以支持力 W的作用，這個(gè)力分解的一個(gè)水平向 外的分力（AT sincO使外活塞環(huán)與栗筒間的摩擦力/進(jìn)一步加大，從 而使活塞環(huán)所受向下的合力（P+/）加大，反過(guò)來(lái)，又使其所受支持 力W加大，同時(shí)導(dǎo)致其水平向外的分力（iVsina）進(jìn)一步加大，最終 使得活塞與活塞環(huán)之間達(dá)到非常緊密的密封。，以適應(yīng)不同類(lèi)型的井。 如易出砂井，就可使用配合a較小的活塞環(huán)組的泵進(jìn)行開(kāi)采，

6、以延長(zhǎng) 泵的使用壽命。外活塞環(huán)上沖程受力分析下沖程當(dāng)活塞上沖程結(jié)束后開(kāi)始轉(zhuǎn)人 下沖程時(shí)，由于外活塞環(huán)與栗筒間存在摩擦，外活塞環(huán)會(huì)保持瞬時(shí)靜 止。當(dāng)活塞下行至外活塞環(huán)上端面 4個(gè)突起塊后，外活塞環(huán)就在活塞 的推動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)，泵下的流體會(huì)沿著兩活塞環(huán)間的縫隙， 以及活塞 和外活塞環(huán)凸起塊周?chē)目障哆M(jìn)人栗筒， 直至下沖程結(jié)束，然后轉(zhuǎn)入 上沖程，將流體舉升至井口。下沖程工作簡(jiǎn)圖如所示。因?yàn)榛钊匠?油泵采用環(huán)形進(jìn)液通道，孔道截面積大，當(dāng)通道徑向尺寸為3mm時(shí), 其最小面積可達(dá)282mm2，相當(dāng)于半徑為9.5mm圓孔的面積。與傳統(tǒng) 的抽油泵相比，進(jìn)泵的流體流動(dòng)阻力小，效率高，特別適用于稠油的 舉升。體密

7、度為95kg/m3,菜徑44mm,摩擦系數(shù)ft為0.02,外活塞環(huán) 內(nèi)徑30mm,外活塞環(huán)上端面面積 S為8.13x10 V2;代人，當(dāng)泵漏 失嚴(yán)重需檢泵作業(yè)時(shí)，只需更換活塞環(huán)即可。因此，采用活塞式抽油 栗可節(jié)約大量作業(yè)和維修費(fèi)用。制造成本低活塞式抽油泵的密封段只有活塞環(huán)部分，比原來(lái)的長(zhǎng) 柱塞短，在相同沖程情況下，泵筒長(zhǎng)度也可相應(yīng)縮短。此外，省去游 動(dòng)閥，避免了間隙引起漏失、閥打開(kāi)滯后等不良現(xiàn)象的發(fā)生，而且簡(jiǎn) 化了柱塞結(jié)構(gòu)，因而可大大降低生產(chǎn)成本。適用于高含氣、稠油及出砂油氣層的開(kāi)采活塞式抽油泵進(jìn)人下沖 程便可進(jìn)液，沒(méi)有滯后現(xiàn)象，同時(shí)也避免了傳統(tǒng)抽油泵氣鎖現(xiàn)象的發(fā) 生?；钊匠橛屠醪捎玫氖黔h(huán)形進(jìn)液通道， 比傳統(tǒng)抽油泵的進(jìn)液通道 大，進(jìn)液效率篼，特別適用于稠油開(kāi)采?；钊匠橛捅玫拿芊舛屋^傳 統(tǒng)抽油泵大大縮短，且有防砂槽，減小了砂卡的可能性，可在出砂井 中安全使用?；钊h(huán)密封組合可系列化針對(duì)不同類(lèi)型的井，可選用不同底角a的活塞環(huán)組合系列，以實(shí)現(xiàn)不同的密封效果，滿足生產(chǎn)的需要。改造成本低可在原有泵筒的基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)抽油泵柱塞改成成本 低廉的活塞-活塞環(huán)結(jié)構(gòu)，即改造成活塞式抽油泵。下泵過(guò)程