影響有桿抽油泵泵效因素及防治措施

1、影響有桿抽油泵泵效因素及防治措施學(xué)號：0803030103姓名：徐貴萍摘要：經(jīng)過這一段時間的學(xué)習(xí)，使我在原有的基礎(chǔ)上對有桿采油又有了進(jìn)一步的了解， 為了在以后的學(xué)習(xí)中，能夠掌握更多這一方面的知識，所以我除了在老師的講解下指導(dǎo)了一 些，另外，我又在網(wǎng)上查了一些資料，看來一些書，到圖書館看了一些相關(guān)的書籍等，最后 終于讓我知道了有桿抽油泵泵效的的大致內(nèi)容！關(guān)鍵詞：有桿泵；泵效；有桿泵采油；漏失；沖程前言：有桿泵采油是指抽油機(jī)通過下入井中的抽油桿，帶動井下抽油泵的活塞做上下往 復(fù)運(yùn)動，把油抽汲到地面的人工舉升采油方法。這種方法用量最多，大約占世界人工舉升采 油總井?dāng)?shù)的80%90%。影響泵效的原因是多

2、方面的,它與泵的結(jié)構(gòu)、加工精度、油井狀 況以及地面設(shè)備有關(guān)。但是即使在這樣的情況下，我們還是想出了許多的防治措施！一有桿泵采油有桿泵采油是指抽油機(jī)通過下入井中的抽油桿，帶動井下抽油泵的活塞做上下往復(fù)運(yùn) 動，把油抽汲到地面的人工舉升采油方法。這種方法用量最多，大約占世界人工舉升采油總 井?dāng)?shù)的80%90%。有桿泵采油包括游梁式有桿泵采油和地面驅(qū)動螺桿泵采油兩種方法。其中游梁式有桿泵 采油方法以其結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)和壽命長等特點(diǎn)，成為目前最主要的機(jī)械采油方法。有桿 抽油桿作為將地面能量傳遞到井下抽油泵的紐帶，是有桿抽油系統(tǒng)中重要的一環(huán).近年來，國 內(nèi)定向井和水平井?dāng)?shù)量不斷增加，老油田油井含水不斷上升

3、，油井桿管偏磨成為油井正常生產(chǎn) 的重要影響因素.為了減輕油井偏磨，扶正器的應(yīng)用越來越廣泛.安裝扶正器后抽油桿柱的力 學(xué)狀況將更為復(fù)雜,為了提高桿柱、扶正器設(shè)計(jì)的合理性和有桿抽油系統(tǒng)診斷的準(zhǔn)確性，有必 要研究有桿抽油系統(tǒng)的三維動力學(xué)模型.針對有桿抽油系統(tǒng)的特點(diǎn),引入非線性剛度矩陣和 動力間隙元理論，建立了考慮扶正器影響的有桿抽油系統(tǒng)桿柱力學(xué)模型.研究了力學(xué)模型的雙 重迭代解法,基于新模型建立了桿柱組合和扶正器的新設(shè)計(jì)方法,最后研究了示功圖的頻譜識 別方法.主要內(nèi)容包括:a.建立了裝有扶正器的有桿抽油系統(tǒng)的三維有限元動力學(xué)模型.新模型 考慮了非線性因素對于剛度矩陣的影響,用非線性的應(yīng)變矩陣代替線性

4、的剛度矩陣，完善了模 型,更為準(zhǔn)確地描述了桿柱力學(xué)狀況.為了防止細(xì)長桿缺乏約束或桿管發(fā)生碰撞導(dǎo)致剛度矩陣 出現(xiàn)奇異性,本文引入了動力間隙元方法，構(gòu)建了一套抽油桿柱三維有限元-動力間隙元耦合 動力學(xué)模型.b.將有限元-邊界元模型與抽油桿柱的實(shí)際工況特點(diǎn)相結(jié)合，以Newmark方法為 出發(fā)點(diǎn)，研究了抽油桿柱動力學(xué)有限元模型的時域-空域雙重迭代求解方法，提高了求解的速 度和準(zhǔn)確性.c.在新建的有桿抽油系統(tǒng)三維有限元動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合擬靜態(tài)的抽油桿 柱力學(xué)模型，給出了抽油桿柱組合和扶正器的設(shè)計(jì)方法.根據(jù)研究出的方法步驟編制了應(yīng)用設(shè) 計(jì)軟件，在油田進(jìn)行了試用，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性. d.針對當(dāng)前示功

5、圖識別技術(shù)中存在的特征 參數(shù)不盡合理的問題，通過頻譜分析方法找出了能反應(yīng)典型工況差別的示功圖特征參數(shù)，分析 了各種示功圖的頻譜特征的影響因素，得到了各種典型示功圖的頻譜信號特征.根據(jù)模糊數(shù)學(xué) 理論建立了示功圖識別新方法.根據(jù)此方法編寫了軟件,并在油田進(jìn)行了試用。二泵的工作原理抽油泵主要由泵筒、柱塞、固定閥和游動閥四部分組成。泵筒即為缸套，其內(nèi)裝有帶游 動閥的柱塞。柱塞與泵筒形成密封，用于從泵簡內(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。游動閥為泵的排出閥，它隨柱塞運(yùn)動。柱塞上下 運(yùn)動一次稱一個沖程，也稱一個抽汲周期，其間完成泵進(jìn)液和排液的過程所示。上沖程抽油桿

6、柱向上拉動柱塞，柱塞上的游動閥受油管內(nèi)液柱壓力而關(guān)閉。此時，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，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。下沖程抽油桿柱帶動柱塞向下運(yùn)動。柱塞壓縮固定閥和游動閥之間的液體：當(dāng)泵內(nèi)壓力增加到 大于泵沉沒壓力時，固定閥先關(guān)閉，

7、當(dāng)泵內(nèi)壓力增加到大于柱塞以上液體壓力時，游動閥被 頂開，柱塞下面的液體通過游動閥進(jìn)入柱塞上部，使泵排出液體。由于有相當(dāng)于沖程長度的 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。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。三泵效及影響因素通常說的泵效(或叫排量系數(shù))，實(shí)際上是泵實(shí)際排量實(shí)與理論排量理的比值。除連 抽帶噴的井外，一般來說泵的實(shí)際排量都小于它的理論排量。實(shí)際排量受多種因素影響，其主 要有抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮；氣體和充不滿的影響；漏失三方

8、面的影響。抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮，將減小活塞沖程，因而降低泵效。抽油桿柱和油管柱的 彈性伸縮量越大，活塞沖程與光桿沖程的差別也就越大，泵效也就越低。抽油桿柱所受的載 荷性質(zhì)不同，則伸縮變形的性質(zhì)與程度也不同。靜載荷對活塞沖程的影響當(dāng)驢頭開始上行時，由于抽油桿柱加載和油管柱卸載，使抽油桿柱伸長，油管柱縮短， 這期間活塞并未產(chǎn)生位移，從而使活塞沖程比光桿沖程減少，并且。當(dāng)變形結(jié)束后，活塞才開始與泵筒發(fā)生相對位移，吸入閥開始打開吸入液體，一直到上死點(diǎn)。 下沖程與上沖程的影響相同，使活塞沖程比光桿沖程減少。這種由于抽油桿柱與油管柱的 彈性伸縮使活塞沖程小于光桿沖程的值，稱

9、為沖程損失。慣性載荷對活塞沖程的影響懸點(diǎn)到達(dá)上死點(diǎn)時，抽油桿柱有向下的最大加速度和向上的最大慣性載荷，使抽油桿柱 帶動活塞比靜載荷作用時向上多移動一段距離；同樣，懸點(diǎn)到達(dá)下死點(diǎn)時使抽油桿柱帶動 活塞比靜載荷作用時向下多移動一段距離。這樣，使活塞沖程比只有靜載荷作用時要增加。 盡管慣性載荷作用引起的抽油桿柱變形將使活塞沖程增大，有利于提高泵效，但增加慣性載 荷將會增加懸點(diǎn)的最大載荷、減小懸點(diǎn)的最小載荷，使抽油桿柱的受力條件變壞。因此，通 常不用增加慣性載荷(即快速抽汲)的辦法來增加活塞沖程。振動載荷對活塞沖程的影響理論分析和實(shí)驗(yàn)研究表明：抽油桿柱本身振動的位相在上、下沖程中幾乎是對稱的，即如果

10、在上沖程末抽油桿柱伸長，則在下沖程末抽油桿柱必然縮短；反之亦然。因此，不論是上沖 程還是下沖程，由抽油桿柱振動引起的伸縮對活塞沖程影響都是一致的。究竟是增加還是減 小，將取決于抽油桿柱自由振動與懸點(diǎn)擺動引起強(qiáng)迫振動的位相配合。對于深井，常常存在 著一個s和n配合的不利區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)提高沖次，反而會減小活塞沖程。氣體和充不滿的影響抽油泵的吸入口壓力常低于飽和壓力，因此總有氣體進(jìn)泵。氣體進(jìn)泵必然減少進(jìn)泵液體 的量，從而使得泵效降低。當(dāng)氣體影響嚴(yán)重時，由于氣體在泵內(nèi)的壓縮和膨脹，使得吸入閥 無法打開而抽不出油，這種現(xiàn)象稱為“氣鎖”。氣體對泵效的影響程度常用泵的充滿系數(shù)來 反映，充滿系數(shù)是指每沖次吸

11、入泵內(nèi)的原油（或液體）的體積與活塞讓出容積之比。充滿 系數(shù)表示泵在工作過程中被液體充滿的程度。充滿程度越高，泵效也越高。1） k值越小， 充滿系數(shù)值就越大。根據(jù)的定義，若要使值小則應(yīng)使盡量小或增大活塞沖程以提高。因 此，在保證活塞不撞擊固定閥的情況下，應(yīng)盡量減小防沖距，以減小余隙比.2）R值越小， 充滿系數(shù)值就越大。為了降低進(jìn)入泵內(nèi)的氣油比，可增加泵的沉沒度提高泵吸入口壓力，使 原油中的自由氣更多地溶于油中。也可以使用氣錨，使氣體在泵外分離，以防止和減少氣體 進(jìn)泵。若油層能量低或由于原油粘度高導(dǎo)致進(jìn)泵阻力過大，都將出現(xiàn)供油跟不上、油還未來 得及充滿泵筒而活塞已開始下行，即形成所謂的充不滿現(xiàn)象從

12、而降低泵效。對于這種情況， 一般可采取加深泵掛增大沉沒度，或選用合理的抽汲參數(shù)以及增產(chǎn)增注等措施，以適應(yīng)油層 的供油能力。對于稠油井，還可采取降粘措施。漏失的影響抽油泵在工作時，由于各種原因?qū)a(chǎn)生漏失，使泵效降低。影響泵效的漏失主要有：1）排出部分漏失：指活塞與襯套的間隙漏失和游動閥漏失，將減少泵內(nèi)排出的油量。2）吸入部分漏失：指固定閥漏失，它將會減少進(jìn)入泵內(nèi)的油量。3）其它部分漏失：由于油管絲扣、泵的連接部分及泄油器不嚴(yán)，都將降低泵效。四提高泵效的措施泵效的高低，是反映抽油設(shè)備利用率和管理水平的一個重要指標(biāo)。前面只就泵本身的工 作過程進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的措施，但是，泵效同油層條件有相當(dāng)

13、密切的關(guān)系，因此， 提高泵效的一個重要方面是要從油層著手，保證油層有足夠的供液能力。實(shí)踐證明，對于注水開發(fā)而采用有桿泵采油的油田，加強(qiáng)注水是保證油井高產(chǎn)量、高泵效生 產(chǎn)的根本措施，在一定的油層條件下，使泵的工作同油層條件相適應(yīng)是保證高泵效的前提。 對于井筒方面，提高泵效應(yīng)采取下述措施。選擇合理的工作方式選擇合理的工作方式來提高泵效的基本原則是：1）當(dāng)抽油機(jī)已選定，并且設(shè)備能力足夠大時，在保證產(chǎn)量的前提下，應(yīng)以獲得最高泵 效為基本出發(fā)點(diǎn)來調(diào)整抽汲參數(shù)。2）當(dāng)產(chǎn)量不限時，應(yīng)在設(shè)備條件允許的前提下，以獲得盡可能大的產(chǎn)量來提高泵效。 調(diào)整抽汲參數(shù)時，在保證、和的乘積不變（即理論排量一定）的條件下，雖然

14、可以任意調(diào) 整三個參數(shù)，但當(dāng)其組合不同時，沖程損失、氣體的影響及漏失的影響也不同。此外，對于 深井抽汲時，要充分注意振動載荷影響的和 配合不利區(qū)。使用油管錨如前如述，沖程損失是由于載荷變化所引起抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮造成的。使用油管 錨將油管下端固定，則可消除油管變形，從而減小沖程損失。合理利用氣體能量及減少氣體影響氣體對抽油井生產(chǎn)的影響隨油井條件的不同而不同。對剛由自噴轉(zhuǎn)為抽油的井，初期尚有一 定的自噴能力，可合理控制套管氣，利用氣體的能量來舉油，使油井連抽帶噴，從而提高油 井產(chǎn)量和泵效。實(shí)踐證明，對于一些不帶噴的抽油井進(jìn)行合理控制套管氣，可起到穩(wěn)定液面 和產(chǎn)量的作用，并可減少因脫氣而引起的原油粘度的增加。對于正常抽油的井，要想提高泵的充滿系數(shù)就必須減少進(jìn)泵的氣量，以降低泵內(nèi)氣油比。另 外，還可采取適當(dāng)增大沉沒度或安裝氣錨等措施。4確定合理的沉沒度，以降低泵口氣液比，減少進(jìn)泵氣量，從而提高泵的充滿程度。5改善泵的結(jié)構(gòu)，提高泵的抗磨、抗腐蝕性能，采取防砂、防腐蝕、防蠟及定期檢泵 等措施。五結(jié)論通過這次的作業(yè)，我真正的體會到了現(xiàn)代鉆井技術(shù)的復(fù)雜性，并不是每個人都可以完全 的理解老師上課所講的內(nèi)容的，更何況是課外的一些知識