抽油泵基本原理及其管理技術

關于抽油泵基本原理及其管理技術第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一有桿泵無桿泵桿式泵電動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液體的井下工具。抽油泵（一）抽油泵的基本類型和字母代號有桿泵采油系統無桿泵采油系統第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一典型的有桿采油系統

典型的有桿抽油裝置主要由三部分組成，如圖所示。一是地面驅動設備即抽油機；二是安裝在油管柱下部的抽油泵；三是抽油桿柱，它把地面設備的運動和動力傳遞給井下抽油泵柱塞使其上下往復運動，使油管柱中的液體增壓，將油層產液抽汲至地面。就整個有桿抽油生產系統而言，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雜的井下工具，直接關系到油井的舉升效率第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一有桿抽油泵的基本類型和字母代號桿式泵具有內外兩層工作筒，一般設計泵徑較小，泵排量較小。作業(yè)時，只需起出抽油桿就可將泵帶至地面進行維修，一般用于液面較低，產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，其只有柱塞和泵筒兩部分，對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、產量較高的乾、中深抽井。第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一基本型式公稱直徑mm柱塞長度系列m加長短節(jié)長度m聯接油管外徑mm沖程長度范圍mm泵常數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抽油泵的基本參數第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一標稱直徑：理論上應該達到的值，一般在理想狀況下才能達到，實際加工過程中，受一系列主觀或客觀因素的影響，實際上是很難達到的。也可以指產品上標明的有關產品性能和質量要素支承總成：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械式和皮碗式（了解）。（二）抽油泵的命名規(guī)則和常用代號第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一標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，薄壁形螺紋構形A—頂部固定B—底部固定T—底部動筒C—皮碗式M—機械式標稱泵筒長度標稱柱塞長度標稱上部加長短節(jié)長度標稱下部加長短節(jié)長度標稱泵徑泵的類型支承總成位置支承總成類型

一臺公稱直徑為32mm，厚壁泵筒長為3m，上部加長短節(jié)0.6m，下部加長短節(jié)0.6m，柱塞長1.2m，底部皮碗支承總成固定，在Φ60mm油管中工作的抽油泵第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一CYB56TH4.8-1.2F管式泵金屬柱塞厚壁泵筒公稱直徑56mm標稱泵筒長度，m標稱柱塞長度，mSY5059-85標準：

我廠沿用的是85年的石油行業(yè)標準中抽油泵的命名原則或2009年的石油行業(yè)標準中對組合泵筒的命名要求，并且進行了一定程度的簡化第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一三、抽油泵的結構和基本原理A-管式泵B-桿式泵抽油泵結構示意圖6-固定閥1-油管2-錐形鎖扣3-活塞4-游動閥5-工作筒

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，其內裝有帶游動閥的柱塞。柱塞與泵筒形成密封，用于從泵簡內排出液體。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，它隨柱塞運動。

柱塞上下運動一次稱一個沖程，也稱一個抽汲周期，其間完成泵進液和排液的過程。

1、抽油泵的基本結構第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一油管接箍上部加長短節(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短節(jié)泵筒柱塞第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一柱塞示意圖

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十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一（1）上沖程

抽油桿柱向上拉動柱塞，柱塞上的游動閥受油管內液柱壓力而關閉。此時，柱塞下面的下泵腔容積增大，泵內壓力降低，固定閥在其上下壓差作用下打開，原油吸入泵內。與此同時，如果油管內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液柱重力將從油管轉移到柱塞上，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，上沖程是泵內吸入液體，而井口排出液體的過程。造成吸液進泵的條件是泵內壓力（吸入壓力）低于沉沒壓力。

（2）下沖程

抽油桿柱帶動柱塞向下運動。柱塞壓縮固定閥和游動閥之間的液體：當泵內壓力增加到大于泵沉沒壓力時，固定閥先關閉，當泵內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入柱塞上部，使泵排出液體。由于有相當于沖程長度的一段光桿從井外進入油管，將排擠出相當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排液的過程，造成泵排出液體的條件是泵內壓力高于柱塞以上的液柱壓力。

2、抽油泵的工作原理第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一3、抽稠泵的基本原理F油F套

套裝式抽稠泵由兩臺泵（大泵和小泵）組成。使用套裝式抽稠泵，在下行程時，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，這個壓力差作用下產生向下的反饋力，克服稠油對抽油桿下行的磨擦阻力，使柱塞泵筒下行。CYB56/44TH1.2-5.7F第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一a、結構緊湊、長度短，便于使用和運輸，同時也適合下至井眼曲率較大的井段.b、柱塞不入泵筒時，可實現正反洗井，減少沖砂作業(yè)工序，可實現注汽采油一次管柱c、具有一定的攜砂功能，適用于出砂稠油井生產.a、容易卡泵：套裝式抽稠泵在結構上相當于由大泵內套裝一小泵，這樣同普通管式泵相比，活塞與泵筒存在兩個密封面，如果在作業(yè)過程中井筒內有雜物或是油管內壁刺洗不干凈，易造成泵不能正常工作b、反饋力受動液面影響大：當動液面回升后，反饋力成比例減少，導致液面回升后光桿下行困難。優(yōu)點：缺點：抽稠泵有較大的漏失量，且無固定閥組，因此下泵時不試壓第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一1、抽油泵泵筒硬化方式有鍍鉻、滲碳兩種；泵筒最大長度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)柱塞密封段長度1220mm；可以根據油井井況制造密封段長度為610mm、915mm、1525、1830mm的柱塞；生產的長柱塞最大長度為8000mm。3、抽油泵閥副有五種材料：

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

可以根據要求進行配置。（四）抽油泵組件的相關性能第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一

根據美國OILWELL公司的理論：柱塞與泵筒為非接觸式往復運動的間隙密封，雖會產生一定的漏失量，但能夠起到潤滑和冷卻的作用；在大多數情況下，2-5%的漏失會達到較好的潤滑作用。通過天津大學進行的柱塞與泵筒的摩擦試驗知道：干摩擦的磨損量是濕摩擦磨損量的3倍以上。漏失可延長柱塞泵筒摩擦副的磨損的壽命。（API規(guī)范中沒有強制規(guī)定）4、漏失間隙第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一5、試壓要求（1）室內試壓（1）現場試壓

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）第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一（五）影響泵效的因素1、抽油泵的漏失、閥副關閉滯后造成的損失（2）井斜較大，泵斜置（1）抽油泵本身存在一定的漏失（3）泵筒內存在異物，泵質量問題造成的凡爾球跳高較高第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一2、上下沖程時，抽油桿柱伸長或壓縮造成的沖程損失（1）抽油桿本身的材料力學性能（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行程產生的損失（4）下沖程時，抽油泵泵腔產生的高壓對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生伸長造成的沖程損失第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一3、由于含氣、沉沒度低等造成的泵筒未充滿（1）氣大時擠壓泵筒容積或造成氣鎖（2）沉沒度較低時泵筒進液不充分（3）泵筒、閥球、閥座磨損、腐蝕第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一（六）提高泵效的措施

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

（2）對于深井應進行油管錨定，含氣油井使用氣錨，稠油油井采取降粘措施。

（3）合理優(yōu)化設計抽油桿桿柱組合。

（4）合理選擇泵徑，選用適宜油井狀況的抽油泵。

（5）合理設計泵掛深度。

（6）合理調節(jié)防沖距。第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一

抽油泵工作狀況的好壞，直接影響抽油井的系統效率，因此，需要經常進行分析，以采取相應的措施。

分析依據：地面實測示功圖。

示功圖：懸點載荷同懸點位移之間的關系曲線圖，它實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。實際井將受泵制造質量、安裝質量，以及砂、蠟、水、氣、稠油和腐蝕等多種因素的影響，所以，實測示功圖的形狀很不規(guī)則，需對照理論示功圖分析。

漏失的影響與漏失程度、運動過程以及抽汲速度有關。即：漏失越嚴重，對示功圖影響越大；（七）典型漏失示功圖第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一（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，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，漏失量隨泵內壓力的減少而增大，因漏失液體對活塞有向上的“頂托”作用，所以懸點載荷不能及時上升到最大值（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，又出現了漏失液體的“頂托”作用，使懸點負荷提前卸載，到上死點時，懸點載荷已降至C’’點。有效行程S=B’C’3)當漏失量很大時，由于漏失液體對活塞的“頂托”作用很大，上沖程載荷遠低于最大載荷AC’’，使吸入閥始終關閉，泵排量為0。第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一（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壓力不能及時提高，延緩了卸載過程，同時，使排出閥不能及時打開。吸入部分漏失造成排出閥打開滯后DD’和提前關閉A’A。第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一

游動凡爾漏、固定凡爾漏在生產動態(tài)．表現為產液量逐漸下降，動液面緩慢上升，井口憋壓壓力上升緩慢，停抽后壓力可以穩(wěn)住。游動凡爾漏的示功圖第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一（八）抽油泵故障排除與維護保養(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，當泵腔未被液體完全充滿時，泵腔頂部會出現低氣壓頂，隨后在下沖程中，游動閥一直處于關閉狀態(tài)，直至與液體接觸時的一瞬間液壓突然升高，閥被打開為止。

原因（1）供液不足；（2）泵進液孔局部堵塞，動液面上升，泵排量下降

措施（1）供液不足—合理工作制度；（2）泵進液孔局部堵塞—洗井或檢泵

第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期一2、氣體

井下游離氣進入泵筒或上沖程時吸進液在泵的入口處油氣分離所產生的氣體進入泵筒，影響泵的充滿程度。當泵腔充滿氣體時便會產生氣鎖現象，導致氣體反復壓縮與膨脹，固定閥與游動閥均失去作用，油井不出液。

原因（1）氣體進入泵筒；（2）氣體充滿泵筒

；（3）抽油泵余隙內存有部分“死油”

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