浅议影响泵效的原因及提高泵效的措施.docx

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浅议影响泵效的原因及提高泵效的措施

浅议影响泵效的原因及提高泵效的措施

摘要：

采油经过多年的发展，采油工程工艺逐步趋于完善。

但随着油井数的增多，产液量的增加，注水逐渐见效，抽油泵效却逐渐下降。

对于这个问题，作者通过理论分析和现场实践，浅议了影响泵效的原因及提出了下步如何提高泵效建议性措施。

主题词：

理论排量泵效因素措施

一、  泵的排量及泵效

活塞上、下活动一次叫一个冲程。

根据泵的工作原理可知，在一个冲程内完成进油与排油的过程。

在理想情况下，活塞上、下一次进入和排出的液体体积都等于活塞让出的体积V。

活塞上冲程：

吸入泵内的油量V=fp.s

式中fp——活塞面积，m2；

s——光杆冲程长度，m。

排出井外体积V1=（fp–fr）s

式中fr——抽油杆的截面积，m2。

活塞下冲程：

泵吸入的油的体积V将通过游动凡尔排到活塞上部的管中，由于有相当冲程长的一段光杆从井外进入油管，因此，将排出井外体积V2=frs

所以活塞每一冲程（活塞上、下一次）排出井外的油体积V=V1+V2=（fp–fr）s+frs=fps,即每一行程吸入泵内油的体积分上、下冲程两次排出井外。

每日排量qt=1440nv

式中qt——泵的理论排量，m3/d；

n——冲次，次/min；

其余符号同前。

在抽油井生产中，实际抽出的液量q，一般都比理论产量qt低，两者的比值叫抽油系数，或叫泵效，用η表示，即：

η=q/qt

η愈大，说明泵的工作实效愈好，但在正常情况下，若η达到0.7~0.8,就认为泵的工作是良好的。

只有自喷井刚转入抽油时，油井

连抽带喷，此时的η才接近或大于1。

实际生产中，η往往低于0.7，甚至很低。

这是由于深井泵受各种因素影响的结果。

二、    影响泵效的因素

（一）冲程损失的影响

由于抽油杆、油管在工作过程中承受交变载荷，从而引起抽油杆和油管的弹性伸缩，使活塞冲程小于光杆冲程，并减少了活塞让出的体积，造成泵效降低。

以下就静载荷及惯性载荷引起抽油杆、油管弹性变形，及其对活塞冲程的影响介绍如下：

1．1．静载荷对活塞冲程损失的影响

当驴头从下死点开始上行时，游动凡尔关闭，液柱重量作用在活塞上，使抽油杆发生弹性伸长，抽油杆虽然由下死点向上走了λr距离，即悬点从位置A移到B，但活塞尚未发生移动，所以抽不出油，λr即为抽油杆柱的伸长。

油管由于卸去液柱重量而缩短一段距离λt，悬点位置由B移至C，此时虽然通过抽油杆带着活塞一起向上走了λt的距离，但活塞与泵筒之间仍无相对运动，因此，抽不出油来，吸入凡尔也仍是关闭的。

当驴头位置由C继续向上移动时，活塞才与泵筒发生相对位移，井口出油，吸入凡尔打开吸入液体，一直移到上死点D点，走完上冲程。

由上述可知：

驴头冲程为s而活塞冲程为sp。

则s-sp=λ=λr+λt

同理，悬点由上死点开始下冲程时，吸入凡尔关闭，排出凡尔打开，液柱载荷由抽油杆移到油管上，使抽油杆缩短λr，油管伸长λt。

当驴头下行λ=λr+λt距离之后，活塞与泵筒才有相对运动，才开始抽油。

因此，下冲程与上冲程一样，活塞冲程比驴头冲程小λ值，λ称为冲程损失。

由于冲程损失使泵效降低的数值ηλˊ为L：

ηλ′=（s-sp）/s=λ/s

λ值根据虎克定律算出：

λ=WlˊL/E（1/fr+1/ft）=fprlL2/E（1/fr+1/ft）

对于多级抽油杆，以2级为例，λ值为：

λ=Wlˊ/E（L1/fr1+L2/fr2+L/ft）

式中λ——冲程损失，m；

Wl——上、下冲程中静载荷之差，即液柱载荷，Wl=fprlL*10-4，N；

fp、fr、ft——活塞、抽油杆、油管截面积，cm2

L——抽油杆柱总长度，m；

γ1——液柱重量，N/m3；

E——钢的弹性模数，2.1*107N/cm2

L1、L2——每级抽油杆的长度，m；

fr1、fr2——每级抽油杆的截面积，cm2

 例田井油管直径21/2″（外径73毫米、内径62毫米），选用38毫米杆式泵，下泵深度为1400米，由直径7/8″抽油杆580米；直径3/4″抽油杆820米组成二级抽油杆柱，井内液体重度为8600N/m3，驴头冲程为1.8米，试计算冲程损失及对泵效的影响。

解WL=fpLγ1=π/4D2Lγ1

=3.14/4*0.0382*1400*8.6

=13.648KN（或13648N）

查表3-4得7/8″、3/4″抽油杆的截面积分别3.8平方厘米、2.85平方厘米。

ft=π/4（7.32-6.22）=11.65平方厘米

λ=Wlˊ/E（L1/fr1+L2/fr2+L/frt）

=13684/2.1*107（580/3.8+820/2.85+1400/11.68）

=0.36米

对泵效的影响ηλ=λ/s=0.36/1.8=20%

2.惯性载荷对活塞冲

悬点上升到上死点时,抽油杆在向上最大惯性载荷作用下减载而缩短,因此,悬点到上死点后,抽油杆在惯性力作用下带着活动塞仍继续上行,使活塞比静截变形时,向上多移动一段距离λˊ。

当悬点下行到下死点时，抽油杆受到向下的最大惯性力，使抽油杆伸长，活塞又比静截荷变形时向下多移动一段距离λ″。

由上述可知：

在惯性载荷作用下，使活塞冲程比只有静载荷变形时要增加λp

λp=λˊ+λ″

式中λp——由于惯性载荷的作用，使活塞冲程增加的数值。

根据虎克定律计算：

λp=λ+λ″

=L/frE.Wrsn2/2*1790（1-r/l）+L/frE.Wrsn2/2*1790（1+r/l）

=Wrsn2L/1790frE

上式中由于抽油杆柱上各点所承受的惯性力不同,计算中取其平均值,即取悬点惯性载荷的一半.

静载荷和惯性载荷对活塞冲程的影响为:

惯性载荷引起的抽油杆柱变形会使活塞冲程增大，有利于提高泵效。

但惯性载荷增加会使悬点最大载荷增加，最小载荷减小，抽油杆受力情况变坏。

因此，通常并不采用快速抽汲增加惯性载荷的办法来增加活塞冲程。

（二）气体对泵效的影响

当活塞在下死点位置时，在泵的排出凡尔与吸入凡尔之间有一定的距离，这个距离叫防冲距，两凡尔间的泵筒容积叫余隙容积。

当泵入口处的压力低于饱和压力时，抽汲时总是气、液两相进入泵内，而气体进入泵内占据一定的体积，必然减少进入泵内的液体量使泵效降低。

进气严重时，甚至发生“气锁”，即在抽汲时由于气体在泵内压缩和膨胀，使吸入和排出凡尔无法打开，出现抽不出油的现象。

调整前受气体影响

调整后气体影响减弱,工况变好

柳87-31井调整前后泵效对比表

调整前

调整后

动液面m

1210

动液面

1232

沉没度m

124

沉没度

102

产液量m3

4.42

产液量

5.12

泵效%

22.6

泵效

25.9

气体的影响程度通常用充满系数β表示，即每一冲程吸入泵内的原油体积与活塞上冲程让出的体积之比。

β=Vo/Vp

式中Vp——上冲程活塞让出的体积；

Vo——每冲程吸入泵内的油的体积。

以R表示进入泵内的油气比，即：

R=Vg/Vo

可以看出：

Vp+Vs=Vg+Vo

=Vo（1+R）

Vo=（Vp+Vs）/（1+R）,而Vo′=Vo+Vs=（Vp+Vs）/（1+R）-Vs带入式中，得β=Voˊ/Vp=（Vp+Vs）/（1+R）Vp-Vs/Vp（余隙比），则β=（1+K）/（1+R）-K=（1-KR）/1+R

很明显，β越大，泵效越高。

从式中可以看出：

β与油气比R及余隙比K有关。

K值越小，β值越大，而要减小K值，就必须减小余隙Vs或增大活塞冲程来增加Vp。

因此，在保证活塞不撞击固定凡尔的条件下，尽量减小防冲距，即减小余隙。

R值越小，β值越大，通常为了降低R值，而采用增加泵的沉没度，使自由气更多的容于油中的方法；或安装气锚，使气体在未进入泵之前就在泵外分离掉。

（三）、漏失的影响

漏失会使泵效降低。

常见的漏失包括以下几种：

1）油管漏失包括丝扣漏、腐蚀穿孔漏、制造缺陷的管壁砂眼、裂缝漏等。

2）选泵不合理活塞与衬套的配合间隙过大，通过间隙的漏失量与间隙的三次方成正比例的增加，而与活塞运动速度成反比。

因此间隙过大造成的漏失可通过合理选择泵的级别来决定。

泵工作正常

活塞与衬套明显漏失

柳92-33泵效对比表

活塞与衬套漏失

正常工作

动液面m

560

动液面

580

沉没度m

864

沉没度

844

产液量m3

7.95

产液量

10.36

泵效%

58.0

泵效

62.7

3）深井泵的零件磨损或被卡，包括衬套与活塞工作面、凡尔、凡尔座因磨损或被卡而引起的漏失。

在以下几种情况下容易造成磨损或被卡：

（1）井内液体含有腐蚀性物质，如含硫的气体，会很快腐蚀泵的零件，使凡尔变脆而损坏。

（2）油井出砂，带砂液体对凡尔磨损非常严重，对活塞和衬套的磨损也较严重。

（3）结蜡会使凡尔关闭不严，甚至结蜡凡尔和活塞。

（4）由于井身弯曲，抽油杆与油管壁发生磨擦，落下的金属碎屑垫住凡尔球造成漏失。

同时由于偏磨，造成活塞与衬套一边间隙增大，加大漏失量。

严重时可以把油管磨穿。

（5）  有些井，由于钢制部分发生磁化现象，把凡尔球吸在凡尔罩的侧旁而不能正常工作。

通常防磁化的方法是应用瓷制的凡尔球。

（四）泵筒未充满的影响

若油层能量低，或沉没度较小时，有时活塞的运动速度大于所吸入液体的运动速度，供油跟不上，原油来不得充满活塞所让出的泵筒空间，而活塞已开始下行，出现充不满的现象。

使泵的充满系数减小，泵效降低。

同时，活塞下行时还可能与液体发生冲击，引起整个抽油杆系的振动，遇到这种情况，一般是加深泵的沉没度，或选择合理的抽汲参数来解决。

三、提高泵效的措施

泵效是反应抽油设备工作效率及管理水平的重要指标。

泵效除与泵工作情况有关外，又同油层条件有密切的联系。

因此，为了提高泵效必须对油井及油层两方面采取措施。

对于油层的措施，主要是提高和维持油层能量，保证有充足的供油能力。

对于注水开发的油田，合理注水是保证高产、高泵效的根本措施；对于井底附近油层物性不好，可采取增产措施提高井底附近油层的渗透率，提高油层供油能力。

对于油井反面的措施主要有以下几点：

（一）选择合理的工作方式

当抽油机已选定，在满足生产的前提下，应以获得高泵效作为出发点对三个参数进行调整，即在F、S、n的乘积不变的条件下调整三个参数，一般是长冲程、慢冲数、小泵径的原则。

在满足油井生产的前提下，尽量采用小泵径，这是因为在同样泵挂深度与产量的条件下，泵径越小，光杆负荷就越小，这样就可以减少冲程损失，有利于提高泵效。

在生产中，对于原油乳化严重或比较稠的井，一般采用大泵径、大冲程、慢冲数。

这是因为粘度大的原油通过小泵径的工作筒时，阻力很大，在活塞往返一次的时间内，液体不能充满工作筒，使泵效降低，采用较大的泵径就可以改善充满程度。

在满足产量要求的前提下，尽量选用慢冲数，因冲数快时，抽油杆柱上载荷变化频率高，杆柱的惯性载荷大，冲程损失减小，却增加了光杆负荷；如冲数太快，活塞上移速度大于液体进入泵筒的速度时，供油跟不上，泵筒来不得充满液体，当活塞向下时，将撞击液面引起杆柱振动，使泵效降低，且使抽油杆易发生弹性疲劳，缩短使用寿命。

但冲数也不能太慢，太慢将增加漏失的程度。

参数太大,造成管串漏失

参数下调后工况正常

 柳87-26井调整参数前后泵效对比表

管串漏失

工况正常

动液面m

822

动液面

840

沉没度m

781

沉没度

763

产液量m3

6.01

产液量

6.55

泵效%

26.9

泵效

29.1

在满足产量要求的前提下，尽量采用长冲程。

采用长冲程就可以缩小冲程损失所占的比例，有利于提高泵效；采用长冲程可减小防冲距与冲程的比值，因此，可减少气体对泵效的影响。

但是，长冲程也有不利的一面，即加大冲程会使减速箱的扭距加大，因而需要较大功率的电动机。

（二）将油管下端固定

由于静载荷的变化，引起抽油杆柱和油管的弹性伸缩而造成冲程损失。

因此，用管锚将油管下端固定，则可消除油管变形，减少冲程损失。

（三）合理利用气体能量，减少气体和砂子的影响

对于由自喷刚转抽的井，可合理控制套管气，使深井泵在一定深度条件下增加泵的沉没压力，提高泵口吸入压力，提高泵的充满程度，使大量气体到活塞以上分离，膨胀举油，连抽带喷，从而提高油井产量和泵效。

对于正常抽油的井，为了提高泵的充满系数，应尽量减小余隙容积；增加泵的沉没度减少进泵的油气比。

减少气体影响的另一种措施是在泵的入口处安装气锚。

气锚的种类很多，但他们的工作原理都是利用油、气相对密度的差异，气泡总是上浮这一规律为根据的。

首先气泡随油流向气锚时，在套管与气锚孔眼部分的环型空间进行分离，气泡上浮一部分。

刚进入气锚筒的油气，液体为水平流动，而气泡则部分上浮到气锚顶部，从顶部孔眼排到套管环型空间。

另一部分气泡被液流带至气锚孔环型空间下部。

被液流带至气锚孔环型空间下部的气泡，在活塞下冲程中，泵停止呼吸，液流速度为零，此时气泡便上浮至气锚顶部并排到套管环型空间中。

对于含砂井，要防止砂进入泵的工作筒，对于油层胶结差、疏松，造成出砂的井，可通过修井造一人工井壁；由于工作制度不合理，井底压差过大造成油层出砂的井，可通过制定合理的工作制度减少油层出砂，此外，现场常采用的方法是在泵的进口安装砂锚。

砂锚的作用是将油和砂在井下未进泵前就分离开。

其原理是在油流速度和方向改变时，沙子由于相对密度大而从油中沉淀出来。

目前，现场大都采用回转式砂锚。

当深井泵工作时，油从入口进入进油管，当流出喷嘴时，由于管径变大流速降低，砂子在重力作用下沉落到锚的底部，油从进油管与锚体的环型空间进入泵中。

清除锚中的砂子时，将锚体起出，拧掉底座，将砂子清除后装好底座，即可下入井中。

对于气多砂子也多的井，可以用气砂锚。

上室用于分气，下室用于分砂，先分气后分砂。

二室间用于特殊接箍连接。

油流进油孔进入分气室。

在重力作用下将气分离，经气孔排至油、套管环型空间，而液体经特殊接箍及带喷嘴的内管进入分砂室，砂子相对密度大沉在底部，油则通过特殊接箍的吸入孔并经吸收管进入泵中。

以上是本人浅谈的一些理论上的原因分析及提高泵效的措施，从现场来看，提高泵效主要要解决抽汲能力和供液能力的问题，也是井筒管理的一项重要工作，本人也将继续加强这方面的跟踪学习，拓展理论视野，将合理的措施应用于生产之中，使井筒管理迈上一个新的台阶。