影响泵效的因素及

W f p gL
/ L

4
gL

解：
4 0.0562 900 9.8 1000 3.14 21713 N ) 21.713(kN ) (

查表 4 -2 得 7/8m 、 3/4in 抽油杆的截面积为 3.8cm2 和 2. 85cm2。
L2 L W / L1 ( ) E f r1 f r 2 可以看出 : 泵的余隙百分比越大 , 泵的充满系数越低 , 对泵效的 影响越大 ; 气油比越大 , 泵的充满系数越低 , 对泵效的影响 越大。 因此 , 对于气油比大的井应尽量减小防冲距和防止气 体进入泵内。
( 四 ) 漏失的影响




/



S
100%
例题

某井使用的油管直径为 2in( 外径 73mm 、内径 62mm) 选用 56mm 的管式泵 , 下泵深度为 1000m, 由直径为 7/8in 抽油杆 400m 、直径为 3/4in 抽油杆 600m 组成二级抽油杆柱 , 井内液体密度为 900kg/m3, 光 ; 杆冲程为 1. 8m, 试计算冲程损失及 对泵效的影响。
( 一 ) 对于油层的措施


提高和维持油层能量 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 ; 采取增产措施 对于井底附近油层物性不好的 , 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。
( 二 ) 油井方面的措施
( 五 ) 供液不足的影响

若油层能量低或沉没度较小时 , 当活塞的运动 速度大于吸入液体的速度时 , 会使泵充不满而影响 泵效。
二、提高泵效的措施

泵效是反映抽油设备工作效率及管理水平的重要指标。 泵效除与泵的工作状况有关外 , 还与油层条件有着密切的关 系。因此 , 为了提高泵效必须对油井及油层两方面采取措施。
( 三 ) 气体对泵效的影响


1. 相关概念 (1) 防冲距 : 当活塞在下死点位置时 , 泵的固定阀与游动阀 之间的距离( 或活塞下端到固定阀罩之间的距离 ) 。 (2) 余隙容积 : 固定阀与游动阀之间的泵筒容积。用 " Vs" 来表示。 (3) 充满系数 : 活塞上冲程时 , 吸入泵内的液体体积与活塞 让出泵筒容积之比。用 " β " /表示 , 其表达式为式 。
二、影响泵效的因素
影响泵效的因素： 油井的工作制度选择的 不合理、冲程损 失的影响、气体的影响、漏失的影响和供液 不足的影响。

( 一 ) 油井工作制度的影响

油井工作制度选择不合理：指的是冲程、 冲数、泵径选得过大 , 使地层能 量供不应求 , 使泵效降低。
( 二 ) 冲程损失的影响

冲程损失：是指光杆冲程与活塞冲程之差。 形成冲程损失的原因：主 要是上下冲程过程中抽油 杆柱和油管柱承受交变载荷而产生弹性伸缩 , 使活 塞冲程小于光杆冲程 , 从而减少了活塞所让出的体 积 , 使泵效降低。

1. 静载荷引起的冲程损失

1) 冲程损失的形成过 程 由于液柱载荷在上 下冲程中交替作用在抽 油杆和油管上 , 从而引 起抽油杆柱和油管柱交 替地增载和减载 , 同时 交替地发生伸长和缩短。
2) 冲程损失的计算

(1) 油井使用单级杆时的计算公式为 :




1) 控制套管气 对于地层能量较高且具有自喷能力的井 , 应控 制套管气 , 利用气体能量举油 , 可以提高泵效 ; 对 于没有自喷能力但气油比又较高的井 , 可通过控 制气套管气 , 使动液面稳定 , 提高泵的充满程度 , 使气体进入活塞以上再分离 , 提高泵效 ; 对于气 较少的井 , 可以适当地放套管气 , 以提高沉没度。 2)减小防冲距 在保证不碰泵的情况下 , 尽量减小防冲距 , 减 小余隙容积 , 减小气体对泵效的影响。 3)使用气锚减少气体的影响 工作原理是 : 利用气体的密度差 , 通过气锚的曲 折 ( 回流 ) 通道 , 使进泵气体实现多级分离 , 分离 后的气体进入油套管环形空间 , 分离出的油进入 泵中。气锚的工作原理 , 如图 4 -14 所示。
1 kR 1 R


式中 k 一泵的余隙百分比。
泵的防冲距越小 , 余隙百分比就越小 ; Vs 一活塞在下死点时 , 吸入阀与排出阀间的泵筒容积 ( 余隙容积 ) ; Vp 一活塞让出的体积 ; V’o 一吸入泵筒内液体的体积 ; Vo、 Vg 分别为活塞在上死点位置时泵内油、气的体积。
2. 惯性载荷对冲程损失的影响



当悬点上升到上死点时 , 抽油杆在向上最大惯性力作用下减 载而缩短 , 因此悬点到上死点后 , 抽油杆在惯性力的作用下 带着活塞仍然上行 , 使活塞 比静载荷改变时 , 向上多移动一 段距离λ’。 当悬点运行到下死点时 , 抽油杆受到向下的最大惯性力 , 使抽油杆伸长 , 活塞又比静载荷改变时向下多移动一段距离 λ″。 在惯性载荷的作用下 , 使活塞冲程比只有静载荷时要增 加λi。 λi＝λ’+λ″ 根据虎克定律 : W Sn2 L 1 1
2) 间抽井



当地层供液能力很差 , 若连续抽油会使泵效很低 , 不仅 浪费动力资源而且会损坏抽油设备。 为了避免能源和设备的损耗而采用间抽的方法进行采油。 间抽井选择油井工作制度是确定油井合理的开、关井时间 , 使油井供油能力与泵的工作能力相适应。
2. 使用油管锚 , 减小冲程损失


抽油机工作时 , 在上下冲程中 , 由于液柱载荷 交替作用在抽油杆柱和油 管柱上 , 引起抽油杆柱和 油管柱的弹性伸长和缩短 , 造成冲程损失。 如果用 油管锚将油管柱的下端固定 , 则可消除 油管的弹性变形 , 减小冲程损失。
1. 选择油井合理的工作制度 连续抽油的井油井的工作制度：指的是冲程、 冲数、泵径和下泵深度 ; 间抽井油井的工作制度：指的是开、停抽时 间。

1) 连续抽油的井





在满足产量要求的条件下 , 选择拍汲参数的最佳配合。 选择油井工作制度的原则是 : 长冲程、低冲数、小泵径及合理的下泵深度。 (1) 选用长冲程的优点 ①可相对减小冲程损失对泵效的影响 , 有利于提高泵效。 ②可减小余隙百分比 , 减小气体对泵效的影响。 ③在冲数不变的情况下 , 可相对提高活塞的运动速度 , 减小漏失量。 (2) 选用低冲数的优点 ①可减小悬点的惯性载荷和振动载荷 , 改善抽油机的工作条件。 ②有利于提高泵的充满系数。 (3) 选用小泵径的优点 在同样下泵深度的条件下 , 泵径小 , 光杆载荷小 , 可减小冲程损失 , 提高 泵效。 (4)下泵深度的选择 , 也直接影响泵效。下泵深度过大会使悬点载荷增加 , 增加 冲程损失 ; 下泵深度过小会减小泵的沉没度 , 增加气体对泵效的影响 ,也会使 泵供液不足。
i
r
E
(
fr

ft
)
实际上 , 由于抽油杆柱上各点所承受的惯性力不同 , 计算中 一般取平均值 , 即取悬点惯性载荷的一半。
3. 考虑惯性载荷和静载荷后的活塞冲程

考虑惯性载荷和静载荷后的活塞冲程：

SP=S-λ+λi

由以上分析可知 , 惯性载荷增加 , 能使活塞冲程增大 , 有利于提高泵效。 但增大惯性载荷会使悬点最大载荷增大 , 最小载荷减小 , 使抽油机的工作条件变坏 , 还会使充满程度 减小。因此 , 不能用增加冲数 , 增加惯性载荷的办 法来增加 活塞冲程 。

漏失会使泵效降低。常见的漏失包括以下三方面。 1. 油管漏(螺纹漏、腐蚀穿孔漏、制造缺陷的管壁砂眼等) 2. 选泵不合理(活塞与衬套的配合间隙过大) 3. 深井泵零件磨损和被卡 包括衬套与活塞工作面、阀球、阀座因磨损或被卡而引起的漏失。 造成这种漏失的原因有以下几种情况 : (1) 油井出砂 : 砂子会粘附在阀球、阀座上 , 轻则使阀球座不严 , 严 重时会形成砂卡 , 影响泵效 ; 砂子还会磨损活塞和衬套表面 , 使泵漏失。 (2) 油井结蜡 : 结蜡会使阀球关闭不严 , 甚至蜡卡 ; 在泵口结蜡 , 油 流阻力增加 , 使泵充不满。 (3) 井内液体含有腐蚀性物质 : 如含硫、含氧及地层水中的矿物盐 类会对泵造成腐蚀。 (4) 原油粘度过高 : 油流阻力增加 , 使泵充不满。 (5) 由于井身弯曲 , 杆、管偏磨 , 落下的金属碎屑垫住阀球造成漏失。 (6) 钢质部件磁化 , 使阀球吸在阀罩的边缘而不能正常工作。
当悬点运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载荷改变时向下多移动一段距离在惯性载荷的作用下使活塞冲程比只有静载荷时要增实际上由于抽油杆柱上各点所承受的惯性力不同计算中一般取平均值即取悬点惯性载荷的一半
影响泵效的因素及 提高泵效的措施
一、泵效的概念
泵效：泵的实际排量与泵的理论排量之比的百分数。 泵效是衡量泵工作状况好坏的重要参数 , 也是反映油 井管理水平的一项重要技术指标。 泵效的表达式为 :
式中 VP 一一一活塞让出的泵筒容积m3; V’O 一一 进入泵筒中液体的体积m3。 (4) 气锁 : 大量气体进入泵内 , 在抽汲时由于气体在泵内压 缩和膨胀 ,使固定阀和游动阀无法打开 , 导致泵抽不出油的 现象。
VO Vp
2. 气体对泵效的影响




由于抽油机井的井底压力都比较低 , 泵 入口处的压力一般都低于饱和压力。在抽 汲时 , 总会有气体随液体一起进入泵内。 气体占据一定的泵内容积. 在活塞上行时泵内气体膨胀 , 泵筒内 压力不能及时下降 , 使固定阀不能及时打 开 , 游动阀不能及时关闭 , 影响液体进泵 ; 当活塞下行时 , 压缩泵筒内的气体 , 使泵筒内压力不能立即上升 , 游动阀推迟 打开 , 固定阀推迟关闭 , 泵筒不能及时排油。 因此气体进入泵内会影响泵效 , 当大量气 体进入泵内 , 还会产生气锁 , 使泵无法工作。 如图 所示 , 为活塞从下死点运行到上死点 时 , 泵筒内所进入的油气情况。
21713 400 600 1000 ( ) 11 4 4 4 2.1 10 3.8 10 2.85 10 11.65 10
＝0.415（m）

冲程损失对泵效的影响 :

/
S 0.415 100% 23% 1 .8



100%

由此可见 , 只考虑冲程损失的影响 , 泵效 就只能达到 70% 多。所以实际泵效一般都低 于 70%。



Q 100% Qt

注： 计算泵效时 , 泵的实际排量和泵的理论排量单位要统一 , 都用质 量排量或都用体积排量。 一般除连抽带喷的井外 , 泵效都是小于100%的 , 若泵效大于 70% 说明泵的工作状况良好。在实际生产中 , 一般泵效都低于 70% 。
式中η-泵效 , % ; Q-泵每日的实际体积排量 ,m3/d; Qt- 泵每日的理论排量 , m3/d。
2. 气体对泵效的影响


VP+VS= Vg+VO 若气油比用 R 表示 , 则 Vg=RVO VP+VS= RVO +VO
Vo
V p Vs 1 R
V p Vs 1 R Vs
V / o Vo Vs
故 令 则
Vs k Vp
/ V p Vs VO V s V p (1 R)Vp V p
E f r1 fr2 ft
f p L gL2 1 1 ( ) E f r ft

式中 L1 、 L2 一一分别为第一级、第二级抽油杆的长度 ,m; fr1 、fr2 一一分别为第一级、第二级抽油杆的截面积m2。 其他符号的意义同前。



从公式 中 可以看出 ： 活塞的截面积越大 , 冲程损失越大 ; 下泵深度越大 , 冲程损失越大 ; 液体的密度越大 , 冲程损失越大 ; 抽油杆的截面积越 大 , 冲程损失越小 ; 油管的截面积越大 ( 即油管壁越厚 ) , 冲程损失越小。 冲程损失影响的泵效 :
式中 fr一抽油杆的截面积m2； ft 一油管的截面积，m2； fp 一油管的截面积，m2； E 一抽油杆材料的弹性模量 ,Pa; 钢的弹性模量为 2.1× 1011 Pa ; L 一下泵深度 ,m。 f p L gL L1 L2 L ( ... ) (2) 油井使用多级抽油杆时的计算公式: