抽油泵柱塞与泵筒间隙漏失量计算方法的研究

7.期刊论文 丁铃.Ding Ling 抽油泵漏失试验研究 -石油仪器2007,21(5)
为了研究水平井采油时抽油泵的特性,大庆油田建立了一套室内有杆泵举升模拟实验系统,利用该实验系统研究不同冲程、冲次时抽油泵的漏失特性 ,以便对常规抽油泵进行改进,适应水平井有杆泵举升技术的要求,提高抽油泵的泵效.
2.期刊论文 汪建华.WANG Jian-hua 抽油泵柱塞和泵筒环隙漏失量计算的新公式 -石油矿场机械2009,38(3)
柱塞和泵筒在井下工作时因受井液压力、温度和轴向力等因素的影响,柱塞外径和泵筒内径产生径向位移,改变了初始装配间隙值,使柱塞和泵筒环隙 沿柱塞长度近似呈倒锥形,且在井下通常泵筒和柱塞的轴线是不完全平行的.根据流体动力学楔形缝隙流动理论,应用MATLAB符号数学工具箱,导出了泵筒 和柱塞的轴线在平行和不平行2种情况下环隙漏失量的精确和简便近似计算公式,为抽油泵泵效的计算提供了理论依据.
图１、图２分别绘出柱塞与泵筒间隙分别为０．１、
０．３和０．４姗时，新模型与原模型所计算的瞬时漏失
流量与累积漏失液体体积随时间的变化规律。
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图１ 瞬时漏失流量变化曲线 新模型计算结果：１一间隙为Ｏ．１ ｍｍ；２一间隙为Ｏ．３
ｍｍ；３一间隙为Ｏ．４蚴。原模型计算结果：１’一间隙为
上冲程结束后，柱塞由上死点开始下冲程并压
缩泵筒内气体，在游动阀打开之前，任意柱塞行程 容积为屹时，泵筒内的液体压力为
ｐ＝【ｉｉｉ葫酉丽】ｐｄ（乃，
当游动阀打开后，泵筒内的油气水混合物的压 力为ｐｄｏ
柱塞与泵筒间隙漏失量 变化规律的仿真计算
根据上述所建立的数学模型，开发了抽油泵柱 塞与泵筒间隙漏失量的计算机仿真计算软件。该软 件具有如下仿真计算功能：①仿真泵筒内液体压力
整套试验系统进行了上千次试验，试验数据共录取了1200多组。从试验过程看，系统的机械可靠性高，数据录取稳定，在国内有杆泵性能试验研究 上技术先进，这套试验系统通过简单改造可进行不同介质的管流试验和特种抽油泵性能试验等方面的研究，整套系统有进一步拓展试验范围的空间，为 今后的科研项目提供了良好的试验平台。
固定阀提前关闭的时刻ｔ，。
Ｆ。秽。＝ｇ（ｔ）
（１４）
根据固定阀提前关闭时刻ｔ。计算出所对应
的行程容积Ｅ。，此时泵筒内气体体积ｙ０为
２南（％＋¨ ％’铲ｃ。 １＋Ｒ…”一…
（”１５…）
从固定阀提前关闭点到上死点过程中，任意时
胪【ｉ兀ｊ南ｎ（１６） 刻柱塞行程容积圪时，泵筒内液体压力ｐ为
式中△Ｅ。（ｔ）——从固定阀提前关闭点到任意
3.期刊论文 吴修德.汪建华.李诗珍.高国友 抽油泵环隙漏失量的计算 -江汉石油学院学报2003,25(1)
根据柱塞和泵筒在井下工作时受井液压力、温度和轴向力等因素的影响,使环隙沿柱塞长度近似呈倒锥形,通过对液体在楔形缝隙中流动规律的研究 ,导出了泵筒与柱塞同心和偏心两种情况下的环隙漏失量的精确和近似公式,这些公式可直观反映出间隙和偏心量的大小对漏失量的影响.实例计算表明 ,计算结果正确.
室内试验表明：抽油泵柱塞在整个上冲程间隙漏失量是非均匀漏失。光杆与盘根之间的摩擦阻力在上、下冲程不等，其中上冲程摩擦阻力大，下冲 程摩擦阻力小。对一定粘度的试验介质，大斜度抽油泵的流量系数高于常规抽油泵，随泵筒倾角的增加(即从水平放置到垂直放置)，抽油泵流量系数增 大，从试验结果看，低冲次条件下，大斜度抽油泵流量系数高于常规泵，且小倾斜角状态较明显。
根据泵筒内液体压力变化规律的仿真模型，可 以对泵示功图进行仿真。这一研究成果已经应用于 抽油井高效运行的仿真优化设计，应用所开发的 “抽油机井高效运行仿真优化设计系统”软件”１对 ｌ口抽油机井示功图进行仿真，图３对比绘出了实 测与仿真示功图。对比结果表明，仿真示功图与实 测示功图吻合较好，具有较高的仿真精度。 万方数据
、，Ｊ ７
式中△ｙ（ｔ，）——从下死点到固定阀打开时，上
冲程累积漏失液体体积，ｍ３。
（４）柱塞上冲程，固定阀打开之后 当固定
阀打开后，泵筒内液体压力为见，瞬态漏失流量
们）＝矗（旷ｐｓ）
（１２）
３．严重间隙漏失泵筒内液体变化规律的模拟 随着柱塞与泵筒间隙的增大，间隙漏失流量增
大，此时将影响泵吸入阀的开启与关闭。一是固定
２００６年第３４卷第１１期
董世民等：抽油泵柱塞与泵筒间隙漏失量计算方法的研究
一２３一
的变化规律；②仿真柱塞与泵筒间隙瞬时漏失流量 的变化规律；③仿真柱塞与泵筒间隙累积漏失液体 体积。利用仿真软件，对柱塞与泵筒间隙漏失量进 行了仿真计算。计算参数为：冲程Ｓ＝３ ｍ；冲次ｎ ＝６ ｒｎｉｎ～；泵径Ｄ＝５６ Ｉ砌；粘度肛＝２．３ ｍＰａ？ｓ； 沉没压力ｎ＝６ ＭＰａ；排出压力ｐｄ＝１５ ＭＰａ；柱塞长 度￡＝Ｏ．８ ｍ；生产气油比Ｉｓ。＝１００ ｍ３／ｍ３；沉没压 力下的溶解气油比．ｓ，＝４０ ｍ３／ｍ３；含水率ｎ。＝１０％。
4.期刊论文 冯定.许弟龙.汪建华 聚合物产出液在抽油泵缝隙中的漏失量计算 -石油钻探技术2003,31(1)
根据聚合物产出液属于幂律流体,运用非牛顿流体力学理论,通过对聚合物产出液在泵筒与柱塞间缝隙中流动规律的研究,导出了泵筒与柱塞间缝隙漏 失量的计算公式;此外还作出了水驱油井产出液和注聚合物驱油井产出液漏失量与挂泵深度的关系图,为合理选择聚合物驱油机井泵筒和柱塞的配合间隙 提供了理论依据.
5.董世民 抽油机井动态参数计算机仿真与系统优化 2003
相似文献(10条)
1.期刊论文 王长建.汪建华 聚合物产出液在抽油泵环隙中流速和漏失量计算 -江汉石油学院学报2003,25(z2)
根据聚合物溶液属于幂律流体,运用非牛顿流体力学理论,结合抽油泵柱塞动力特点和平行板流理论,导出了泵筒与柱塞环隙中流速和漏失量的解析计 算公式,为合理选择聚合物驱油机井泵筒和柱塞的配合间隙、正确计算抽油泵的排量系数打下了理论基础.
5.学位论文 徐福军 有杆泵举升模拟试验系统研制及试验研究 2007
本文通过对国内外有杆泵举升模拟试验系统的资料检索和调研，分析了国内外有杆泵举升模拟试验系统的研究情况，文中介绍了有杆泵举升模拟试 验系统的组成、工艺流程及特殊试验，阐述了试验系统的主要设计计算与主要装置电机等功率的确定，利用有限元理论分析了系统支撑架与立架的受载 变形情况，介绍了试验系统需要录取的参数及精度。为研究常规抽油泵及研制的大斜度泵是否适应水平井采油，对摩擦阻力和漏失量等工作性能进行大 量室内试验，录取了多组试验数据，绘制了大量试验曲线。
（２）固定阀无法打开的情况 当间隙漏失严
重到一定程度时，上冲程过程中泵筒内液体压力始
终高于泵的吸人压力，固定阀不能打开，抽油泵也
不能吸人流体。
泵排出口流体的气液比为Ｒ ７。柱塞下冲程结
束时，泵筒余隙容积内气体体积％为
ｋ ２南％
（２１）
柱塞上冲程过程中，当柱塞行程容积为圪时， 泵筒内液体压力为
ｐ ２［玎毒丽卜ａ（２２）
ｍａｉｌ：ｙ８ｕｄｓｈｍ＠１６３．ｃｏｍ。
收稿日期：２００６—０７—１８ （本文编辑李学富）
抽油泵柱塞与泵筒间隙漏失量计算方法的研究
作者： 作者单位：
刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
董世民， 冯娜娜， 张伟， Dong Shimin， Feng Nana， Zhang Wei 董世民,冯娜娜,Dong Shimin,Feng Nana(燕山大学机械工程学院)， 张伟,Zhang Wei(吉林 油田分公司采油工艺研究院)
石油机械 CHINA PETROLEUM MACHINERY 2006，34(11) 1次
参考文献(5条) 1.沈迪成.艾万诚.盛曾顺 抽油泵 1994 2.张琪 采油工程设计原理 2001 3.崔振华 有杆抽油系统 1994
4.董世民.崔晓华 计算抽油泵充满系数的新方法[期刊论文]-石油机械 2002(01)
（４）研究成果可以扩展到泵阀漏失、柱塞脱 泵漏失的仿真分析计算。
参考文献
’
１沈迪成，艾万诚，盛曾顺等．抽油泵．北京：石油工业 出版社，１９９４：１２２一１３７
２张琪．采油工程设计原理．山东东营：石油大学出版 社，２００１：１４０—１４ｌ
３崔振华．有杆抽油系统．北京：石油工业出版社，
１９９４：２５８—２６９
％。＋（亿吨）一矾（吾）一
△％（￡）＝‰ｆ丝１“
（１８）
在油气水均匀排出条件下，余隙容积内残留气 体的体积％可由下式计算
ｋ ５焘ｈ＋（圪一亿）一
峨（吾）一州州

（１９）
柱塞开始上冲程，在游动阀关闭而固定阀打开 之前，余隙容积内残留的气体膨胀，当柱塞行程容 积增加圪时，泵筒内液体压力为
ｐ ２［玎毒南】ｎｐｄ ｃ加）
计算时刻￡，上冲程累积漏失液体体积，ｍ３。
柱塞下冲程、游动阀打开之前，任意柱塞行程
容积圪时，泵筒内液体压力ｐ为
ｒ
％
１“
舻【ｉｉ百五再■而㈠１７）
式中△圪Ｉ÷ｌ——从固定阀提前关闭点到上死点 万方数据
过程中，上冲程累积漏失液体体积，ｍ３。 当ｐ＝ｐ。时，游动阀打开。游动阀打开时刻为 柱塞行程容积Ｋ满足如下关系
４董世民，崔晓华．计算抽油泵充满系数的新方法．石油 机械，２００２，３０（１）：３７—３９
５董世民．抽油机井动态参数计算机仿真与系统优化．北 京：石油工业出版社，２００３：８９—９３
第一作者简介：董世民，教授，生于１９６２年，１９８３年 毕业于大庆石油学院，１９９８年获西南石油学院博士学位， 研究方向：机械采油系统动态仿真与运行优化。地址： （０６６００４）河北省秦皇岛市。电话：（０３３５）８０７８５８ｌ。Ｅ—
6.期刊论文 刘荆山.黄学宾.王依明.董涛.王薇.谷同杰 DL-超深低漏整简抽油泵的研制与应用 -石油机械
2009,37(11)
针对常规抽油泵在泵挂深度超过2200 m进行深抽时抽油泵漏失和易失效的问题,研制了DL-超深低漏整筒抽油泵.该抽油泵由内泵筒、外泵筒、连通孔 、柱塞和固定阀连接而成,内泵筒的内外侧均处在油管内液体之中,内泵筒的内外侧不存在压差,消除了常规抽油泵的"鼓胀效应",从根本上减少了抽油泵 的间隙漏失.现场试验表明,超深低漏整筒抽油泵能明显减少漏失量.中原油田现场应用的4口井中,平均单井日增液2.6 t,日增油1.2 t,泵效提高11%,己阶 段性增油560 t,创经济效益224万元.
阀提前关闭；二是固定阀无法打开。
（１）固定阀提前关闭 上冲程固定阀打开后，
随着柱塞上行速度的降低，若某一时刻柱塞运动吸
人流体的瞬时流量小于漏失流量，则泵筒内压力升
高，在柱塞未达到上死点时，固定阀提前关闭。固
定阀提前关闭的判断条件为
Ｆ。口，≤ｑ（￡）
（１３）
式中％——柱塞瞬时运动速度，ｎ∥ｓ。
若存在固定阀提前关闭的情况，根据下式计算
０．１ｍ抽；２’一间隙为０．３ｍｍ；３’一间隙为Ｏ．４ｍｍ
暑
聪 蛙 球 酶 氍 蝶
图２ 累积漏失液体体积变化曲线 新模型计算结果：１一间隙为Ｏ．１ ｍｍ；２一间隙为 Ｏ．３ｍ“；３～间隙为Ｏ．４ｍｍ。原模型计算结果：ｌ’一 间隙为Ｏ．１ｍｍ；２’一间隙为０．３ｍｍ；３’一间隙为Ｏ．４ｍｍ
由图中计算结果可以看出，在１～３级正常泵 间隙条件下，泵漏失量很小，新模型与原模型计算 结果比较接近。随泵间隙的增大，２种模型计算结 果的差距增大，新模型计算结果小于原模型。
万方数据
万方数据
石油机械
２００６年第３４卷第１１期
累积漏失液体体积为△Ｋ（ｔ）。根据气体多变膨胀 过程，可以得到泵筒内液体压力的计算公式：
ｐ ２【耵毒丽】ｎｐａ
在固定阀打开时刻￡，时，柱塞行程容积为Ｋ，
泵筒内流体压力为仇。行程容积Ｅ满足如下关系：
，ｎ、｛
％＋Ｆ一△ｙ（ｔ，）＝ｋ（丛ｌ
（１１）
（２）根据泵筒内液体压力变化规律的仿真模 型，可以对漏失故障条件下抽油泵柱塞液体载荷、 井下泵示功图进行仿真，进而可以获得不同故障程 度时泵示功图的图形特征，同时应用笔者的研究成 果可以实现故障漏失条件下抽油杆柱的动态仿真。
（３）计算机诊断技术现在还远未做到定量化， 笔者的研究成果为抽油机井泵漏失故障的智能定量 诊断提供了理论依据。
３０
互１５ 藉
辅０
—７．５
１．４３ 光杆位移／ｍ ｂ．仿真示功图
图３ 实测与仿真对比示功图
２．８６
结
论
（１）考虑了泵筒内实际压力变化规律对柱塞与 泵筒间隙漏失的影响，建立了柱塞与泵筒间隙瞬时 漏失流量与累积漏失液体体积的仿真计算模型，该 模型不仅适用于柱塞与泵筒正常间隙漏失的仿真计 算，也适用于非正常间隙下严重漏失的仿真计算。