1.抽油泵泵效分析(2013.6)

上死点
S
下死点
抽油泵工作原理图
a-柱塞上行 b-柱塞下行 1-拉杆 2-泵筒 3-游动阀4-柱塞 5-固定阀 15
（三）抽油泵理论排量
（1）相关概念 光杆冲程：抽油机驴头 上下往复运动时在光杆上的 最大位移。 柱塞冲程：抽油泵柱 塞在井下工作时，上、下往 复运动的最大位移。 冲数（冲次）：每分 钟抽油机驴头上、下往复运 动的次数。
顶部固定泵
杆式泵
底部固定泵
动筒式泵 （底部固定）
薄壁筒泵
组合筒泵
5
②按抽油泵用途，抽油泵分为：常规泵和特种泵两类。
常规泵 防砂泵
抽油泵
防气泵
掺稀释液抽稠泵 抽稠泵
特种泵 串联泵 液力反馈泵
分轴混出泵
双作用泵 抽稠防砂泵
常规抽油泵或标准抽油泵：符合抽油泵标准设计和 制造的抽油泵。 特殊抽油泵或专用抽油泵：具有专门用途，或具有 与标准结构或尺寸不同的抽油泵。
抽油泵实物图
我国抽油泵行业标准是SY/T5059一91《抽油泵》。
4
（一）抽油泵类型
①按抽油泵的结构和在井内安装的原理，抽油泵分为： 管式泵和杆式泵两种。
组合式泵筒泵 管式泵 整体泵筒泵 厚壁泵筒泵 薄壁泵筒泵 厚壁筒泵 顶部固定泵 底部固定泵 顶部固定泵
抽油泵
定筒式泵
薄壁筒泵
组合筒泵 厚壁筒泵
底部固定泵
动筒式底部固定杆式泵结构图
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（二）管式抽油泵工作原理
上死点
S
下死点
抽油泵工作原理图
a-柱塞上行 b-柱塞下行 1-拉杆 2-泵筒 3-游动阀4-柱塞 5-固定阀
14
管式抽油泵工作原理可概 括为：柱塞上行时，游动阀 关，固定阀开，吸液入泵， 排液出井；柱塞下行时，固 定阀关，游动阀开，泵内液 体转入油管。
S
SP
28
①静载荷对柱塞冲程的影响 a.过程分析： 当驴头从下死点开始上行 时， 抽油杆 柱因 增载而伸长 ， 油管柱因卸载而缩短。 当驴头从上死点开始下行 时， 油管柱 因 增载而伸长 ， 抽油杆柱因卸载而缩短。 在上或下冲程开始后，只 有当光杆位移一段距离以后， 柱塞才会与光杆同步位移。
29
b.结论： 静载荷减少冲程， 减少量为λ。
7
c.类型：根据泵筒的结构不同，可分为组合式泵筒管 式泵和整体泵筒管式泵。
管式泵（有衬套）结构示意图
1-下部接箍;2-固定阀;3-衬套;4-泵 筒;5-上、下游动阀;6-柱塞;7-上部 接箍;8-拉杆;9-油管
管式泵（无衬套）结构示意图
1-下部接箍;2-固定阀;3-上、下 游动阀;4-泵筒;5-柱塞;6-上部接 箍;7-拉杆;8-油管
定筒式顶部固定杆式泵结构图
11
（b）定筒式底部固定杆式泵 结构特点：泵由泵的底部锁 紧装置将泵筒固定在油管内的预 定位置上。
优点：泵筒不会因液柱作用 而伸长、只受外压、间隙不会增 大；适合在深井中使用；泵筒可 绕底部锁紧装置这个支点摆动， 可在斜井中使用。
定筒式底部固定杆式泵结构图
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（c）动筒式底部固定杆式泵
式中 Q理—泵的理论排量，t/d； ρ液—井液的相对密度。
抽油泵工作原理图
a-柱塞上行 b-柱塞下行 1-拉杆 2-泵筒 3-游动阀4-柱塞 5-固定阀 19
（四）抽油泵泵效
（1）抽油泵泵效 a.抽油泵泵效：抽油井的实际产液量与抽油泵的理论排 量的比值。 计算公式：

式中
Q实 Q理
100%
η—抽油泵泵效，%； Q实—油井实际日产液量，t／d或m3/d； Q理—泵的理论排量，t／d或m3/d。
抽油泵工作原理图
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（3）沉没度的影响 ①相关概念 a.动液面 动液面深度，Lf 动液面高度，Hf b.静液面 静液面深度，Ls 静液面高度，Hs c.沉没度，hs→Ps
静液面
动液面
沉没度
静液面、动液面、沉没度的位置图 26
②分析：从液体流动的阻 力看，抽油泵的沉没度受液 体粘度、泵的结构尺寸影响 很大。 在油井生产时，由于hs确 定 不合理 （过小），出现泵 不能及时被液体充满的现象， 使泵的 充满系数降低 ，导致 泵效降低。
定筒式顶部固定杆式泵示意图
1-油管;2-支承定位密封装置;3-柱 塞;4-游动阀;5-内工作筒;6-固定 阀;7-外工作筒
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c.杆式泵的类型 （a）定筒式顶部固定杆式泵 结构特点：泵由泵顶部的固定支 承装置将泵筒固定在油管内的预定 位置上。 优点：在柱塞运动时可将锁紧装 置四周的砂子冲掉，防止砂卡，起 泵作业容易；泵筒可绕顶部锁紧装 置这个支点摆动，所以在斜井中下 泵时，不会损坏；在固定位置深度 相同的情况下，泵的沉没度比底部 固定的杆式抽油泵更大，所以更适 合低产井和低液面井中使用；顶部 固定位置使泵本身具有气锚作用， 可在含气较多的油井中使用。
结构特点：泵的泵筒与抽油杆 柱连接，并作上下运动，柱塞通过 拉管及底部锁紧装置固定在油管内 预定位置上的支承套上。 优点：用在含砂较多的油井中。 因为工作时泵筒上下运动，不停地 搅动井液，砂粒不易沉积在锁紧装 置上产生卡泵，在周期开采抽油井 停抽时，顶部阀球封闭阀座，油管 中的砂粒不会沉积在泵内产生卡泵； 固定阀和出油阀都为开式阀罩，流 体的局部阻力小，有利于含砂较多 的井液排出。
S S
上死点
下死点
上死点
下死点
16
（2）理论排量公式 a.体积排量
Q理 1440
或

4
D Sn
2
上死点
Q理 KSn
S
式中 Q理—泵的理论排量，m3/d； D—抽油泵泵径，m。 S—光杆冲程，m； n—冲数，r/min； k—与泵径有关的系数。
下死点
ຫໍສະໝຸດ Baidu
抽油泵工作原理图
a-柱塞上行 b-柱塞下行 1-拉杆 2-泵筒 3-游动阀4-柱塞 5-固定阀 17
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二、影响抽油泵泵效的因素
抽油泵泵效的高低反映了泵性能的好坏及抽油参数的 选择是否合适等。
影响抽油泵泵效的因素归纳起来有以下四个方面： 1.抽油参数的影响 2.设备因素的影响 3.地质因素的影响 4.其他因素的影响
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1.工作参数的影响
如果抽油泵的抽油参数选择不当，会降低泵效。 （1）抽油参数过大的影响
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1.常规抽油泵
（1）管式泵
a.管式泵的结构：主要由泵 筒、固定阀和带有游动阀的空 心柱塞组成。 b.管式泵结构的特点：泵筒 连接在油管柱的下端，为油管 柱的延续部分，固定阀安装在 泵筒下端，带游动阀的柱塞与 抽油杆柱下端连接在一起下入， 在泵筒部位工作。
管 式 泵
管式泵（有衬套）结构示意图
1-下部接箍;2-固定阀;3-衬套;4-泵 筒;5-上、下游动阀;6-柱塞;7-上部 接箍;8-拉杆;9-油管
练 习 3 ： 某 抽 油 机 井 抽 油 泵 D=38mm， 冲 程 S=3m， 冲 数 n=6r/min，日产液量为15.6m3/d，求该井泵效？(53.06%)
练习 4 ：某抽油机井下 D=56mm 的抽油泵，冲程 S=2.4m，冲 数n=9r/min，日产液量为37t/d，液体相对密度ρow=0.9， 原油含水为63%，求泵效和日产油量？（50.8%，12.95t）
Q理 1440

4
D Sn ow
2
抽汲参数增大→理论排量增大。 分析：如果抽油泵的理论排量远远大于油层供液能力， 造成供液不足，泵效自然很低。
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（2）柱塞移动速度的影响
Q理 1440

4
D Sn ow
2
概念：柱塞移动速度，即2Sn。 分析：当S或n提高到一定程度 后，使υ柱＞υ液，特别是当hs较 小时，结果： ①原油来不及充满柱塞所让出 的空间，泵的充满系数减小，使泵 效下降。 ②产生冲击载荷，促使抽油杆 更快的损坏。
对抽油泵要求： 抽油泵下入深度 从几百米到几千米，所抽汲的液体中 常含有砂、蜡、水、气及有腐蚀性的 物质，其工作环境恶劣，所以要求抽 油泵结构简单，便于起下，制造泵的 材料耐磨，抗腐蚀性能好，使用寿命 长，加工安装质量高，降低使用故障 率。 为了适应多种多样的油井条件， 因此设计制造的抽油泵的类型很多。
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（b）多级抽油杆柱与油管柱的变形如下： 以二级为例：
WL L1 L2 L E A A A G2 t G1
式中 L1，L2--每级抽油杆柱的长度，m； AG1，AG2--每级抽油杆柱截面积，m2。
d.分析：L↑ → WL′↑、λ↑ →η↓。
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②惯性载荷对柱塞冲程的影响 a.过程分析： 在驴头上行到上死点时，抽油杆柱在惯性力作用下会 带着柱塞仍继续上行，使柱塞比在静载变形时向上多移动 一段距离λ′。 在驴头下行到下死点时，抽油杆柱在惯性力作用下会 带着柱塞仍继续下行，使柱塞比在静载变形时向下多移动 一段距离λ″。 b.结论：惯性载荷增加冲程，增加量为λ i。
冲程损失为：
或
AP ow L2 g 1 1 E A A t G
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式中
λ--冲程损失，m； λr，λt--抽油杆柱、油管柱的弹性变形，m； WL′--相当于柱塞截面积以上的液柱重力，N；
AP Low g WL
E--钢的弹性模数，2.1×105MPa； AG--抽油杆柱截面积，m2； At--油管金属截面积，m2； L--抽油杆柱总长度（泵挂深度），m。
8
d.管式泵的特点 优点： （1）结构简单、加工方便、价格便宜。 （2）且油流通道大，在相同油管直径下允许下入的泵 径大，因此排量大。 （3）适用于产液量高、油井较浅、含砂较多、气量较 小的井使用。 缺点： （1）检泵和换泵时必须起出油管，修井工作量大。 （2）不适用于深井。
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（2）杆式泵 a.杆式泵的结构：主要 由泵筒、柱塞、游动阀、固 定阀、泵定位密封部分及外 工作筒组成。 b.杆式泵的结构特点： 有内、外两个工作筒。使用 时是把外工作筒随油管柱下 入井中，而后把装衬套和柱 塞的内工作筒连接在抽油杆 柱下端下井，并插入外工作 筒中。起出时是通过抽油杆 柱把内工作筒拔出。
动液面
静液面、动液面、沉没度的位置图
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（4）泵挂深度影响 结论： 泵挂深度过大使 冲程损失过大，泵效降低。 冲程损失： 光杆冲程与 柱塞冲程之差。 形成冲程损失原因： 由 于上、下冲程过程中杆、管 承受交变载荷而产生弹性伸 缩，使柱塞冲程小于光杆冲 程，从而减少了柱塞所让出 的体积，使泵效降低。
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b.实际产液量：
Q实 Q理
c.实际产油量： Q油 式中
Q实 （ 1 f w）
Q油—实际产油量，m3/d或t/d； fw—含水率，%。
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【课堂练习】
练习 1 ：某抽油机井使用抽油泵 D=38mm，冲程 S=3m，冲数 n=6r/min，求该井的理论排量？（29.4m3/d） 练习 2 ：某抽油机井使用抽油泵 D=56mm，冲程 S=1.8m，冲 数n=10r/min，井液相对密度ρow=0.9，求该井的理论排量 ？（57.43t/d）
井口装 置 抽油 机
配电 箱
抽油 杆
动液 面
电动 机
抽油 泵
游梁式抽油机—抽油泵采油装置图 1-固定阀；2-柱塞；3-油管；4-抽油杆；5套管；6-套管三通；7-法兰盘；8-油管三通； 9-光杆密封盒；10-套管闸门；11-套压表； 12-回压闸门；13-油压表；14-生产闸门； 15-悬绳器；16-驴头；17-中轴承；18-连杆； 19-曲柄；20-减速器；21-电动机；22-刹车 装置；23-配电箱 3
常用抽油泵截面积AP和排量系数K
泵径，mm
38
43
44
56
70
83
面积，10-4m2
K
11.34
1.63
14.52
2.09
15.20
2.19
24.63
3.54
38.48
5.54
54.10
7.79
18
b.质量排量
或
2 Q理 1440 D Sn液 4 Q理 KSn液
上死点
S
下死点
第一部分 抽油泵泵效分析
中国石油大庆培训中心
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第一部分 抽油泵泵效分析
讲述内容：
一、抽油泵简介
二、影响抽油泵泵效的因素
三、提高抽油泵效的措施
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一、抽油泵简介
抽油泵：又叫 深井泵，是有杆泵 采油的一种专用设 备。抽油泵 下在油 井井筒中 动液面 以 下一定深度，依靠 抽油杆 传递 抽油机 动力，将原油抽出 地面。
r t
抽油杆柱和油管柱弹性伸缩示意图
30
c.计算公式： 引起杆柱和管柱变形的力为上、下冲程载荷之差WL′。 （a）单级抽油杆柱与油管柱的变形如下： 抽油杆柱变形为：
WL L r EAG

油管柱变形为：
WL L t EAt
WL L 1 1 E AG At