抽油泵基本原理及其管理技术

三、抽油泵的结构和基本原理
1、抽油泵的基本结构
抽油泵结构示意图
抽油泵主要由泵筒、柱 塞、固定阀和游动阀四部分 组成。泵筒即为缸套，其内 装有带游动阀的柱塞。柱塞 与泵筒形成密封，用于从泵 简内排出液体。固定阀为泵 的吸入阀，一般为球座型单 流阀，抽油过程中该阀位臵 固定。游动阀为泵的排出阀， 它随柱塞运动。 柱塞上下运动一次称一 个冲程，也称一个抽汲周期， 其间完成泵进液和排液的过 程。
（七）典型漏失示功图
抽油泵工作状况的好坏，直接影响抽油井的系统效率，因此，需 要经常进行分析，以采取相应的措施。 分析依据：地面实测示功图。 示功图：悬点载荷同悬点位移之间的关系曲线图，它实际上直接 反映的是光杆的工作情况，因此又称为光杆示功图或地面示功图。 实际井将受泵制造质量、安装质量，以及砂、蜡、水、气、稠油和腐 蚀等多种因素的影响，所以，实测示功图的形状很不规则，需对照理 论示功图分析。
联接管 加长管
F 套
套装式抽稠泵示意图
CYB56/44TH1.2-5.7F
优点：
a、结构紧凑、长度短，便于使用和运输，同时也适合下至井眼曲 率较大的井段. b、柱塞不入泵筒时，可实现正反洗井，减少冲砂作业工序，可实 现注汽采油一次管柱 c、具有一定的携砂功能，适用于出砂稠油井生产 .
缺点：
a、容易卡泵：套装式抽稠泵在结构上相当于由大泵内套装一小泵， 这样同普通管式泵相比，活塞与泵筒存在两个密封面，如果在 作业过程中井筒内有杂物或是油管内壁刺洗不干净，易造成泵 不能正常工作 b、反馈力受动液面影响大：当动液面回升后，反馈力成比例减少， 导致液面回升后光杆下行困难。
常规柱塞密封段长度1220mm；
可以根据油井井况制造密封段长度为610mm、915mm、1525、1830mm的柱塞； 生产的长柱塞最大长度为8000mm。 3、抽油泵阀副有五种材料： 高铬不锈钢（常规） 硬质合金（比重大、综合性能优良） 陶瓷（耐腐蚀性好、无磁） 司太立合金（国外常用） 可以根据要求进行配置。
2）上后半冲程：活塞上行速度减慢，在C’点， 又出现了漏失液体的“顶托”作用，使悬点 负荷提前卸载，到上死点时，悬点载荷已降 至C’’点。有效行程S=B’C’
3)当漏失量很大时，由于漏失液体对活塞的 “顶托”作用很大，上冲程载荷远低于最大 载荷AC’’，使吸入阀始终关闭，泵排量为0。
（2）吸入部分漏失（只发生在下冲程）
2、上下冲程时，抽油杆柱伸长或压缩造成的冲程损失
（1）抽油杆本身的材料力学性能
（2）冲次过大造成的惯性载荷
（3）原油粘度、井斜等造成的抽油杆行程滞后于抽油机行 程产生的损失 （4）下冲程时，抽油泵泵腔产生的高压对抽油杆柱造成压 缩或弯曲变形造成的冲程损失，油管承受液柱重量产生伸长 造成的冲程损失
3、由于含气、沉没度低等造成的泵筒未充满
3、抽稠泵的基本原理
抽油杆
F油
泵上油管
出油阀 柱塞泵筒 进油阀
大泵筒 小柱塞
套装式抽稠泵由两台泵（大泵和 小泵）组成。使用套装式抽稠泵，在下 行程时，由于套管压力低于抽油泵的压 力，因此，柱塞泵筒上端压力高于下端 压力，这个压力差作用下产生向下的反 馈力，克服稠油对抽油杆下行的磨擦阻 力，使柱塞泵筒下行。
1-油管 2-锥形锁扣 3-活塞
4-游动阀 5-工作筒 6-固定阀
A-管式泵
B-杆式泵
泵筒
油管接箍
柱塞
上部加长短节
泵筒接箍
厚壁泵筒
泵筒接箍
下部加长短节 油管接箍
密封接头
柱塞有带防砂槽、不带防砂槽（光杆柱塞）两种，API SPEC 11AX规范为 不带防砂槽。
无防砂槽
带防砂槽
柱塞示意图
2、抽油泵的工作原理 （1）上冲程 抽油杆柱向上拉动柱塞，柱塞上的游动阀受油管内液柱压力而关闭。 此时，柱塞下面的下泵腔容积增大，泵内压力降低，固定阀在其上下压 差作用下打开，原油吸入泵内。与此同时，如果油管内已逐渐被液体所 充满，柱塞上面的液体沿油管排到地面。原来作用在固定阀上的油管内 液柱重力将从油管转移到柱塞上，从而引起抽油杆柱的伸长和油管柱缩 短。抽油机驴头上承受的静载荷为抽油杆柱重量与柱塞以上的液柱重量 之和。所以，上冲程是泵内吸入液体，而井口排出液体的过程。造成吸 液进泵的条件是泵内压力（吸入压力） 低于沉没压力。 （2）下冲程 抽油杆柱带动柱塞向下运动。柱塞压缩固定阀和游动阀之间的液体： 当泵内压力增加到大于泵沉没压力时，固定阀先关闭，当泵内压力增加 到大于柱塞以上液体压力时，游动阀被顶开，柱塞下面的液体通过游动 阀进入柱塞上部，使泵排出液体。由于有相当于冲程长度的一段光杆从 井外进入油管，将排挤出相当于这段光杆体积的液体。原来作用在柱塞 以上的液体重力转移到固定阀上，因此引起抽油杆柱的缩短和油管的伸 长。所以，下冲程是泵向油管内排液的过程，造成泵排出液体的条件是 泵内压力高于柱塞以上的液柱压力。
（1）气大时挤压泵筒容积或造成气锁
（2）沉没度较低时泵筒进液不充分 （3）泵筒、阀球、阀座磨损、腐蚀
（六）提高泵效的措施 （1）采用长冲程、低冲次的工作制度：有利于泵筒充满原油， 减少冲程损失所占的比例。 （2）对于深井应进行油管锚定，含气油井使用气锚，稠油油 井采取降粘措施。 （3）合理优化设计抽油杆杆柱组合。 （4）合理选择泵径，选用适宜油井状况的抽油泵。 （5）合理设计泵挂深度。 （6）合理调节防冲距。
抽油泵的基本参数
基 本 型 式 公称直径mm Ⅰ系 列 32 38 杆 式 泵 44 50.80 56 63 32 38 44 45.24 56 70 83 95 57.15 69.85 82.55 95.25 57.15 63.50 31.75 38.10 44.45 管 式 泵 0.6 0.9 1.2 1.5 0.3 0.6 0.9 60.3,73.0 73.0 88.19 101.6 114.3 0.6-6 0.6-6 0.6-6 1.2-6 1.2-6 2.235 3.694 5.518 7.707 10.261 16 19 22 22 25 Ⅱ系列 31.75 38.10 44.45 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 柱塞 长度 系列 m 加长 短节 长度 m 联接油 管外径 mm 48.3,60.3 60.3,73.0 0.3 0.6 0.9 73.0 73.0 88.9 88.9 60.3,73.0 60.3,73.0 冲程长 度范围 mm 1.2-6 1.2-6 1.2-6 1.2-6 1.2-6 1.2-6 0.6-6 0.6-6 泵常数 m3/d 1.140 1.642 2.235 2.919 3.694 4.560 1.140 1.642 连接抽 油杆直 径mm 16 19 19 19 19 22 16 16
抽油泵基本原理及其管理技术
2012年厂技术培训汇报
工艺研究所 2012.6
（一）抽油泵的基本类型和字母代号 抽油泵是用于举升油井内液体的井下工具。 杆式泵 有杆泵 抽油泵 管式泵 电动潜油离心泵 无杆泵 水力活塞泵
水力射流泵
有杆泵采油系统 无杆泵采油系统
典型的有杆抽油装臵主 要由三部分组成，如图所示。 一是地面驱动设备即抽油机； 二是安装在油管柱下部的抽 油泵；三是抽油杆柱，它把 地面设备的运动和动力传递 给井下抽油泵柱塞使其上下 往复运动，使油管柱中的液 体增压，将油层产液抽汲至 地面。就整个有杆抽油生产 系统而言，还包括供给流体 的油层、用于悬挂抽油泵并 作为举升流体通道的油管柱、 井下器具（油管锚、气锚、 砂锚等）、油套管环形空间 及井口装臵等。
4、漏失间隙
（API规范中没有强制规定）
根据美国OIL WELL公司的理论：柱塞与泵筒为非接触式往复运动的间隙密封， 虽会产生一定的漏失量，但能够起到润滑和冷却的作用；在大多数情况下，2-5% 的漏失会达到较好的润滑作用。 通过天津大学进行的柱塞与泵筒的摩擦试验知道：干摩擦的磨损量是湿摩擦 磨损量的3倍以上。漏失可延长柱塞泵筒摩擦副的磨损的寿命。
就常规有杆采油方式而言，抽油泵 是其中最为复杂的井下工具，直接关系 到油井的举升效率
典型的有杆采油系统
有杆抽油泵的基本类型和字母代号
杆式泵具有内外两层工作筒，一般设计泵径较小，泵排量较小。作业时，只需起 出抽油杆就可将泵带至地面进行维修，一般用于液面较低，产量较小的深井
管式泵泵筒直接接在油管下端，柱塞随抽油杆下入泵筒内，其只有柱塞和泵筒两 部分，对于油管的利用程度较高，一般泵径较大，排量较大，适用于供液能力较 高、产量较高的乾、中深抽井。
2、气体
井下游离气进入泵筒或上冲程时吸进液在泵的入口处油气分离所产 生的气体进入泵筒，影响泵的充满程度。当泵腔充满气体时便会产生气 锁现象，导致气体反复压缩与膨胀，固定阀与游动阀均失去作用，油井 不出液。 原因（1）气体进入泵筒； （2）气体充满泵筒 ； （3）抽油泵余隙内存有部分“死油” 措施（1）沉没度加大，使泵进口压力增大； （2）减小防冲距，通过碰泵等措施挤压气体
（二）抽油泵的命名规则和常用代号
标称直径：理论上应该达到的值，一般在理想状况下才能达到，实际加工 过程中，受一系列主观或客观因素的影响，实际上是很难达到的。也可以 指产品上标明的有关产品性能和质量要素
Hale Waihona Puke 支承总成：一系列零件组成的用于支承泵筒的整体。管式泵没有支承总成。 杆式泵分顶部固定和底部固定。总成可分机械式和皮碗式（了解）。
下冲程开始后，由于吸入 阀漏失使泵内压力不能及时提 高，延缓了卸载过程，同时， 使排出阀不能及时打开。吸入 部分漏失造成排出阀打开滞后 DD’和提前关闭A’A。
游动凡尔漏、固定凡尔漏在生产动态． 表现为产液量逐渐下降， 动液面缓慢上升，井口憋压压力上升缓慢，停抽后压力可以稳住。
游动凡尔漏的示功图
（八）抽油泵故障排除与维护保养
漏失的影响与漏失程度、运动过程以及抽汲速度有关。即：漏失越严重， 对示功图影响越大；
（1）排出部分漏失（只发生在上冲程）
1）上冲程 ：排除阀座封不严，活塞与衬套 间隙，使活塞上部液体漏到活塞下部的工作 筒内，漏失量随泵内压力的减少而增大，因 漏失液体对活塞有向上的“顶托”作用，所 以悬点载荷不能及时上升到最大值（油B— B’）,使加载缓慢。
一台公称直径为32mm， 厚壁泵筒长为3m，上部加长 短节0.6m，下部加长短节 0.6m，柱塞长1.2m，底部皮 碗支承总成固定，在Φ60mm 油管中工作的抽油泵
SY 5059-85标准：
CYB56TH4.8-1.2F
标称柱塞长度，m
标称泵筒长度，m
金属柱塞厚壁泵筒 管式泵 公称直径56mm
我厂沿用的是85年的石油行业标准中抽油泵的命名原则或2009年的石油行业标准中对 组合泵筒的命名要求，并且进行了一定程度的简化
5、试压要求
（1）室内试压
（1）现场试压
最小压力大于5Mpa，一般试压8Mpa-10Mpa，稳压5min压力没 有明显下降（一般定为≤0.5Mpa）
（五）影响泵效的因素
1、抽油泵的漏失、阀副关闭滞后造成的损失
（1）抽油泵本身存在一定的漏失 （2）井斜较大，泵斜臵 （3）泵筒内存在异物，泵质量问题造成的凡尔球跳高较高
标称柱塞长度
标称上部加长短节长度
标称泵筒长度
标称下部加长短节长度
支承总成类型
M—机械式
标称油管外径
C—皮碗式
支承总成位置
A—顶部固定
泵筒类型
H—金属柱塞厚壁泵筒 W—金属柱塞薄壁泵筒
B—底部固定 T—底部动筒
标称泵径
S—软密封柱塞薄壁泵筒 X—金属柱塞薄壁泵筒， 薄壁形螺纹构形
泵的类型
T—管式泵 R—杆式泵
常见的影响泵正常工作的因素只要有液击和气体
1、液击 井下抽油泵在上冲程中，当泵腔未被液体完全充满时，泵腔顶部会 出现低气压顶，随后在下冲程中，游动阀一直处于关闭状态，直至与液 体接触时的一瞬间液压突然升高，阀被打开为止。
原因（1）供液不足；（2）泵进液孔局部堵塞，动液面上升，泵排量下降
措施（1）供液不足—合理工作制度； （2）泵进液孔局部堵塞—洗井或检泵
抽稠泵有较大的漏失量，且无固定阀组，因此下泵时不试压
（四）抽油泵组件的相关性能
1、抽油泵泵筒硬化方式有镀铬、渗碳两种； 泵筒最大长度10.5米；
泵筒壁厚有6.35mm（常规）、8mm（加厚）两种。
镀铬硬度HRC66—72，厚度0.08mm； 渗碳硬度HRC58—66，厚度0.6—1.0mm。 2、柱塞硬化方式为合金粉喷焊、镀铬；