探讨管式抽油泵可能达到的最大泵效
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2 31- 246 3. 0 10. 0 56 749. 0 742. 3 62 75 30700 0. 948 0. 815 0. 96 0. 77
3 32- 235 3. 0 6. 0 56 996. 2 988. 6 62 95 54700 0. 894 0. 882 0. 992 0. 78
8 33- N 2343. 0 3. 0 56 999. 4 984. 6 62 100 40800 0. 888 0. 807 0. 986 0. 71 9 34- 235 3. 0 7. 5 56 1001. 0 983. 6 62 100 45600 0. 897 0. 828 0. 994 0. 74 3 结论
选择是否合适, 通常影响泵效的因素主要有以下三 方面: 一是地质因素, 如油井出砂、气体、油井结蜡、 原油粘度高、原油中含有腐蚀性介质等影响; 二是设 备因素, 泵的制造质量、安装质量、衬套与活塞间隙 配合不当、或阀球与阀座不严等都会使泵效降低; 三 是工作方式的影响, 泵的工作参数选择不当, 也会降 低泵效。如果参数过大, 理论排量远远大于油层供液 能力。造成供不应求, 泵效自然很低; 冲次过快, 会造 成油来不及进入泵工作筒, 使泵效降低; 泵挂过深, 使冲程损失过大, 也会降低泵效。 2 最大泵效的影响因素及计算方法
通过对前置电路板研制, 解决了前置电路板易 损坏且不易购买的难题, 一块该电路板比购买厂家 可节约 2000 元, 一年至少可节约 10 万元。因此, 最 终成果不仅将使综合录井仪的材料费大幅度降低, 而且综合录井仪技术人员的技术水准也将会有较大 的提高。
〔参考文献〕 [ 1 ] 家电维修 2003 年合定本. [ 2 ] 高光天, 仪表放大器应用技术, 北京科学出版
4 32- 255 3. 0 4. 0 56 951. 0 52. 6 878. 9 62 90 58900 0. 898 0. 905 0. 990 0. 80
5 32- 3286 3. 0 6. 0 70 589. 0 584. 5 62 60 40300 0. 960 0. 869 0. 996 0. 83
98
内蒙古石油化工 2006 年第 5 期
探讨管式抽油泵可能达到的最大泵效
王建立
α
(中石化胜利油田作业二公司三大队)
摘 要: 计算单井所能达到的最大泵效, 不仅可以作为分析油井生产状况的重要依据, 而且还可以 用来判断深井泵的工作状况, 为低效井治理提供依据。
关键词: 泵效; 影响因素; 计算方法
油管 最大 泵效 泵效 泵效 泵效
序 冲程 泵径 泵深 杆长
防冲距
号
井号
冲次 (m) mm
m
杆长22m 直径
25m
cm
mm
载荷 Γ1 Γ2 Γ3 Γ KN (%) (%) (%) (%)
1 31- 206 3. 0 9. 0 56 846. 9 835. 0 62 80 44000 0. 930 0. 859 0. 995 0. 79
1 泵效及其影响的因素 泵效是指抽油泵井在生产过程中, 实际产液量
与泵的理论产液量的比值, 其计算公式为: Γ = Q 液 Q 理 × 100◊
式中: Γ—深井泵泵效% ; Q 液—油井实际日产量, 们; Q 理—泵的理论排量, t d; Q 理—KSN ; K —排量系数; N. —冲次, 次 m in; S—冲程, m。 泵效的高低反映了泵性能的好坏及抽油参数的
式中: L ′—为抽油杆伸长量, m ; N —抽油杆所 受的轴向力, N ; L —2. 06×1011, P a; L F —实际防冲 距的大小, m ; 此时的泵效:
Γ2 = l - (L F - L ′) S Β。 2. 2. 3 漏失量的影响
由于柱塞泵和泵筒存在配合间隙, 所以部分产 出液会通过柱塞泵筒间隙滑脱出来, 影响泵效, 这种 泵本身的泄漏叫做柱塞滑程, 可通过下面的公式来 近似的求出柱塞滑程:
抽油杆在正常生产时所承受的载荷主要有: 抽 油杆重量及活塞以上液柱重量 (称总静载荷) ; 抽油 杆和液柱的惯性载荷及抽油杆柱的震动载荷 (称总
动载荷)。在这些载荷的作用下引起抽油杆柱及油管
的弹性变形, 从而影响着活塞的冲程。 ①静载荷对活塞冲程的影响
当驴头开始上行时, 游动凡尔关闭, 液柱重量作 用在活塞上, 使抽油杆柱发生弹性伸长 (设抽油杆柱 的伸长 Κr) , 当悬点继续上行时油管由于卸去载荷要 缩短一段距离 (设油管缩短的距离为 Κt) , 所以我们 可以看到: 活塞有效的移动距离 (活塞冲程) sp 比驴 头冲程s 小Κ(静载荷引起的冲程损失量)。而Κ= Κr+ Κt。 Κ值可根据虎克定律来计算:
良好 良好
研制初步完成后制作的电路板, 在 T K451 井、 T K455 井、T K308J S 井、T K4- 22- 1 井、T K112H 井等多口井试验, 同时充分采纳了一线技术人员多 方面的意见与建议, 使该电路板更加实用。电子电路
的可靠性、稳定性得到进一步大大提高。解决了在现 场实际应用中存在的诸多具体问题, 所做电路板至 今未出现过技术问题。 试验结果见表 1。 3 结论与建议
6 33- 226 3. 0 6. 8 56 854. 0 836. 2 62 80 52300 0. 924 0. 890 0. 994 0. 82
7 33- 4226 3. 0 10. 5 56 799. 8 784. 9 62 70 25000 0. 942 0. 818 0. 996 0. 77
qs = 1. 38 × 1012 × d × ∃p × △d 3 (Λ × 1) 式中, q s—柱塞滑程, m 3 d; d—柱塞直径, m ; ∃p —柱 塞两端的压差,M Pa; △d—柱塞配合, m ; Λ—液体粘 度, cPa; l—柱塞的长度, m ; 柱 塞 滑 程 引 起 的 泵 效 为:
Κ= W L ′ L (1 f r + 1 f t) W L ′= f p e I L f g 如果为多级抽油杆, 则Κ= fp ·p 1′· Ilf·g (L l
f1+ L 2 f2+ L 3 f3+ L ft) E 式中: Κ冲程损失, m ; W L ′—考虑沉没度影响后
的液柱载荷, 为上下冲程中静载荷之差; fp、f r、f t— 活塞、抽油杆及油管金属截面积, m 2: L —抽油杆柱 总长度, m ; p l—液体密度, kg m。; E —钢的弹性模 数, 2. 06×1011, Pa; L f—泵深, m ; L l、L 2、L 3—每级 抽油杆的长度, m : f1、f2、f3—每级抽油杆的截面积, m 2。
Γ3 = (Q 液 - qs) Q 液 通过以上三种影响因素的定量分析计算, 单井 能达到的最大泵效为:
Γ = Γ1 × Γ2 × Γ3 2. 3 实例计算
根据上述公式计算孤东油田主力单元七区西的
189 口抽油井出了的单井最大泵效, 范围 0. 67～ 0. 89% , 与各种文献得出的单井的最大泵效在0. 7～ 0. 85 之间的结论基本吻合。表1 给出了91 口抽油井的 最大泵效。 其范围在 0. 71～ 0. 83 之间。 表 1 孤东油田部分油井最大泵效数据表
S p = s (1 + W r n 2L 1790f r E ) Κ ③震动载荷对活塞冲程的影响
由于抽油杆柱变速运动和液柱载荷周期性地作
用于抽油杆柱, 从而引起抽杆柱的弹性振动, 它所产 生的振动载荷亦作用于悬点上。 但目前尚无法预计
这部分载荷对抽油泵的影响, 所以此时可以不考虑。 因此, 由于受抽油杆和油管柱的弹性伸缩的影响, 此 时抽油泵的泵效为: 1l- Sp So。 2. 2. 2 充满程度的影响
在假定的状况 (条件) 下, 充满程度主要受防冲
距的影响。 防冲距的目的主要是考虑到抽油杆在轴
向拉力的作用下会伸长, 避免杆柱与工作筒底部发 生碰撞, 而上提的一定的距离。实际中多是根据泵挂 深度, 每100 米上提10 厘米, 但杆柱实际伸长量一般 都小于或等于所提距离, 所以活塞的实际冲程也小 于或等于理论冲程。 杆柱伸长量可通过公式求出: L ’= N ·u (E ·A )。
单井可能达到的最大泵效, 假设是指泵的生产 状况在不受地层供液能力、液体性质的影响, 生产参
数合理、泵的工作状况良好时, 抽油泵所能达到的最 大供液能力。
首先假定地层的供液能力较好, 地层液体为清 水, 不含溶解气或含少量溶解气, 抽油井的工作参数 合理, 在这种条件下, 单井的泵效也要受以下三个因 素的影响, 也不可能达到 100% , 但此时抽油泵可能 达到一个最大泵效, 通过计算得出其最大泵效。 2. 1 影响最大泵效的因素
Κi= Κ ‘+ Κ’ Κi= W r·s·n ·2L 790f r·E W r= f r·p S·g· L 式中: W r 一抽油杆柱的重力, N ; f r—抽油杆的 截面积, m 2; p s—抽油杆材料的密度, p S = 7850kg m 3; L —抽油杆柱总长度, m ; 所以考虑其静、动载荷 后活塞的冲程为:
序号 仪器型号
传感器
试验 结果
4 SL Z- 2A 5 CPS- 2000 6 SL Z- 2A 7 SK- 2000 8 SL Z- 2A
温度、悬重套压、电导 出口流量
立压、池体积 出口流量
温度、悬重扭矩、出口流量
良好 良好 良好 良好 良好
9 SL Z- 2A 10 SK- 2000
温度、悬重、扭矩 池体积、出口流量
从深井泵工作的三个环节 (活塞让出体积、原油 进泵和从泵内排出原油) 来看, 在假定的条件下, 此 时影响泵效的因素可简化为以下三个方面:
①抽油杆和油管柱的弹性伸缩 由于深井泵的工作特点, 抽油杆柱和油管在工 作过程中承受着交变载荷, 从而发生弹性伸缩, 使活 塞冲程 ( sp ) 小于光杆冲程 ( s) , 这是造成泵效小于 100% 的不可避免的因素。 ②充满程度的影响 此时泵的充满程度将不受气体或泵排量大于油 层供液能力时进入泵内液体减少的影响, 主要是考 虑到防冲距的影响, 由于实际生产中, 防冲距多是根 据经验公式得出, 所以充满系数p ≤l。 ③漏失量的影响 活塞与衬套的间隙及凡尔和其它连接部件的漏 失都会使实际排量减少。 通常金属柱塞泵和泵筒的 配合间隙分为三个等级。 其中一级间隙为 0. 02～
②惯性载荷对活塞冲程的影响
当悬点上升到上死点时, 速度趋近于零, 但抽油 杆柱有向下的最大加速度和向上的最大惯性载荷, 使抽油杆减载而缩短。所以悬点到达上死点后, 抽油 杆在惯性力的作用下还会带着活塞继续上行, 使活 塞比静载荷时向上多移动一段距离Κ。当悬点下行到 下死点后, 抽油杆的惯性力向下, 使抽油杆柱伸长, 活塞又比静载变形时向下多移动一段距离入。因此, 由于惯性载荷作用, 使活塞冲程比只有静载荷时要 增加 Κi。
通过计算看出, 抽油泵在假定的条件下, 泵效在 0. 71～ 0. 83 之间, 即使抽油Biblioteka Baidu在理想状态下工作, 其最大泵效也很难达到100% (不包括喷抽井)。在实 际生产中, 由于泵效的影响因素多而复杂, 所以实际 泵效总要小于计算的最大泵效。 计算出单井的最大 泵效, 不仅可以作为分析油井生产状况的重要依据, 而且可以用来判断深井泵的工作状况, 为低效井治 理提供依据。
社, 1995.
α 收稿日期: 2006- 02- 16
2006 年第 5 期 王建立 探讨管式抽油泵可能达到的最大泵效
99
0. 07mm , 二级间隙为 0. 07～ 0. 12mm , 三级间隙为 0. 12～ 0. 17mm。 2. 2 三种因素对泵效影响的定量计算 2. 2. 1 活塞冲程的影响
3 32- 235 3. 0 6. 0 56 996. 2 988. 6 62 95 54700 0. 894 0. 882 0. 992 0. 78
8 33- N 2343. 0 3. 0 56 999. 4 984. 6 62 100 40800 0. 888 0. 807 0. 986 0. 71 9 34- 235 3. 0 7. 5 56 1001. 0 983. 6 62 100 45600 0. 897 0. 828 0. 994 0. 74 3 结论
选择是否合适, 通常影响泵效的因素主要有以下三 方面: 一是地质因素, 如油井出砂、气体、油井结蜡、 原油粘度高、原油中含有腐蚀性介质等影响; 二是设 备因素, 泵的制造质量、安装质量、衬套与活塞间隙 配合不当、或阀球与阀座不严等都会使泵效降低; 三 是工作方式的影响, 泵的工作参数选择不当, 也会降 低泵效。如果参数过大, 理论排量远远大于油层供液 能力。造成供不应求, 泵效自然很低; 冲次过快, 会造 成油来不及进入泵工作筒, 使泵效降低; 泵挂过深, 使冲程损失过大, 也会降低泵效。 2 最大泵效的影响因素及计算方法
通过对前置电路板研制, 解决了前置电路板易 损坏且不易购买的难题, 一块该电路板比购买厂家 可节约 2000 元, 一年至少可节约 10 万元。因此, 最 终成果不仅将使综合录井仪的材料费大幅度降低, 而且综合录井仪技术人员的技术水准也将会有较大 的提高。
〔参考文献〕 [ 1 ] 家电维修 2003 年合定本. [ 2 ] 高光天, 仪表放大器应用技术, 北京科学出版
4 32- 255 3. 0 4. 0 56 951. 0 52. 6 878. 9 62 90 58900 0. 898 0. 905 0. 990 0. 80
5 32- 3286 3. 0 6. 0 70 589. 0 584. 5 62 60 40300 0. 960 0. 869 0. 996 0. 83
98
内蒙古石油化工 2006 年第 5 期
探讨管式抽油泵可能达到的最大泵效
王建立
α
(中石化胜利油田作业二公司三大队)
摘 要: 计算单井所能达到的最大泵效, 不仅可以作为分析油井生产状况的重要依据, 而且还可以 用来判断深井泵的工作状况, 为低效井治理提供依据。
关键词: 泵效; 影响因素; 计算方法
油管 最大 泵效 泵效 泵效 泵效
序 冲程 泵径 泵深 杆长
防冲距
号
井号
冲次 (m) mm
m
杆长22m 直径
25m
cm
mm
载荷 Γ1 Γ2 Γ3 Γ KN (%) (%) (%) (%)
1 31- 206 3. 0 9. 0 56 846. 9 835. 0 62 80 44000 0. 930 0. 859 0. 995 0. 79
1 泵效及其影响的因素 泵效是指抽油泵井在生产过程中, 实际产液量
与泵的理论产液量的比值, 其计算公式为: Γ = Q 液 Q 理 × 100◊
式中: Γ—深井泵泵效% ; Q 液—油井实际日产量, 们; Q 理—泵的理论排量, t d; Q 理—KSN ; K —排量系数; N. —冲次, 次 m in; S—冲程, m。 泵效的高低反映了泵性能的好坏及抽油参数的
式中: L ′—为抽油杆伸长量, m ; N —抽油杆所 受的轴向力, N ; L —2. 06×1011, P a; L F —实际防冲 距的大小, m ; 此时的泵效:
Γ2 = l - (L F - L ′) S Β。 2. 2. 3 漏失量的影响
由于柱塞泵和泵筒存在配合间隙, 所以部分产 出液会通过柱塞泵筒间隙滑脱出来, 影响泵效, 这种 泵本身的泄漏叫做柱塞滑程, 可通过下面的公式来 近似的求出柱塞滑程:
抽油杆在正常生产时所承受的载荷主要有: 抽 油杆重量及活塞以上液柱重量 (称总静载荷) ; 抽油 杆和液柱的惯性载荷及抽油杆柱的震动载荷 (称总
动载荷)。在这些载荷的作用下引起抽油杆柱及油管
的弹性变形, 从而影响着活塞的冲程。 ①静载荷对活塞冲程的影响
当驴头开始上行时, 游动凡尔关闭, 液柱重量作 用在活塞上, 使抽油杆柱发生弹性伸长 (设抽油杆柱 的伸长 Κr) , 当悬点继续上行时油管由于卸去载荷要 缩短一段距离 (设油管缩短的距离为 Κt) , 所以我们 可以看到: 活塞有效的移动距离 (活塞冲程) sp 比驴 头冲程s 小Κ(静载荷引起的冲程损失量)。而Κ= Κr+ Κt。 Κ值可根据虎克定律来计算:
良好 良好
研制初步完成后制作的电路板, 在 T K451 井、 T K455 井、T K308J S 井、T K4- 22- 1 井、T K112H 井等多口井试验, 同时充分采纳了一线技术人员多 方面的意见与建议, 使该电路板更加实用。电子电路
的可靠性、稳定性得到进一步大大提高。解决了在现 场实际应用中存在的诸多具体问题, 所做电路板至 今未出现过技术问题。 试验结果见表 1。 3 结论与建议
6 33- 226 3. 0 6. 8 56 854. 0 836. 2 62 80 52300 0. 924 0. 890 0. 994 0. 82
7 33- 4226 3. 0 10. 5 56 799. 8 784. 9 62 70 25000 0. 942 0. 818 0. 996 0. 77
qs = 1. 38 × 1012 × d × ∃p × △d 3 (Λ × 1) 式中, q s—柱塞滑程, m 3 d; d—柱塞直径, m ; ∃p —柱 塞两端的压差,M Pa; △d—柱塞配合, m ; Λ—液体粘 度, cPa; l—柱塞的长度, m ; 柱 塞 滑 程 引 起 的 泵 效 为:
Κ= W L ′ L (1 f r + 1 f t) W L ′= f p e I L f g 如果为多级抽油杆, 则Κ= fp ·p 1′· Ilf·g (L l
f1+ L 2 f2+ L 3 f3+ L ft) E 式中: Κ冲程损失, m ; W L ′—考虑沉没度影响后
的液柱载荷, 为上下冲程中静载荷之差; fp、f r、f t— 活塞、抽油杆及油管金属截面积, m 2: L —抽油杆柱 总长度, m ; p l—液体密度, kg m。; E —钢的弹性模 数, 2. 06×1011, Pa; L f—泵深, m ; L l、L 2、L 3—每级 抽油杆的长度, m : f1、f2、f3—每级抽油杆的截面积, m 2。
Γ3 = (Q 液 - qs) Q 液 通过以上三种影响因素的定量分析计算, 单井 能达到的最大泵效为:
Γ = Γ1 × Γ2 × Γ3 2. 3 实例计算
根据上述公式计算孤东油田主力单元七区西的
189 口抽油井出了的单井最大泵效, 范围 0. 67～ 0. 89% , 与各种文献得出的单井的最大泵效在0. 7～ 0. 85 之间的结论基本吻合。表1 给出了91 口抽油井的 最大泵效。 其范围在 0. 71～ 0. 83 之间。 表 1 孤东油田部分油井最大泵效数据表
S p = s (1 + W r n 2L 1790f r E ) Κ ③震动载荷对活塞冲程的影响
由于抽油杆柱变速运动和液柱载荷周期性地作
用于抽油杆柱, 从而引起抽杆柱的弹性振动, 它所产 生的振动载荷亦作用于悬点上。 但目前尚无法预计
这部分载荷对抽油泵的影响, 所以此时可以不考虑。 因此, 由于受抽油杆和油管柱的弹性伸缩的影响, 此 时抽油泵的泵效为: 1l- Sp So。 2. 2. 2 充满程度的影响
在假定的状况 (条件) 下, 充满程度主要受防冲
距的影响。 防冲距的目的主要是考虑到抽油杆在轴
向拉力的作用下会伸长, 避免杆柱与工作筒底部发 生碰撞, 而上提的一定的距离。实际中多是根据泵挂 深度, 每100 米上提10 厘米, 但杆柱实际伸长量一般 都小于或等于所提距离, 所以活塞的实际冲程也小 于或等于理论冲程。 杆柱伸长量可通过公式求出: L ’= N ·u (E ·A )。
单井可能达到的最大泵效, 假设是指泵的生产 状况在不受地层供液能力、液体性质的影响, 生产参
数合理、泵的工作状况良好时, 抽油泵所能达到的最 大供液能力。
首先假定地层的供液能力较好, 地层液体为清 水, 不含溶解气或含少量溶解气, 抽油井的工作参数 合理, 在这种条件下, 单井的泵效也要受以下三个因 素的影响, 也不可能达到 100% , 但此时抽油泵可能 达到一个最大泵效, 通过计算得出其最大泵效。 2. 1 影响最大泵效的因素
Κi= Κ ‘+ Κ’ Κi= W r·s·n ·2L 790f r·E W r= f r·p S·g· L 式中: W r 一抽油杆柱的重力, N ; f r—抽油杆的 截面积, m 2; p s—抽油杆材料的密度, p S = 7850kg m 3; L —抽油杆柱总长度, m ; 所以考虑其静、动载荷 后活塞的冲程为:
序号 仪器型号
传感器
试验 结果
4 SL Z- 2A 5 CPS- 2000 6 SL Z- 2A 7 SK- 2000 8 SL Z- 2A
温度、悬重套压、电导 出口流量
立压、池体积 出口流量
温度、悬重扭矩、出口流量
良好 良好 良好 良好 良好
9 SL Z- 2A 10 SK- 2000
温度、悬重、扭矩 池体积、出口流量
从深井泵工作的三个环节 (活塞让出体积、原油 进泵和从泵内排出原油) 来看, 在假定的条件下, 此 时影响泵效的因素可简化为以下三个方面:
①抽油杆和油管柱的弹性伸缩 由于深井泵的工作特点, 抽油杆柱和油管在工 作过程中承受着交变载荷, 从而发生弹性伸缩, 使活 塞冲程 ( sp ) 小于光杆冲程 ( s) , 这是造成泵效小于 100% 的不可避免的因素。 ②充满程度的影响 此时泵的充满程度将不受气体或泵排量大于油 层供液能力时进入泵内液体减少的影响, 主要是考 虑到防冲距的影响, 由于实际生产中, 防冲距多是根 据经验公式得出, 所以充满系数p ≤l。 ③漏失量的影响 活塞与衬套的间隙及凡尔和其它连接部件的漏 失都会使实际排量减少。 通常金属柱塞泵和泵筒的 配合间隙分为三个等级。 其中一级间隙为 0. 02～
②惯性载荷对活塞冲程的影响
当悬点上升到上死点时, 速度趋近于零, 但抽油 杆柱有向下的最大加速度和向上的最大惯性载荷, 使抽油杆减载而缩短。所以悬点到达上死点后, 抽油 杆在惯性力的作用下还会带着活塞继续上行, 使活 塞比静载荷时向上多移动一段距离Κ。当悬点下行到 下死点后, 抽油杆的惯性力向下, 使抽油杆柱伸长, 活塞又比静载变形时向下多移动一段距离入。因此, 由于惯性载荷作用, 使活塞冲程比只有静载荷时要 增加 Κi。
通过计算看出, 抽油泵在假定的条件下, 泵效在 0. 71～ 0. 83 之间, 即使抽油Biblioteka Baidu在理想状态下工作, 其最大泵效也很难达到100% (不包括喷抽井)。在实 际生产中, 由于泵效的影响因素多而复杂, 所以实际 泵效总要小于计算的最大泵效。 计算出单井的最大 泵效, 不仅可以作为分析油井生产状况的重要依据, 而且可以用来判断深井泵的工作状况, 为低效井治 理提供依据。
社, 1995.
α 收稿日期: 2006- 02- 16
2006 年第 5 期 王建立 探讨管式抽油泵可能达到的最大泵效
99
0. 07mm , 二级间隙为 0. 07～ 0. 12mm , 三级间隙为 0. 12～ 0. 17mm。 2. 2 三种因素对泵效影响的定量计算 2. 2. 1 活塞冲程的影响