有杆泵采油

气锚
• 气锚的作用是在井下流体进入泵前将部分气体分离出来，减小气体对泵的影 响，提高泵效。气锚装在泵的入口处，在油进入泵前将其中的部分气体分离 出来，减少进入泵筒内的气量。
• 工作原理:
• 气锚通过离心分离原理将进入气锚内的气液混合液体进行分离，分离后的液 体再经重力分离和偏心分离，分离后的液体进入油管，而分离出的气体被排 入环空，从而达到气液有效分离的目的。 •
油管锚
• 油管锚是一种生产及措施井井下管柱锚定用井下装置， 可以改善管柱受力状态，降低管柱疲劳损坏，控制管柱 的伸缩，减少漏失，延长管柱的使用寿命。在有杆泵抽 油生产过程中对管柱进行固定，可以减少冲程损失，提 高泵效；在压裂、酸化等工艺中对管柱进行固定，可以 提高井下工具及管柱的承压能力。 • 机械式卡瓦油管锚、液压油管锚、油管张力锚、液压单 向卡瓦油管锚和液压双向卡瓦油管锚5类。
柱塞与衬套间隙漏失计算
静止条件下的漏失量：
De3 g H q1 12 l
1 柱塞向上运动时上带液量： 2 2 De p
q
De3 g H 1 . De p q 柱塞向上运动时漏失量为： q1 q2 12 l 2
只考虑柱塞间隙漏失时，漏失系数为：
86400 2 L 1 B Qt
(三)抽油杆柱的振动对柱塞冲程的影响
液柱载荷交变作用 抽油杆柱振动 抽油杆柱变速运动 抽油杆柱变形
理论分析和实验研究表明：抽油杆柱本身振动的相位在
上下冲程中几乎是对称的，即如果上冲程末抽油杆柱伸长，则 下冲程末抽油杆柱缩短。因此，抽油杆振动引起的伸缩对柱塞 冲程的影响是一致 ，即要增加都增加，要减小都减小。其增 减情况取决于抽油杆柱自由振动与悬点摆动引起的强迫振动的
412
372
轻、中负荷油井 轻、中负荷并有腐 蚀介质的油井
(二)抽油杆柱设计步骤
(1) 不等强度设计方法
PLi 100%
油管
(2) 等强度设计方法
抽油泵 套管
PLi 100%
PL1 PL2 ......
抽油杆柱设计方法 Rod String Design Methods
L3 由下向上计 算每段杆柱 顶端面的最 大、最小载 荷,计算每段 杆柱顶端面 的应力范围 比PLi。 确定顶端面应 力范围比为 [PL]的第一级 杆长L1，第二 级杆长 L2=L-L1，杆 L1 确定顶端面应 力范围比为 [PL]的第二级 杆长L2，第三 级杆长 L3=L-L1-L2， L1 L２
气 锚 分 离 原 理
1
2 3
4 5
6
7
a 简单气锚 1—孔眼； 2—吸入管； 3—外筒
b 井下分离器 4—中心管； 5—外筒； 6—套管； 7—封隔器 油
气
1-液体进泵； 2-分流腔； 3-排气孔； 4-排气阀； 5-气帽； 6-螺片； 7-中心管； 8-外壳； 9-进液。
二级气锚示意图
螺旋气锚示意图
I rd L Wr sn2 L r 下冲程： '' 1 2 f r E 2 1790 f r E l
由于抽油杆柱上各点所承受的惯性力不同，计算中近似 取其平均值，即： 2
Wr Sn L i 1790 f r E
因此，考虑静载荷和惯性载荷后的柱塞冲程为：
Wr n 2 L ) S p S i S (1 1790 f r E
200m，500m，800m
各级杆柱上端面的应力范围比： 35%，90%，90%
L1 L1
此时杆柱在安全范围内最轻。
(2)等强度设计方法
PLi 100%
PL1 PL2 ......
L1
L1
如最上面一极杆柱上端面处的应 力范围比与其余各级杆柱的上端 面的应力范围比相差很多，则降 低许用应力范围比，重新设计， 直到各级杆柱的上端面的应力范 围比接近为止。 例如从上到下各级杆长： 400m，400m，700m 各级杆柱上端面的应力范围比： 71%，72%，69% 此时各级杆柱强度近似相等。
径加粗一级继
续计算。
杆径加粗一级
继续。
L3
i max i min PLi 100% iall i min
T iall ( 0.5625 i min ) SF 4
L２
Pi max i max f ri
Pi max
Pi min i min f ri
相位配合。
抽油杆柱振动对柱塞 冲程的影响存在着冲 次、冲程配合的有利
与不利区域。
n´o为多级抽油杆 的固有频率
15a n´o Fc L
二、泵的充满程度
气锁：抽汲时由于气体在泵内压缩和膨胀，吸入和排出阀无 法打开，出现抽不出油的现象。 充满系数：

1 KR Vl ' 1 K K 1R Vp 1R
L1
L1
Wri SN 2 r Wri Wl (1 ) 1790 l
SN 2 r Pi min Wir Wir (1 ) 1790 l
(1) 不等强度设计方法
PLi 100%
除最上面一极杆柱的上端面外，
其余各级杆柱的上端面都处于许
用应力范围比的上限。 例如从上到Байду номын сангаас各级杆长：
抽油杆的杆体直径：13、16、19、22、25、28、32、38mm
抽油杆的长度一般为8000mm或7620mm，另外，为了调节 抽油杆柱的长度，还有长度不等的抽油杆短节。 抽油杆的强度：C级杆、D级杆、 K级杆 常规钢抽油杆的机械性能 钢级 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) C D K 794 965 620 794 588 794 620 使用范围 重负荷油井
q
四、提高泵效的措施
(1)选择合理的工作方式
①选用大冲程、小泵径，减小气体影响，降低悬点载荷。
②连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。
③深井抽汲时，S和N的选择一定要避开不利配合区。 (2)确定合理沉没度。 (3)改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。 (4)使用油管锚减少冲程损失 (5)合理利用气体能量及减少气体影响
第五节 有杆抽油系统设计
一、抽油杆强度计算及杆柱设计
抽油杆设计：抽油杆柱的长度、直径、组合及材料。
抽油杆柱工作时承受着交变负荷所产生的非对称循环应
力作用。
fr 在交变负荷作用下，抽油杆柱往往是由于疲劳而发生 破坏，而不是在最大拉应力下破坏。因此，抽油杆柱必须
根据疲劳强度来进行计算。
max Pmax fr
下死点静止状态下柱 塞与泵吸入口的距离
三、泵的漏失
(1) 排出部分漏失
(2) 吸入部分漏失
(3) 其它部分漏失 如油管丝扣、泵的连接部分及泄油器密封 不严等。 漏失很难计算，除了新泵可根据试泵实验 测试结果和相关式估算外，泵由于磨损、 砂蜡卡和腐蚀所产生的漏失以及油管丝扣、 泵的连接部分和泄油器不严等所产生的漏 失很难计算。
不变的，它们不会影响柱塞冲程。
上冲程（左）：载荷由从 油管转移到抽油杆，抽油 杆伸长，油管缩短。
Sp
下冲程（右）：载荷由从 抽油杆转移到油管，油管 伸长，抽油杆缩短。
冲程损失：
r t
柱塞冲程： S p S ( r t ) S
抽油杆和油管弹性伸缩示意图
W1' L 1 1 f p 1L f g L L 冲程损失计算式： E f r ft E f r ft
二、有杆抽油井生产系统设计
有杆抽油系统组成：
(1) (2) (3) (4) IPR 运动学和 井筒多相 油层 地面多相 动力学规 流规律 井筒 流规律 律 采油设备(机、杆、泵等) 地面出油管线
有杆抽油系统设计内容：
(1) (2) (3) (4) 油井流入动态计算； 采油设备(机、杆、泵等)选择； 抽汲参数(冲程、冲次、泵径和下泵深度等)确定； 工况指标预测。
油管锚
• 用途：
•
•
用于油田采用抽油机采油时，将油管锚定在套管上，以防止 油管上、下窜动的一种工具。
组成：
•
由接箍、中心管、牵引体、摩擦块、复位弹簧、上锥体、下 锥体、卡瓦套、双向卡瓦，安全销，安全销帽及下端接头等 组成。
原理
•
•
通过上锥体与下锥体的共同作用，使双向卡瓦压缩复位弹簧 ，让其附着在套管内壁上，使油管串相对固定在套管上，从 而使油管串不能随抽油杆上下运动而产生蠕动。提高了抽油 机油泵的采油效率，解决了油管串受抽油杆的上下运动而作 反复伸缩运动产生疲劳后断裂，油管串掉入井底的问题，是 一种使油管串锚定最理想的工具。
加速度和向上的最大惯性载荷，抽油杆在惯性载荷的作用下
还会带着柱塞继续上行 。 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，柱塞又比静载变形时向下多移动一段距离 。 柱塞冲程增加量： i
根据虎克定律，惯性载荷引起的柱塞冲程增量为：
I rd L Wr sn2 L r 上冲程： ' 1 2 f r E 2 1790 f r E l
V活
Sp S
(3) 漏失影响（活塞与衬套、凡尔）
一、柱塞冲程
交变载荷作用 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩 柱塞冲程小于光杆冲程 泵效小于1
(一)静载荷作用下的柱塞冲程
液柱载荷交替地由油管转移到抽油杆柱和由抽油杆柱转 移到油管，使杆柱和管柱发生交替地伸长和缩短。
抽油杆柱和油管柱的自重伸长在泵工作的整个过程中是
• 技术参数：
• 最大外径：104mm • 长度：3.8m、4.8m、5.8m • 两端连接丝扣：2/8TBG
• 注意事项：
• • • • 1、将气锚随生产管柱联入泵下一根油管处； 2、气锚下端可联接100-200m小直径油管做尾管； 3、丝扣连接时，母扣在上，公扣在下； 4、使用气锚必须配套泵上定压放气阀或井口定压放 气阀，以确保气锚效率。
2.修正古德曼图
all ( 0.5625 min )SF
4
T
安全区
强度条件： max all
抽油杆使用系数取决于 流体的性质应力范围比： max min PL 100% all min
修正古德曼图
3.抽油杆（rod）
主要功能：传递能量
1-外螺纹接头； 2-卸荷槽； 3-推承面台肩； 4-扳手方径； 5-凸缘； 6-圆弧过渡区
Ap l L f g L m Li 多级抽油杆的冲程损失： ( ) E A t i 1 Ari 冲程损失的影响因素分析：
(1) 油层供液状况和生产流体的性质；
(2) 抽油杆和油管的性质、组合；
(3) 下泵深度； (4) 抽油泵的规格。
(二)考虑惯性载荷后柱塞冲程的计算
当悬点上升到上死点时，抽油杆柱有向下的(负的)最大
经济、有效地举升原油。
有杆抽油系统设计目标：
有杆抽油系统设计依据： 油藏供液能力 有杆抽油系统设计理论基础：节点系统分析方法 有杆抽油系统设计基础数据：
(1) 油井和油层数据； (2) 流体物性参数； (3) 油井生产数据。
有杆抽油井生产系统设计步骤：
min Pmin
(一)抽油杆强度计算方法
1.И.А奥金格公式
许用应力 折算应力
强度条件： c 1
循环应力的 应力幅
1
a
1 K
c a max
2fr
max min Pmax Pmin
2
注意：
①对于深井，通常多级组合抽油杆柱。 ②采用下部加重杆柱，既可提高抽油杆刚度和强度， 又可克服活塞下行阻力，以减小弯曲。
第三章 常规有杆泵采油
第四节 泵效计算
泵效：在抽油井生产过程中，实际产量与理论产量的比值。
Q / Qt
泵效为0.7～0.8，就认为泵的工作良好。 泵工作的三个基本环节：活塞让出体积，原油进泵，原油排出
影响泵效的因素
(1) 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩 入 (2) 气体和充不满的影响 V液
余隙比： K Vs / Vp
气液比：
R Vg / Vl
充满系数推导过程P139。
气体对充满程度的影响
泵充满程度的影响因素分析：

1K
1R
K
1 KR 1R
泵吸入 口压力
(1) 生产流体的性质—气液比
R愈小，β值就越大。增加泵的沉没深度或使用气锚。 (2) 防冲距 K值越小， β 值就越大。尽量减小防冲距，以减小余隙。