抽油泵工況分析

1、抽油泵工況分析抽油泵工況分析 采油三隊(duì)：尤立紅采油三隊(duì)：尤立紅 2005年年11月月 一、抽油泵的結(jié)構(gòu) 二、抽油泵的工作原理 三、理論示功圖的分析 四、典型示功圖 目 錄 抽油泵是有桿抽抽油泵是有桿抽 油系統(tǒng)的井下關(guān)油系統(tǒng)的井下關(guān) 鍵設(shè)備，安裝在鍵設(shè)備，安裝在 油管的下部，沉油管的下部，沉 沒(méi)在井液中，通沒(méi)在井液中，通 過(guò)抽油機(jī)、抽油過(guò)抽油機(jī)、抽油 桿傳遞動(dòng)力抽汲桿傳遞動(dòng)力抽汲 井內(nèi)的液體。井內(nèi)的液體。 抽油泵抽油泵 對(duì)抽油泵的基本要求：對(duì)抽油泵的基本要求： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高； 工作可靠，使用壽命長(zhǎng)；工作可靠，使用壽命長(zhǎng)； 便于起下而且規(guī)格類型能滿足不同便于起下而且規(guī)格類型能

2、滿足不同 油田的采油工藝需要；油田的采油工藝需要； 排出閥排出閥 閥閥 座座 閥閥 球球 閥閥 罩罩 排出閥排出閥 閥閥 座座 閥閥 球球 閥閥 罩罩 吸入閥吸入閥 閥閥 座座 閥閥 球球 閥閥 罩罩 鍍鉻鍍鉻 防砂槽防砂槽 活活 塞塞 內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋 接箍接箍 襯套襯套 外管外管 工工 作作 筒筒 一、抽油泵的結(jié)構(gòu)一、抽油泵的結(jié)構(gòu) 二、泵的工作原理二、泵的工作原理 泵的活塞上、下運(yùn)動(dòng)一次稱泵的活塞上、下運(yùn)動(dòng)一次稱 為一個(gè)沖程，可分為上沖程和下沖為一個(gè)沖程，可分為上沖程和下沖 程。程。 P1：活塞以上液柱：活塞以上液柱 產(chǎn)生的壓力；產(chǎn)生的壓力； P2 ：泵筒內(nèi)的壓力；：泵筒內(nèi)的壓力； P3：油套

3、環(huán)形空間：油套環(huán)形空間 的沉沒(méi)壓力；的沉沒(méi)壓力； P1 P3 P2 1.上沖程上沖程 抽油桿柱帶動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)。抽油桿柱帶動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)。 在這個(gè)過(guò)程中，游動(dòng)閥受在這個(gè)過(guò)程中，游動(dòng)閥受P1的作的作 用而關(guān)閉，排出活塞上部泵筒內(nèi)用而關(guān)閉，排出活塞上部泵筒內(nèi) 的液體，柱塞下面的泵腔容積增的液體，柱塞下面的泵腔容積增 大，大，P2隨之降低。當(dāng)隨之降低。當(dāng)P3P2時(shí)，固時(shí)，固 定閥克服重力而被打開(kāi)，井內(nèi)液定閥克服重力而被打開(kāi)，井內(nèi)液 體進(jìn)入泵內(nèi)，充滿活塞上行所讓體進(jìn)入泵內(nèi)，充滿活塞上行所讓 出的空間，吸液進(jìn)泵而排液出井。出的空間，吸液進(jìn)泵而排液出井。 于此同時(shí)，抽油桿由于加載而伸于此同時(shí)，抽油桿由于加

4、載而伸 長(zhǎng)，油管卸載而縮短長(zhǎng)，油管卸載而縮短。 P1 P2 P3 2.下沖程下沖程 抽油桿柱帶動(dòng)活塞向下運(yùn)抽油桿柱帶動(dòng)活塞向下運(yùn) 動(dòng)。泵筒內(nèi)液體受壓，動(dòng)。泵筒內(nèi)液體受壓，P2上升，上升， 當(dāng)當(dāng)P2P3時(shí)，固定閥就關(guān)閉，時(shí)，固定閥就關(guān)閉， 活塞繼續(xù)下行，泵內(nèi)壓力繼續(xù)活塞繼續(xù)下行，泵內(nèi)壓力繼續(xù) 升高。當(dāng)升高。當(dāng)P2 P1 時(shí)，游動(dòng)閥被時(shí)，游動(dòng)閥被 頂開(kāi)，活塞下部的液體通過(guò)游頂開(kāi)，活塞下部的液體通過(guò)游 動(dòng)閥及活塞排向油管，排液出動(dòng)閥及活塞排向油管，排液出 泵。于此同時(shí)，抽油桿由于卸泵。于此同時(shí)，抽油桿由于卸 載而縮短，油管加載而伸長(zhǎng)。載而縮短，油管加載而伸長(zhǎng)。 P1 P2 P3 上沖程是泵內(nèi)吸入液體

5、，而井口上沖程是泵內(nèi)吸入液體，而井口 排出液體的過(guò)程，造成吸液入泵的排出液體的過(guò)程，造成吸液入泵的 條件是泵內(nèi)壓力低于沉沒(méi)壓力，即條件是泵內(nèi)壓力低于沉沒(méi)壓力，即 P2 P1 。 在一個(gè)沖程中，抽油泵完成一在一個(gè)沖程中，抽油泵完成一 次進(jìn)油和排油過(guò)程，這樣活塞不斷次進(jìn)油和排油過(guò)程，這樣活塞不斷 上下運(yùn)動(dòng)，將液體排出井口。上下運(yùn)動(dòng)，將液體排出井口。 P2 P1 P3 P1 P3 P2 三、理論示功圖的分析三、理論示功圖的分析 抽油泵工作狀況的好壞，直接抽油泵工作狀況的好壞，直接 影響抽油井的系統(tǒng)效率，因此，需影響抽油井的系統(tǒng)效率，因此，需 要經(jīng)常進(jìn)行分析，以便采取相應(yīng)的要經(jīng)常進(jìn)行分析，以便采取相應(yīng)

6、的 措施。分析抽油泵工作狀況常用地措施。分析抽油泵工作狀況常用地 面實(shí)測(cè)示功圖。面實(shí)測(cè)示功圖。 示功圖示功圖 在抽油過(guò)程中，儀器將光桿上負(fù)荷的變化轉(zhuǎn)變?cè)诔橛瓦^(guò)程中，儀器將光桿上負(fù)荷的變化轉(zhuǎn)變 為儀器測(cè)力系統(tǒng)內(nèi)液體的壓力的變化，并通過(guò)形成為儀器測(cè)力系統(tǒng)內(nèi)液體的壓力的變化，并通過(guò)形成 的變換系統(tǒng)確保變化的壓力與光桿的行程有一一對(duì)的變換系統(tǒng)確保變化的壓力與光桿的行程有一一對(duì) 應(yīng)關(guān)系。在光桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)一周后，就可以得到一個(gè)應(yīng)關(guān)系。在光桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)一周后，就可以得到一個(gè) 封閉的曲線，此曲線表示光桿在每一個(gè)位置上負(fù)荷封閉的曲線，此曲線表示光桿在每一個(gè)位置上負(fù)荷 的大小，封閉曲線的面積表示泵在一個(gè)行程中所作的大

7、小，封閉曲線的面積表示泵在一個(gè)行程中所作 的功的多少。的功的多少。 由于抽油井的情況較為復(fù)雜，在生產(chǎn)由于抽油井的情況較為復(fù)雜，在生產(chǎn) 過(guò)程中，深井泵將受到制造質(zhì)量、安裝質(zhì)過(guò)程中，深井泵將受到制造質(zhì)量、安裝質(zhì) 量，以及砂、蠟、水、氣、稠油和腐蝕等量，以及砂、蠟、水、氣、稠油和腐蝕等 多種因素的影響，所以，實(shí)測(cè)示功圖的形多種因素的影響，所以，實(shí)測(cè)示功圖的形 狀很不規(guī)則。因此我們以理論示功圖及典狀很不規(guī)則。因此我們以理論示功圖及典 型示功圖為基礎(chǔ)，來(lái)分析和解釋實(shí)測(cè)示圖。型示功圖為基礎(chǔ)，來(lái)分析和解釋實(shí)測(cè)示圖。 1. 靜載荷作用的理論示功圖靜載荷作用的理論示功圖 靜載荷作用的理論示靜載荷作用的理論示 功

8、圖是在理想條件下繪功圖是在理想條件下繪 制出來(lái)的，為一平行四制出來(lái)的，為一平行四 邊形。邊形。 各條曲線的意義各條曲線的意義 ABC為上沖程靜載變化線，其中為上沖程靜載變化線，其中 AB為加載線。加載過(guò)程中，載荷逐漸為加載線。加載過(guò)程中，載荷逐漸 上升，直至點(diǎn)活塞以上油管內(nèi)液柱上升，直至點(diǎn)活塞以上油管內(nèi)液柱 重重W1和抽油桿柱重和抽油桿柱重Wr 都作用于驢都作用于驢 頭懸點(diǎn)上，使桿、管發(fā)生彈性變形，頭懸點(diǎn)上，使桿、管發(fā)生彈性變形， 而這一段變形量就被稱為沖程損失而這一段變形量就被稱為沖程損失， 包括桿損包括桿損1和管損和管損2。在這個(gè)過(guò)程中，。在這個(gè)過(guò)程中， 活塞并沒(méi)有跟著光桿發(fā)生位移，直到活

9、塞并沒(méi)有跟著光桿發(fā)生位移，直到 點(diǎn)點(diǎn)B加載結(jié)束，載荷增至最大加載結(jié)束，載荷增至最大 W大 大=Wr +W1 。 。 BC為上載荷線，此時(shí)活塞與泵筒開(kāi)始發(fā)生相對(duì)位移，固定閥開(kāi)為上載荷線，此時(shí)活塞與泵筒開(kāi)始發(fā)生相對(duì)位移，固定閥開(kāi) 始打開(kāi)液體進(jìn)泵，故為吸入過(guò)程，始打開(kāi)液體進(jìn)泵，故為吸入過(guò)程， 各條曲線的意義各條曲線的意義 CDA為下沖程靜為下沖程靜 載變化線，其中載變化線，其中CD 為卸載線。卸載過(guò)程為卸載線。卸載過(guò)程 中，懸點(diǎn)載荷在變小，中，懸點(diǎn)載荷在變小， 直至點(diǎn)，桿和管發(fā)直至點(diǎn)，桿和管發(fā) 生與上沖程相反生與上沖程相反 的彈性變形，直到的彈性變形，直到D點(diǎn)卸載結(jié)束，載荷降至最小點(diǎn)卸載結(jié)束，載荷降

10、至最小 Wr。DA為下載荷線，此時(shí)活塞與泵筒開(kāi)始發(fā)為下載荷線，此時(shí)活塞與泵筒開(kāi)始發(fā) 生相對(duì)位移，泵開(kāi)始排液，故生相對(duì)位移，泵開(kāi)始排液，故DA為排出過(guò)程。為排出過(guò)程。 考慮慣性載荷的理論示考慮慣性載荷的理論示 功圖是將慣性載荷疊加在靜功圖是將慣性載荷疊加在靜 載荷上，結(jié)果就是因慣性載載荷上，結(jié)果就是因慣性載 荷的影響使靜載荷理論示功荷的影響使靜載荷理論示功 圖被扭曲一個(gè)角度，并且變圖被扭曲一個(gè)角度，并且變 為不規(guī)則四邊形。為不規(guī)則四邊形。 2. 2. 慣性載荷作用的理論示功圖慣性載荷作用的理論示功圖 慣性力慣性力F=wrsn2/1790 慣性力與沖程成正比，與沖次的平慣性力與沖程成正比，與沖次的

11、平 方成正比。方成正比。 在能夠滿足油井生產(chǎn)需要的條件下，在能夠滿足油井生產(chǎn)需要的條件下， 要盡量選擇長(zhǎng)沖程慢沖次，調(diào)大工要盡量選擇長(zhǎng)沖程慢沖次，調(diào)大工 作參數(shù)時(shí)，首先要考慮調(diào)大沖程，作參數(shù)時(shí)，首先要考慮調(diào)大沖程， 其次才考慮沖次。其次才考慮沖次。 當(dāng)考慮振動(dòng)載荷時(shí)，則將由抽當(dāng)考慮振動(dòng)載荷時(shí)，則將由抽 油桿振動(dòng)引起的懸點(diǎn)載荷疊加油桿振動(dòng)引起的懸點(diǎn)載荷疊加 在四邊形上。由于抽油桿柱的在四邊形上。由于抽油桿柱的 振動(dòng)發(fā)生在粘性液體中，為阻振動(dòng)發(fā)生在粘性液體中，為阻 尼振動(dòng)，因此振動(dòng)載荷的影響尼振動(dòng)，因此振動(dòng)載荷的影響 將逐漸減弱。另外，由于振動(dòng)將逐漸減弱。另外，由于振動(dòng) 載荷的方向具有對(duì)稱性，反映

12、載荷的方向具有對(duì)稱性，反映 在示功圖上的振動(dòng)載荷也是按在示功圖上的振動(dòng)載荷也是按 上、下沖程對(duì)稱的。上、下沖程對(duì)稱的。 3. 3. 慣性與振動(dòng)載荷作用的理論示功圖慣性與振動(dòng)載荷作用的理論示功圖 由于氣體很容易被壓由于氣體很容易被壓 縮，表現(xiàn)在示功圖上便是縮，表現(xiàn)在示功圖上便是 加載和卸載均緩慢。如圖加載和卸載均緩慢。如圖 所示，氣體影響下示功圖所示，氣體影響下示功圖 的典型特征是呈現(xiàn)明顯的的典型特征是呈現(xiàn)明顯的 “刀把刀把”形。形。 4. 4. 氣體影響下的理論示功圖氣體影響下的理論示功圖 在下沖程末余隙內(nèi)還殘?jiān)谙聸_程末余隙內(nèi)還殘 存一定數(shù)量的溶解氣，上存一定數(shù)量的溶解氣，上 沖程開(kāi)始后泵內(nèi)的

13、壓力因沖程開(kāi)始后泵內(nèi)的壓力因 氣體膨脹而不能很快降低，氣體膨脹而不能很快降低， 使吸入閥打開(kāi)滯后使吸入閥打開(kāi)滯后(B點(diǎn)點(diǎn))、 加載緩慢。加載緩慢。 下沖程由于氣體受壓縮，下沖程由于氣體受壓縮， 泵內(nèi)壓力不能迅速提高，排泵內(nèi)壓力不能迅速提高，排 出閥打開(kāi)滯后出閥打開(kāi)滯后(D點(diǎn)點(diǎn))，因此，因此 使得卸載變得緩慢使得卸載變得緩慢(CD)。 P2 P3 P3 P2 P1 P1 1）、盡量減小防沖距，減小余隙容積；）、盡量減小防沖距，減小余隙容積； 2）、加深泵掛深度，以增加沉沒(méi)度；）、加深泵掛深度，以增加沉沒(méi)度； 3）、在泵的吸入口處加氣錨，使氣體在進(jìn)泵前分離，）、在泵的吸入口處加氣錨，使氣體在進(jìn)泵前

14、分離， 防止和減少氣體進(jìn)泵；防止和減少氣體進(jìn)泵； 4）、合理的工作參數(shù)，一般采用大泵徑、長(zhǎng)沖程、）、合理的工作參數(shù)，一般采用大泵徑、長(zhǎng)沖程、 慢沖次；慢沖次； 5）、提高油層的供液能力；）、提高油層的供液能力； 減少氣體影響的措施減少氣體影響的措施 漏失程度：漏失越嚴(yán)重，對(duì)示功圖影響越大；漏失程度：漏失越嚴(yán)重，對(duì)示功圖影響越大； 運(yùn)動(dòng)過(guò)程：漏失的影響只發(fā)生在要求其密閉的運(yùn)動(dòng)過(guò)程：漏失的影響只發(fā)生在要求其密閉的 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中；運(yùn)動(dòng)過(guò)程中； 抽汲速度。抽汲速度越快，漏失的影響就越小。抽汲速度。抽汲速度越快，漏失的影響就越小。 5. 5. 漏失影響下的理論示功圖漏失影響下的理論示功圖 排出部分漏失影響

15、下的示功圖排出部分漏失影響下的示功圖 排出部分漏失的影排出部分漏失的影 響發(fā)生在上沖程，響發(fā)生在上沖程， 由于運(yùn)動(dòng)速度的影由于運(yùn)動(dòng)速度的影 響，出現(xiàn)加載緩慢響，出現(xiàn)加載緩慢 和提前卸載現(xiàn)象。和提前卸載現(xiàn)象。 吸入部分漏失的吸入部分漏失的 影響只發(fā)生在下影響只發(fā)生在下 沖程，由于運(yùn)動(dòng)沖程，由于運(yùn)動(dòng) 速度的變化，出速度的變化，出 現(xiàn)卸載緩慢和提現(xiàn)卸載緩慢和提 前加載現(xiàn)象。前加載現(xiàn)象。 吸入部分漏失的影響吸入部分漏失的影響 保證泵的制造質(zhì)量及安裝質(zhì)量；保證泵的制造質(zhì)量及安裝質(zhì)量； 砂、蠟輕微影響可采取碰泵、洗井等措施；砂、蠟輕微影響可采取碰泵、洗井等措施； 腐蝕影響造成漏失需要換泵；腐蝕影響造成漏失

16、需要換泵； 若是間隙磨損造成漏失可采取改變防沖距若是間隙磨損造成漏失可采取改變防沖距 的措施，以改變活塞與襯套的磨損路徑；的措施，以改變活塞與襯套的磨損路徑； 減少漏失影響的措施減少漏失影響的措施 四、典型示功圖分析四、典型示功圖分析 典型示功圖是指某一因素影響十分明典型示功圖是指某一因素影響十分明 顯，示功圖的形狀反映了該因素影響的基顯，示功圖的形狀反映了該因素影響的基 本特征。盡管實(shí)際情況很復(fù)雜，但總是存本特征。盡管實(shí)際情況很復(fù)雜，但總是存 在一個(gè)最主要因素，因此可根據(jù)示功圖判在一個(gè)最主要因素，因此可根據(jù)示功圖判 斷泵的工作狀況斷泵的工作狀況。 正常示功圖正常示功圖 該示功圖反映出動(dòng)載該示

17、功圖反映出動(dòng)載 荷不大，充滿良好，荷不大，充滿良好， 漏失較小。漏失較小。 抽稠油正常示功圖抽稠油正常示功圖 因摩擦載荷增大，使得因摩擦載荷增大，使得 最大載荷增大、最小載最大載荷增大、最小載 荷減小。荷減小。 二者的差別在于：二者的差別在于： 當(dāng)泵充不滿時(shí)，下沖程當(dāng)泵充不滿時(shí)，下沖程 中懸點(diǎn)不能立即卸載，中懸點(diǎn)不能立即卸載， 只有當(dāng)活塞遇到液面時(shí)只有當(dāng)活塞遇到液面時(shí) 才迅速卸載。因此，充才迅速卸載。因此，充 不滿示功圖的卸載線陡不滿示功圖的卸載線陡 而直，并且有時(shí)因振動(dòng)而直，并且有時(shí)因振動(dòng) 載荷的影響常出現(xiàn)波浪載荷的影響常出現(xiàn)波浪 線。線。 氣體影響下與充不滿影響的典型示功圖氣體影響下與充不滿影響的典型示功圖 排出閥漏失和吸入閥漏失的典型示功圖排出閥漏失和吸入閥漏失的