有桿泵采油分析與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

東北石油大學(xué)高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專業(yè)：石油工程考號(hào)：姓名：題目：有桿泵采油分析與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：2010年9月19日東北石油大學(xué)高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書題目：有桿泵采油分析與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專業(yè)：石油工程考號(hào)：姓名：本題目應(yīng)達(dá)到的基本要求：主要內(nèi)容及參考資料：簽發(fā)日期：2010年6月完成期限：2010年9月指導(dǎo)教師簽名：東北石油大學(xué)高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGEI摘要有桿泵采油是最廣泛最主要的傳統(tǒng)機(jī)械采油技術(shù)。有桿泵采油包括游梁式有桿泵采油和地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油兩種方法。其中游梁式有桿泵采油方法以其結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)和壽命長等特點(diǎn)。世界抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展較快，科研人員研究開發(fā)了多種新型抽油機(jī)，特別無梁式抽油機(jī)的出現(xiàn)解決了很多常規(guī)機(jī)出現(xiàn)的弊端。。有桿泵采油的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，新投產(chǎn)或轉(zhuǎn)抽的油井，需要合理地選擇抽油設(shè)備；油井投產(chǎn)后，還必須檢驗(yàn)設(shè)計(jì)效果。當(dāng)設(shè)備的工作狀況和油層工作狀況發(fā)生變化時(shí)，還需要對原有的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。進(jìn)行有桿泵采油井的系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則是：符合油井及油層的工作條件、充分發(fā)揮油層的生產(chǎn)能力、設(shè)備利用率較高且有較長的免修期，以及有較高的系統(tǒng)效率和經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：有桿泵采油；游梁式；新機(jī)型；抽油機(jī)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)東北石油大學(xué)高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄TOC\o"1-2"\f\h\z第1章緒論 11.1有桿泵采油的現(xiàn)狀 11.2有桿泵采油存在的問題 1第2章有桿泵采油的簡介分析 22.1有桿泵采油井的系統(tǒng)組成 22.2泵的工作原理 5第3章有桿泵采油的泵效影響因素 63.1抽油桿和油管彈性伸縮的影響 63.2氣體和充不滿的影響 83.3漏失的影響 93.4提高泵效的措施 9第4章有桿泵采油系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì) 104.1井底流壓的確定 114.2沉沒度和沉沒壓力的確定 114.3下泵深度的確定 114.4沖程和沖次的確定 124.5抽油泵的選擇 124.6抽油桿的選擇 134.7抽油機(jī)、減速箱、電動(dòng)機(jī)及其它附屬設(shè)備的選擇 164.8設(shè)計(jì)的意義 16第5章結(jié)論 17參考文獻(xiàn) 18致謝 19緒論有桿泵采油的現(xiàn)狀大慶油田是全國最大的油田，目前油田常用的抽油機(jī)包括：常規(guī)游梁式抽油機(jī)、前置式抽油機(jī)、異相曲柄抽油機(jī)、偏置式抽油機(jī)、擺桿式抽油機(jī)、雙驢頭式抽油機(jī)、復(fù)合輪式抽油機(jī)、摩擦換向式抽油機(jī)、六連桿增程式抽油機(jī)、偏輪式抽油機(jī)、B游梁式抽油機(jī)等等。部分新型節(jié)能抽油機(jī)正在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，由于大部分新型抽油機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)，所以還沒有大批量投入使用近年來，隨著大慶油田老區(qū)塊開發(fā)的不斷深入，油田含水率迅速上升，開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益逐年下降，剩余未動(dòng)用儲(chǔ)量絕大部分是有效厚度較小、儲(chǔ)量豐度較低的難采儲(chǔ)量。目前，企業(yè)在資金緊張、降低基本建設(shè)投資和控制生產(chǎn)成本的情況下，對于老區(qū)塊應(yīng)何時(shí)改變采油方式，才能延長油田的經(jīng)濟(jì)開采期；新區(qū)塊如何根據(jù)其地質(zhì)條件，選擇最佳的舉升方式，使油田獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，是企業(yè)面臨的新問題。因此，開展機(jī)械采油方式優(yōu)選評價(jià)研究很有必要。有桿泵采油系統(tǒng)的效率僅26.5%，系統(tǒng)地面部分的效率為60%左右。影響地面效率的主要因素是抽油機(jī)的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)情況和平衡狀況，而工作參數(shù)的配置影響懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，抽油機(jī)的平衡狀況對電動(dòng)機(jī)的工作有直接的影響。此外，傳送帶，減速器等的傳送效率也是影響著地面系統(tǒng)效率的因素。為了使抽油機(jī)工作達(dá)到平衡狀態(tài)，在下沖程把抽油桿自重做的功和電機(jī)輸出的能量儲(chǔ)存起來所采取的形式，稱之為平衡方式。目前常用的平衡方式有氣動(dòng)平衡和機(jī)械平衡。氣動(dòng)平衡是通過游梁帶動(dòng)的活塞壓縮氣包中的氣體，把下沖程中做的功儲(chǔ)存成為氣體的壓縮能。在上沖程中被壓縮的氣體膨脹，將儲(chǔ)存的壓縮能轉(zhuǎn)換成膨脹能幫助電動(dòng)機(jī)做功。機(jī)械平衡是以增加平衡重塊的位能來儲(chǔ)存能量，而在上沖程中平衡重降低位能來幫助電動(dòng)機(jī)做功的平衡方式。機(jī)械平衡有三種類型，即游梁平衡、曲柄平衡和復(fù)合平衡。1)游梁平衡是在游梁尾部加平衡重，適用于小型抽油機(jī)。2)曲柄平衡(旋轉(zhuǎn)平衡)是將平衡重加在曲柄上。這種平衡方式便于調(diào)節(jié)平衡，并且可避免在游梁上造成過大的慣性力，適用于大型抽油機(jī)。3)復(fù)合平衡(混合平衡)在游梁尾部和曲柄上都加有平衡重，是上述兩種方式的組合，多用于中型抽油機(jī)。有桿泵采油存在的問題有桿泵抽油機(jī)是油田的主要采油設(shè)備，其不但使用數(shù)量大，用電量大，而且系統(tǒng)效率低，節(jié)電潛力巨大，雖然也有很多節(jié)能型抽油機(jī)用于油田，也確實(shí)起到了一定的節(jié)能效果，但由于多方面原因，大部分節(jié)能機(jī)不能很好的適應(yīng)油田的生產(chǎn)，具體有以下5種原因：①部分新型機(jī)的易損件不是通用件，壞了之后不便維修。②部分新型機(jī)造價(jià)太高，油田投資巨大。③目前各種新型抽油機(jī)，傳動(dòng)元件的使用壽命尚不理想。實(shí)踐證明，新型抽油機(jī)的可靠性是決定抽油機(jī)成敗的關(guān)鍵。④油田工人一時(shí)很難熟悉一些新型機(jī)，日常維護(hù)困難。⑤一些新型機(jī)雖然節(jié)能但維修費(fèi)用高，入不敷出。有桿泵采油的基本系統(tǒng)組成及泵的工作原理2.1有桿泵采油井的系統(tǒng)組成有桿泵采油井是以抽油機(jī)、抽油桿和抽油泵“三抽”設(shè)備為主的有桿抽油系統(tǒng)。其工作過程是：由動(dòng)力機(jī)經(jīng)傳動(dòng)皮帶將高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給減速箱，經(jīng)三軸二級(jí)減速后，再由曲柄連桿機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橛瘟旱纳?、下擺動(dòng)，掛在驢頭上的懸繩器通過抽油桿帶動(dòng)抽油泵柱塞做上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而將原油抽汲至地面。圖2.1有桿泵采油井的系統(tǒng)組成1-吸入閥；2-泵筒；3-活塞；4-排出閥；5-抽油桿；6-油管；7-套管；8-三通；9-盤根盒；10-驢頭；11-游梁；12-連桿；13-曲柄；14-減速箱；15-動(dòng)力機(jī)（電動(dòng)機(jī)）2.1.1抽油機(jī)抽油機(jī)是有桿泵采油的主要地面設(shè)備，按是否有游梁，可將其分為游梁式抽油機(jī)和無游梁式抽油機(jī)。游梁式抽油機(jī)是通過游梁與曲柄連桿機(jī)構(gòu)將曲柄的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)轶H頭的上、下擺動(dòng)。按結(jié)構(gòu)不同可將其分為常規(guī)型和前置型兩類。常規(guī)型游梁式抽油機(jī)是目前礦場上使用最為普遍的抽油機(jī)，其特點(diǎn)是支架在驢頭和曲柄連桿之間，上、下沖程時(shí)間相等。前置型游梁式抽油機(jī)的減速箱在支架的前面，縮短了游梁的長度，使得抽油機(jī)的規(guī)格尺寸大為減小，并且由于支點(diǎn)前移，使上、下沖程時(shí)間不等，從而降低了上沖程的運(yùn)行速度、加速度和動(dòng)載荷以及減速箱的最大扭矩和需要的電機(jī)功率。為了提高沖程、節(jié)約能源及改善抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)特性和受力狀態(tài)，國內(nèi)外還出現(xiàn)了許多變形抽油機(jī)，如異相型、旋轉(zhuǎn)驢頭式、大輪式以及六桿式雙游梁等抽油機(jī)。為了減輕抽油機(jī)重量，擴(kuò)大設(shè)備的使用范圍以及改善其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，國內(nèi)外研制了許多不同類型的無游梁式抽油機(jī)。其主要特點(diǎn)多為長沖程低沖次，適合于深井和稠油井采油。目前，無游梁式抽油機(jī)主要有：鏈條式、增距式和寬帶式抽油機(jī)。2.1.2抽油泵抽油泵是有桿泵抽油系統(tǒng)中的主要設(shè)備，主要由工作筒(外筒和襯套)、活(柱)塞及閥(游動(dòng)閥和固定閥)組成，如圖2.2所示。游動(dòng)閥又稱為排出閥；固定閥又稱為吸入閥。抽油泵按其結(jié)構(gòu)不同可分為管式泵和桿式泵。圖2.2抽油泵結(jié)構(gòu)示意圖（a）管式泵；（b）桿式泵1-油管；2-鎖緊卡；3-活塞；4-游動(dòng)閥；5-工作筒；6-固定閥如圖2.2（a）所示，管式泵是把外筒和襯套在地面組裝好后，接在油管下部先下入井內(nèi)，然后投入固定閥，最后把活塞接在抽油桿柱下端下入泵筒內(nèi)。其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、成本低；在相同油管直徑下允許下入的泵徑較桿式泵大，因而排量較大；檢泵時(shí)需起出油管，修井工作量大。因此，管式泵適用于下泵深度不大、產(chǎn)量較高的井。如圖2.2(b)所示，桿式泵是整個(gè)泵在地面組裝好后接在抽油桿柱的下端，整體通過油管下入井內(nèi)，由預(yù)先安裝在油管預(yù)定位置上的卡簧固定在油管上。其特點(diǎn)是：檢泵不需起出油管，檢泵方便；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高；在相同油管直徑下允許下入的泵徑比管式泵小，故排量較小。因此，桿式泵適用于下泵深度較大，但產(chǎn)量較低的井。由于井液性質(zhì)的復(fù)雜性，對泵往往有特殊要求，因此，從用途上又可將抽油泵分為常規(guī)泵和特種泵。特種泵主要有防砂泵、防氣泵、抽稠泵、分抽混出泵和雙作用泵以及各種組合泵。2.1.3光桿與抽油桿光桿主要用于聯(lián)接驢頭鋼絲繩與井下抽油桿，并同井口盤根盒配合密封井口。因此，對其強(qiáng)度和表面光潔度要求較高。光桿分為普通型和一端鐓粗型兩種：普通型光桿兩端可互換，當(dāng)一端磨損后可換另一端使用；一端鐓粗型光桿聯(lián)接性能好，但兩端不能互換。常用的抽油桿主要有普通抽油桿、玻璃纖維抽油桿和空心抽油桿三種類型。普通型抽油桿的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、成本低；直徑小，有利于在油管中上下運(yùn)行。因此，它主要用于常規(guī)有桿泵抽油方式。玻璃纖維抽油桿的主要特點(diǎn)是：耐腐蝕，有利于延長壽命；重量輕，有利于降低抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷和節(jié)約能量；彈性模量小，可實(shí)現(xiàn)超沖程，有利于提高泵效?？招某橛蜅U由空心圓管制成，成本較高，它可用于熱油循環(huán)和熱電纜加熱等特殊抽油工藝，也可以通過空心通道向井內(nèi)添加化學(xué)藥劑。適用于高含蠟、高凝固點(diǎn)的稠油井。2.1.4連續(xù)抽油桿主要技術(shù)特點(diǎn)

(1)物理性能好,重量輕。在橫截面積相同的情況下,抗拉強(qiáng)度,破斷拉力和承載能力均比同面積的常規(guī)抽油桿大,而質(zhì)量卻減小,減小抽油桿負(fù)荷10%以上,電機(jī)能耗下降15%~25%。(2)彈性橫量小,柔性好。連續(xù)桿較常規(guī)鋼桿彈性橫量小、柔性好,并且結(jié)構(gòu)伸長極小,可使抽油泵柱塞超行程工作,減少?zèng)_程損失,可提高泵效15%以上。(3)泵工作效率高。由于同截面的條件下,連續(xù)桿承載能力大,所以在不改變抽油機(jī)懸點(diǎn)負(fù)荷的情況下,使用連續(xù)桿代替常規(guī)鋼桿可對井下抽油泵升級(jí)和增加下泵深度,提高產(chǎn)液量,同時(shí)起下作業(yè)連續(xù),方便省時(shí)、省力。(4)連續(xù)抽油桿與油管走向吻合,無較大偏磨點(diǎn)。連續(xù)抽油桿和油管在井筒的走向較常規(guī)鋼桿吻合,改變了常規(guī)抽油桿、油管的點(diǎn)接觸狀態(tài),消除了常規(guī)抽油桿工作過程中的接箍產(chǎn)生的活塞效應(yīng),使桿、管磨損達(dá)到最小,減少井下抽油桿斷脫事故率。2.1.5應(yīng)用范圍針對中原濮城油田高含水開發(fā)后期,油井井下技術(shù)狀況差,油藏埋藏深,且普遍存在偏磨、腐蝕等嚴(yán)重的狀況,為充分發(fā)揮連續(xù)抽油桿較常規(guī)抽油桿諸多卓越的性能,主要從兩個(gè)方面進(jìn)行措施選井。2.2泵的工作原理泵的活塞上、下運(yùn)動(dòng)一次稱為一個(gè)沖程，可分為上沖程和下沖程。此外，沖程還是描述抽油泵的工作參數(shù)，即指懸點(diǎn)(或活塞)在上、下死點(diǎn)間的位移，稱為光桿沖程(或活塞沖程)，用s(或sP)來表示。每分鐘內(nèi)完成上、下沖程的次數(shù)稱為沖次，用n來表示。2.2.1上沖程抽油桿柱帶動(dòng)活塞向上動(dòng)（圖2.3左），活塞上的游動(dòng)閥受管內(nèi)液柱壓力作用而關(guān)閉，甭內(nèi)壓力隨之降低。固定閥在沉沒壓力與泵內(nèi)壓力構(gòu)成的壓差作用下，克服重力而被打開，原油進(jìn)泵而井口排油。與此同時(shí)，抽油桿由于加載而伸長，油管卸載而縮短。2.2.2下沖程抽油桿柱帶動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)（圖2.3右），固定閥一開始就關(guān)閉，泵內(nèi)壓力逐漸升高。當(dāng)泵內(nèi)壓力升高到大于活塞以上液柱壓力和游動(dòng)閥重力時(shí)，游動(dòng)閥被頂開，活塞下部的液體通過游動(dòng)閥進(jìn)入活塞上部，泵內(nèi)液體排向油管。于此同時(shí)，抽油桿由于卸載而縮短，油管加載而伸長。圖2.3泵的工作原理左：上沖程；右：下沖程1-排出閥；2-活塞；3-襯套；4-吸入閥第3章有桿泵采油的泵效影響因素影響泵效的因素是多方面的，但歸納起來主要有：抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮、氣體和充不滿的影響以及漏失三個(gè)方面。3.1抽油桿和油管彈性伸縮的影響抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮，將減小活塞沖程，因而降低泵效。抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮量越大，活塞沖程與光桿沖程的差別也就越大，泵效也就越低。抽油桿柱所受的載荷性質(zhì)不同，則伸縮變形的性質(zhì)與程度也不同。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，需要經(jīng)常進(jìn)行分析，以采取相應(yīng)的措施。分析抽油泵工作狀況常用地面實(shí)測示功圖，即懸點(diǎn)載荷同懸點(diǎn)位移之間的關(guān)系曲線圖，它實(shí)際上直接反映的是光桿的工作情況，因此又稱為光桿示功圖或地面示功圖。由于抽油井的情況較為復(fù)雜，在生產(chǎn)過程中，深井泵將受到制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量，以及砂、蠟、水、氣、稠油和腐蝕等多種因素的影響，所以，實(shí)測示功圖的形狀很不規(guī)則。為了正確分析和解釋示功圖，常需要以理論示功圖及典型示功圖為基礎(chǔ)，進(jìn)而分析和解釋實(shí)測示圖。3.1.1靜載荷對活塞沖程的影響當(dāng)驢頭開始上行時(shí)，由于抽油桿柱加載和油管柱卸載，使抽油桿柱伸長，油管柱縮短，這期間活塞并未產(chǎn)生位移，從而使活塞沖程比光桿沖程減少，并且。當(dāng)變形結(jié)束后，活塞才開始與泵筒發(fā)生相對位移，吸入閥開始打開吸入液體，一直到上死點(diǎn)。下沖程與上沖程的影響相同，使活塞沖程比光桿沖程減少。這種由于抽油桿柱與油管柱的彈性伸縮使活塞沖程小于光桿沖程的值，稱為沖程損失。在抽油桿柱與油管柱的彈性伸縮影響下的活塞沖程為(3-1)根據(jù)廣義虎克定律，沖程損失大小為(3-2)式中——沖程損失，；,——活塞及油管金屬截面積，；——抽油桿柱總長度，；——液體密度，；——鋼的彈性模量，取Pa；——?jiǎng)右好嫔疃?，；——第i級(jí)抽油桿的長度，；——第i級(jí)抽油桿的截面積，。3.1.2慣性載荷對活塞沖程的影響懸點(diǎn)到達(dá)上死點(diǎn)時(shí)，抽油桿柱有向下的最大加速度和向上的最大慣性載荷，使抽油桿柱帶動(dòng)活塞比靜載荷作用時(shí)向上多移動(dòng)一段距離；同樣，懸點(diǎn)到達(dá)下死點(diǎn)時(shí)使抽油桿柱帶動(dòng)活塞比靜載荷作用時(shí)向下多移動(dòng)一段距離。這樣，使活塞沖程比只有靜載荷作用時(shí)要增加。(3-3)由于抽油桿柱上各點(diǎn)的慣性力不同，故取其平均值。根據(jù)廣義虎克定律可得(3-4)在靜載荷和慣性載荷的共同作用下，活塞沖程為(3-5)考慮到彈性波在抽油桿中的傳播速度，式(3-5)還可寫成(3-6)其中盡管慣性載荷作用引起的抽油桿柱變形將使活塞沖程增大，有利于提高泵效，但增加慣性載荷將會(huì)增加懸點(diǎn)的最大載荷、減小懸點(diǎn)的最小載荷，使抽油桿柱的受力條件變壞。因此，通常不用增加慣性載荷(即快速抽汲)的辦法來增加活塞沖程。3.1.3振動(dòng)載荷對活塞沖程的影響理論分析和實(shí)驗(yàn)研究表明：抽油桿柱本身振動(dòng)的位相在上、下沖程中幾乎是對稱的，即如果在上沖程末抽油桿柱伸長，則在下沖程末抽油桿柱必然縮短；反之亦然。因此，不論是上沖程還是下沖程，由抽油桿柱振動(dòng)引起的伸縮對活塞沖程影響都是一致的。究竟是增加還是減小，將取決于抽油桿柱自由振動(dòng)與懸點(diǎn)擺動(dòng)引起強(qiáng)迫振動(dòng)的位相配合。對于深井，常常存在著一個(gè)s和n配合的不利區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)提高沖次，反而會(huì)減小活塞沖程。3.2氣體和充不滿的影響抽油泵的吸入口壓力常低于飽和壓力，因此總有氣體進(jìn)泵。氣體進(jìn)泵必然減少進(jìn)泵液體的量，從而使得泵效降低。當(dāng)氣體影響嚴(yán)重時(shí)，由于氣體在泵內(nèi)的壓縮和膨脹，使得吸入閥無法打開而抽不出油，這種現(xiàn)象稱為“氣鎖”。圖3.1氣體對充滿程度的影響氣體對泵效的影響程度常用泵的充滿系數(shù)來反映，充滿系數(shù)是指每沖次吸入泵內(nèi)的原油(或液體)的體積與活塞讓出容積之比，即(3-7)充滿系數(shù)表示泵在工作過程中被液體充滿的程度。越大，充滿程度越高，泵效也越高。泵的充滿系數(shù)與泵內(nèi)氣油比及泵的結(jié)構(gòu)有關(guān)。根據(jù)如圖3.1所示的關(guān)系，定義和分別為泵內(nèi)的氣油比和泵的余隙比，即:，可導(dǎo)出充滿系數(shù)表達(dá)式為(3-8)由式(3-8)，可得出如下結(jié)論：1)值越小，值就越大。根據(jù)的定義，若要使值小則應(yīng)使盡量小或增大活塞沖程以提高。因此，在保證活塞不撞擊固定閥的情況下，應(yīng)盡量減小防沖距，以減小余隙比。2)值越小，值就越大。為了降低進(jìn)入泵內(nèi)的氣油比，可增加泵的沉沒度提高泵吸入口壓力，使原油中的自由氣更多地溶于油中。也可以使用氣錨，使氣體在泵外分離，以防止和減少氣體進(jìn)泵。若油層能量低或由于原油粘度高導(dǎo)致進(jìn)泵阻力過大，都將出現(xiàn)供油跟不上、油還未來得及充滿泵筒而活塞已開始下行，即形成所謂的充不滿現(xiàn)象從而降低泵效。對于這種情況，一般可采取加深泵掛增大沉沒度，或選用合理的抽汲參數(shù)以及增產(chǎn)增注等措施，以適應(yīng)油層的供油能力。對于稠油井，還可采取降粘措施。3.3漏失的影響抽油泵在工作時(shí)，由于各種原因?qū)a(chǎn)生漏失，使泵效降低。影響泵效的漏失主要有：1)排出部分漏失：指活塞與襯套的間隙漏失和游動(dòng)閥漏失，將減少泵內(nèi)排出的油量。2)吸入部分漏失：指固定閥漏失，它將會(huì)減少進(jìn)入泵內(nèi)的油量。3)其它部分漏失：由于油管絲扣、泵的連接部分及泄油器不嚴(yán)，都將降低泵效。3.4提高泵效的措施泵效的高低，是反映抽油設(shè)備利用率和管理水平的一個(gè)重要指標(biāo)。前面只就泵本身的工作過程進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的措施，但是，泵效同油層條件有相當(dāng)密切的關(guān)系，因此，提高泵效的一個(gè)重要方面是要從油層著手，保證油層有足夠的供液能力。實(shí)踐證明，對于注水開發(fā)而采用有桿泵采油的油田，加強(qiáng)注水是保證油井高產(chǎn)量、高泵效生產(chǎn)的根本措施，在一定的油層條件下，使泵的工作同油層條件相適應(yīng)是保證高泵效的前提。對于井筒方面，提高泵效應(yīng)采取下述措施。3.4.1選擇合理的工作方式選擇合理的工作方式來提高泵效的基本原則是：1)當(dāng)抽油機(jī)已選定，并且設(shè)備能力足夠大時(shí)，在保證產(chǎn)量的前提下，應(yīng)以獲得最高泵效為基本出發(fā)點(diǎn)來調(diào)整抽汲參數(shù)。2)當(dāng)產(chǎn)量不限時(shí)，應(yīng)在設(shè)備條件允許的前提下，以獲得盡可能大的產(chǎn)量來提高泵效。調(diào)整抽汲參數(shù)時(shí)，在保證、和的乘積不變(即理論排量一定)的條件下，雖然可以任意調(diào)整三個(gè)參數(shù)，但當(dāng)其組合不同時(shí)，沖程損失、氣體的影響及漏失的影響也不同。此外，對于深井抽汲時(shí)，要充分注意振動(dòng)載荷影響的和配合不利區(qū)。3.4.2使用油管錨如前如述，沖程損失是由于載荷變化所引起抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮造成的。使用油管錨將油管下端固定，則可消除油管變形，從而減小沖程損失。3.4.3合理利用氣體能量及減少氣體影響氣體對抽油井生產(chǎn)的影響隨油井條件的不同而不同。對剛由自噴轉(zhuǎn)為抽油的井，初期尚有一定的自噴能力，可合理控制套管氣，利用氣體的能量來舉油，使油井連抽帶噴，從而提高油井產(chǎn)量和泵效。實(shí)踐證明，對于一些不帶噴的抽油井進(jìn)行合理控制套管氣，可起到穩(wěn)定液面和產(chǎn)量的作用，并可減少因脫氣而引起的原油粘度的增加。對于正常抽油的井，要想提高泵的充滿系數(shù)就必須減少進(jìn)泵的氣量，以降低泵內(nèi)氣油比。另外，還可采取適當(dāng)增大沉沒度或安裝氣錨等措施。第4章有桿泵采油系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì)新投產(chǎn)或轉(zhuǎn)抽的油井，需要合理地選擇抽油設(shè)備；油井投產(chǎn)后，還必須檢驗(yàn)設(shè)計(jì)效果。當(dāng)設(shè)備的工作狀況和油層工作狀況發(fā)生變化時(shí)，還需要對原有的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整。進(jìn)行有桿泵采油井的系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則是：符合油井及油層的工作條件、充分發(fā)揮油層的生產(chǎn)能力、設(shè)備利用率較高且有較長的免修期，以及有較高的系統(tǒng)效率和經(jīng)濟(jì)效益。這些設(shè)備相互之間不是孤立的，而是作為整個(gè)有桿泵抽油系統(tǒng)相互聯(lián)系和制約的。因此，應(yīng)將有桿泵系統(tǒng)從油層到地面，作為統(tǒng)一的系統(tǒng)來進(jìn)行合理地選擇設(shè)計(jì)，其步驟為：1)根據(jù)油井產(chǎn)能和設(shè)計(jì)排量確定井底流壓；2)根據(jù)油井條件確定沉沒度和沉沒壓力；3)應(yīng)用多相垂直管流理論或相關(guān)式確定下泵深度；4)根據(jù)油井條件和設(shè)備性能確定沖程和沖次；5)根據(jù)設(shè)計(jì)排量、沖程和沖次，以及油井條件選擇抽油泵；6)選擇抽油桿，確定抽油桿柱的組合；7)選擇抽油機(jī)、減速箱、電動(dòng)機(jī)及其它附屬設(shè)備。4.1井底流壓的確定井底流壓是根據(jù)油井產(chǎn)能和設(shè)計(jì)排量來確定的。當(dāng)設(shè)計(jì)排量一定時(shí)，根據(jù)油井產(chǎn)能便可確定相應(yīng)排量下的井底流壓。設(shè)計(jì)排量一般是由配產(chǎn)方案給出的。4.2沉沒度和沉沒壓力的確定沉沒度是根據(jù)油井的產(chǎn)量、氣油比、原油粘度、含水率以及泵的進(jìn)口設(shè)備等條件來確定。確定沉沒度的一般原則是：1)生產(chǎn)氣油比較低的稀油井，定時(shí)或連續(xù)放套管氣生產(chǎn)時(shí)，沉沒度應(yīng)大于50；2)當(dāng)生產(chǎn)氣油比較高，并且控制套管壓力生產(chǎn)時(shí)，沉沒度應(yīng)保持在150以上；3)當(dāng)產(chǎn)液量高、液體粘度大(如稠油或油水乳化液時(shí))，沉沒度還應(yīng)更高一些。由于稠油不僅進(jìn)泵阻力大，而且脫出的溶解氣不易與油分離，往往被液流帶入泵內(nèi)而降低泵的充滿程度，因此，稠油井需要有較高的沉沒度。這樣，既有利于克服進(jìn)泵阻力，又可減少脫氣，以便保持較高的充滿程度。一般情況下，稠油井的沉沒度應(yīng)在200以上。當(dāng)沉沒度確定后，便可利用有關(guān)方法計(jì)算或根據(jù)靜液柱估算泵吸入口壓力。4.3下泵深度的確定當(dāng)井底流壓和泵吸入口壓力確定之后，應(yīng)用多相管流計(jì)算方法，可求出泵吸入口在油層中部以上的高度，則下泵深度為油層中部深度減去。4.4沖程和沖次的確定沖程和沖次是確定抽油泵直徑、計(jì)算懸點(diǎn)載荷的前提，選擇時(shí)應(yīng)遵循下述原則：1)一般情況下應(yīng)采用大沖程、小泵徑的工作方式，這樣既可以減小氣體對泵效的影響，也可以降低液柱載荷，從而減小沖程損失。2)對于原油比較稠的井，一般是選用大泵徑、大沖程和低沖次的工作方式。3)對于連抽帶噴的井，則選用高沖次快速抽汲，以增強(qiáng)誘噴作用。4)深井抽汲時(shí)，要充分注意振動(dòng)載荷影響的和配合不利區(qū)。5)所選擇的沖程和沖次應(yīng)屬于抽油機(jī)提供的選擇范圍之內(nèi)。4.5抽油泵的選擇抽油泵的選擇包括泵徑、泵的類型及其配合間隙的選擇。泵徑是根據(jù)前面確定的沖程、沖次、配產(chǎn)方案給出的設(shè)計(jì)排量以及統(tǒng)計(jì)給出的泵效，由計(jì)算得出。泵型取決于油井條件：在1000以內(nèi)的油井，含砂量小于%，油井結(jié)蠟較嚴(yán)重或油較稠，應(yīng)采用管式泵；產(chǎn)量較小的中深或深井，可采用桿式泵?；钊鸵r套的配合間隙，要根據(jù)原油粘度、井溫以及含砂量等資料來選擇，參見表4－1。表4－1活塞與襯套的配合間隙選擇配合等級(jí)配合尺寸，mm適用條件一級(jí)0.02-0.07下泵深度大，含砂少，粘度較低的油井二級(jí)0.07-0.12含砂不多的油井三級(jí)0.12-0.17含砂多，粘度高的淺井4.6抽油桿的選擇抽油桿的選擇主要包括確定抽油桿柱的長度、直徑、組合及材料。當(dāng)下泵深度確定后，抽油桿柱的長度就確定下來。抽油桿的制造材料決定了抽油桿的強(qiáng)度及其它性能，應(yīng)根據(jù)油井中的流體性質(zhì)和井況來確定。不同直徑抽油桿的組合，應(yīng)保證各種桿徑的抽油桿在工作時(shí)都能夠滿足強(qiáng)度要求。下面主要介紹抽油桿強(qiáng)度校核及桿柱組合的確定方法。4.6.1抽油桿強(qiáng)度校核方法抽油桿強(qiáng)度校核是保證抽油桿安全工作的前提條件，其校核方法有計(jì)算法和圖表法兩類。(1)計(jì)算法抽油桿柱在工作時(shí)承受著交變負(fù)荷，因此，抽油桿受著由最小應(yīng)力到最大應(yīng)力變化的非對稱循環(huán)應(yīng)力作用，非對稱循環(huán)應(yīng)力條件下的抽油桿強(qiáng)度條件為(4-1)其中（4-2）（4-3）式中，——分別為抽油桿柱的折算應(yīng)力、循環(huán)應(yīng)力的應(yīng)力幅值；——非對稱循環(huán)疲勞極限應(yīng)力，亦即抽油桿的許用應(yīng)力，它與抽油桿的材質(zhì)有關(guān)。例已知泵徑為70mm，沖程s=2.7m，沖次n=9，井液密度=960kg/。如采用7/8in、許用應(yīng)力為90N/的抽油桿，試求其最大下入深度(r/l=0.20)。計(jì)算得抽油桿與活塞截面積分別為=387.948，=3848.451。由基本載荷公式計(jì)算得最大載荷和最小載荷分別為：=66.825L(N),=23.295L(N)。則L(N/)L(N/)L(N/)L(m)計(jì)算結(jié)果表明：該例抽油桿的最大下入深度為915.52m。如繼續(xù)增加下入深度，則該直徑抽油桿將不能滿足強(qiáng)度要求，需要換大直徑抽油桿。這樣，既浪費(fèi)了抽油桿，又增加了懸點(diǎn)載荷。為此，往往采用上粗下細(xì)的多級(jí)組合抽油桿。選擇組合抽油桿時(shí)，要遵循等強(qiáng)度原則，即要求各級(jí)桿柱上部斷面上的折算應(yīng)力相等。(2)圖表法圖4.1修正古德曼圖近年來國內(nèi)多采用美國石油學(xué)會(huì)(API)推薦的方法，即利用修正古德曼圖(Googman)的方法，如圖4.1所示。圖中陰影區(qū)為安全區(qū)，其條件為(4-4)式中——抽油桿許用最大應(yīng)力，計(jì)算式為(4-5)式中,——最大應(yīng)力和最小抗張強(qiáng)度；——抽油桿使用系數(shù)，可參考表4－2。表4-2抽油桿的使用系數(shù)使用介質(zhì)APID級(jí)桿APIC級(jí)桿無腐蝕性1．001．00礦化水0．900．65含硫化氫0．700．50修正古德曼圖給出的是許用應(yīng)力范圍，常用應(yīng)力范圍比來衡量抽油桿柱使用情況。(4-6)式中，——抽油桿的許用應(yīng)力范圍和實(shí)際使用的應(yīng)用范圍?！獞?yīng)用范圍比，一般要求小于100％，并具有較高的值，以提高抽油桿的利用率。4.6.2抽油桿組合的確定步驟通常人們把確定抽油桿柱組合稱為抽油桿柱設(shè)計(jì)，其具體設(shè)計(jì)計(jì)算步驟為：1)根據(jù)下泵深度及泵徑，假設(shè)一液柱載荷；2)給最大和最小載荷分別賦初值：；；3)給定最下級(jí)抽油桿直徑，取計(jì)算段長度為，以抽油泵為計(jì)算段的起點(diǎn)，其距油層中部的高度為；4)計(jì)算段上端距油層中部的高度為，則該計(jì)算段的中心距油層中部的高度為；5)計(jì)算該段中心處的井溫以及原油與混合物的粘度；6)求該段的最大載荷增量和最小載荷增量，并進(jìn)行累積：；；；7)校核該段抽油桿，如不滿足強(qiáng)度，則將抽油桿直徑增大為，返回步驟4)重新計(jì)算該段；如滿足強(qiáng)度條件，則取起點(diǎn)，返回步驟4)繼續(xù)計(jì)算上一段，直到井口為止；8)計(jì)算液柱載荷，并與假設(shè)的液柱載荷比較，如滿足精度要求，則計(jì)算結(jié)束；否則重新假設(shè)液柱載荷，返回步驟2)再次計(jì)算。4.7抽油機(jī)、減速箱、電動(dòng)機(jī)及其它附屬設(shè)備的選擇選擇抽油機(jī)時(shí)，要使計(jì)算的懸點(diǎn)最大載荷小于所選擇抽油機(jī)的許用載荷，同時(shí)所選擇的抽油機(jī)能夠提供前面確定的沖程沖次。選擇減速箱時(shí)，要使計(jì)算的最大扭矩小于所選擇減速箱的許用扭矩。選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，要使計(jì)算的電機(jī)最大功率小于所選擇電動(dòng)機(jī)的許用功率。其它附屬設(shè)備要根據(jù)油井具體情況和某些特殊要求進(jìn)行選擇。此外，還要考慮這些設(shè)備應(yīng)滿足以后調(diào)參以及油井條件變化的需要。4.8設(shè)計(jì)的意義當(dāng)今世界，資源日益匱乏，為了人類的繼續(xù)生存，“節(jié)約”成為永遠(yuǎn)不變的一個(gè)主題，本設(shè)計(jì)既是針對“節(jié)能降耗”要求展開的。其理論意義在于找出機(jī)械采油中節(jié)能降耗的技術(shù)關(guān)鍵和理論依據(jù)，對現(xiàn)有抽油機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出有桿泵采油的節(jié)約方法，使其提高油田采油效率，降低能量損失，具有較高經(jīng)濟(jì)效益。有桿泵采油是油田采油機(jī)械中的主要方式，對它進(jìn)行深入研究，必然使機(jī)械采油中有新的突破，因而具有較高的理論意義。如果推廣本成果，必將為油田生產(chǎn)提供新的動(dòng)力，對穩(wěn)產(chǎn)增效，節(jié)能降耗，發(fā)展油田生產(chǎn)有很重要的應(yīng)用價(jià)值。第5章結(jié)論在有條件的情況下,應(yīng)采用較先進(jìn)的抽汲設(shè)備及配套產(chǎn)品。但目前各采油廠由于考慮成本等原因,不可能大量更換采油設(shè)備,可行的辦法是根據(jù)油藏類型采用合理的匹配組合及優(yōu)化工作參數(shù)。合理選用抽油機(jī)(1)充分發(fā)揮抽油機(jī)的潛力，合理調(diào)配抽油機(jī),使其負(fù)載率達(dá)到80%左右,充分利用其能力。(2)使用中加強(qiáng)管理，油井工況多變,因此要經(jīng)常調(diào)節(jié)平衡,使抽油機(jī)的平衡度由60%提高到90%