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1、影响泵效的因素及 提高泵效的措施 一、泵效的概念 泵效：泵的实际排量与泵的理论排量之比的百分数。 泵效是衡量泵工作状况好坏的重要参数 , 也是反映油 井管理水平的一项重要技术指标。 v泵效的表达式为 : v v 式中-泵效 , % ; v Q-泵每日的实际体积排量 ,m3/d; v Qt- 泵每日的理论排量 , m3/d。 v注： v 计算泵效时 , 泵的实际排量和泵的理论排量单位要统一 , 都用质 量排量或都用体积排量。 v 一般除连抽带喷的井外 , 泵效都是小于100%的 , 若泵效大于 70% 说明泵的工作状况良好。在实际生产中 , 一般泵效都低于 70% 。 二、影响泵效的因素 v影响
2、泵效的因素： v 油井的工作制度选择的 不合理、冲程损 失的影响、气体的影响、漏失的影响和供液 不足的影响。 ( 一 ) 油井工作制度的影响 v 油井工作制度选择不合理：指的是冲程 、冲数、泵径选得过大 , 使地层能 量供不应 求 , 使泵效降低。 ( 二 ) 冲程损失的影响 v冲程损失：是指光杆冲程与活塞冲程之差。 v形成冲程损失的原因：主 要是上下冲程过程中抽油 杆柱和油管柱承受交变载荷而产生弹性伸缩 , 使活 塞冲程小于光杆冲程 , 从而减少了活塞所让出的体 积 , 使泵效降低。 1. 静载荷引起的冲程损失 v1) 冲程损失的形成过 程 v 由于液柱载荷在上 下冲程中交替作用在抽 油杆和
3、油管上 , 从而引 起抽油杆柱和油管柱交 替地增载和减载 , 同时 交替地发生伸长和缩短 。 2) 冲程损失的计算 v(1) 油井使用单级杆时的计算公式为 : v v式中 fr一抽油杆的截面积m2； v ft 一油管的截面积，m2； v fp 一油管的截面积，m2； v E 一抽油杆材料的弹性模量 ,Pa; 钢的弹性模量为 2.1 1011 Pa ; vL 一下泵深度 ,m。 v(2) 油井使用多级抽油杆时的计算公式 : v v式中 L1 、 L2 一一分别为第一级、第二级抽油杆的长度 ,m; vfr1 、fr2 一一分别为第一级、第二级抽油杆的截面积m2。 v其他符号的意义同前。 v从公式
4、中 可以看出 ： v 活塞的截面积越大 , 冲程损失越大 ; v 下泵深度越大 , 冲程损失越大 ; v 液体的密度越大 , 冲程损失越大 ; v 抽油杆的截面积越 大 , 冲程损失越小 ; v 油管的截面积越大 ( 即油管壁越厚 ) , 冲程损失越小。 v冲程损失影响的泵效 : v 例题 v某井使用的油管直径为 2in( 外径 73mm 、内径 62mm) 选用 56mm 的管式泵 , 下泵深度为 1000m, 由直径为 7/8in 抽油杆 400m 、直径为 3/4in 抽油杆 600m 组成二级抽油杆柱 , 井内液体密度为 900kg/m3, 光 ; 杆冲程为 1. 8m, 试计算冲程损
5、失及 对泵效的影响。 v解： v查表 4 -2 得 7/8m 、 3/4in 抽油杆的截面积为 3.8cm2 和 2. 85cm2。 0.415（m） v冲程损失对泵效的影响 : v v v 由此可见 , 只考虑冲程损失的影响 , 泵效 就只能达到 70% 多。所以实际泵效一般都低 于 70%。 2. 惯性载荷对冲程损失的影响 v当悬点上升到上死点时 , 抽油杆在向上最大惯性力作用下减 载而缩短 , 因此悬点到上死点后 , 抽油杆在惯性力的作用下 带着活塞仍然上行 , 使活塞 比静载荷改变时 , 向上多移动一 段距离。 v当悬点运行到下死点时 , 抽油杆受到向下的最大惯性力 , 使抽油杆伸长
6、, 活塞又比静载荷改变时向下多移动一段距离 。 v在惯性载荷的作用下 , 使活塞冲程比只有静载荷时要增 加i。 vi+ v根据虎克定律 : v v实际上 , 由于抽油杆柱上各点所承受的惯性力不同 , 计算中 一般取平均值 , 即取悬点惯性载荷的一半。 3. 考虑惯性载荷和静载荷后的活塞冲程 v考虑惯性载荷和静载荷后的活塞冲程： vSP=S-+i v 由以上分析可知 , 惯性载荷增加 , 能使活塞冲程增大 , 有利于提高泵效。 但增大惯性载荷会使悬点最大载荷增大 , 最小载荷减小 , 使抽油机的工作条件变坏 , 还会使充满程度 减小。因此 , 不能用增加冲数 , 增加惯性载荷的办 法来增加 活塞
7、冲程 。 ( 三 ) 气体对泵效的影响 v1. 相关概念 v(1) 防冲距 : 当活塞在下死点位置时 , 泵的固定阀与游动阀 之间的距离( 或活塞下端到固定阀罩之间的距离 ) 。 v(2) 余隙容积 : 固定阀与游动阀之间的泵筒容积。用 “ Vs“ 来表示。 v(3) 充满系数 : 活塞上冲程时 , 吸入泵内的液体体积与活塞 让出泵筒容积之比。用 “ “ 表示 , 其表达式为式 。 v v式中 VP 一一一活塞让出的泵筒容积m3; v VO 一一 进入泵筒中液体的体积m3。 v(4) 气锁 : 大量气体进入泵内 , 在抽汲时由于气体在泵内压 缩和膨胀 ,使固定阀和游动阀无法打开 , 导致泵抽不
8、出油的 现象。 2. 气体对泵效的影响 v 由于抽油机井的井底压力都比较低 , 泵 入口处的压力一般都低于饱和压力。在抽 汲时 , 总会有气体随液体一起进入泵内。 气体占据一定的泵内容积. v 在活塞上行时泵内气体膨胀 , 泵筒内 压力不能及时下降 , 使固定阀不能及时打 开 , 游动阀不能及时关闭 , 影响液体进泵 ; v 当活塞下行时 , 压缩泵筒内的气体 , 使泵筒内压力不能立即上升 , 游动阀推迟 打开 , 固定阀推迟关闭 , 泵筒不能及时排油 。因此气体进入泵内会影响泵效 , 当大量 气体进入泵内 , 还会产生气锁 , 使泵无法工 作。 v如图 所示 , 为活塞从下死点运行到上死点
9、时 , 泵筒内所进入的油气情况。 2. 气体对泵效的影响 vVP+VS= Vg+VO v若气油比用 R 表示 , 则 vVg=RVO vVP+VS= RVO +VO 故 令 则 v式中 k 一泵的余隙百分比。 v泵的防冲距越小 , 余隙百分比就越小 ; vVs 一活塞在下死点时 , 吸入阀与排出阀间的泵筒容积 ( 余隙容积 ) ; v Vp 一活塞让出的体积 ; v Vo 一吸入泵筒内液体的体积 ; v Vo、 Vg 分别为活塞在上死点位置时泵内油、气的体积。 v v 由公式 可以看出 : v 泵的余隙百分比越大 , 泵的充满系数越低 , 对泵效的 影响越大 ; 气油比越大 , 泵的充满系数越
10、低 , 对泵效的影响 越大。 因此 , 对于气油比大的井应尽量减小防冲距和防止气 体进入泵内。 ( 四 ) 漏失的影响 v漏失会使泵效降低。常见的漏失包括以下三方面。 v1. 油管漏(螺纹漏、腐蚀穿孔漏、制造缺陷的管壁砂眼等) v2. 选泵不合理(活塞与衬套的配合间隙过大) v3. 深井泵零件磨损和被卡 v包括衬套与活塞工作面、阀球、阀座因磨损或被卡而引起的漏失。 造成这种漏失的原因有以下几种情况 : v(1) 油井出砂 : 砂子会粘附在阀球、阀座上 , 轻则使阀球座不严 , 严 重时会形成砂卡 , 影响泵效 ; 砂子还会磨损活塞和衬套表面 , 使泵漏失。 v(2) 油井结蜡 : 结蜡会使阀球
11、关闭不严 , 甚至蜡卡 ; 在泵口结蜡 , 油 流阻力增加 , 使泵充不满。 v(3) 井内液体含有腐蚀性物质 : 如含硫、含氧及地层水中的矿物盐 类会对泵造成腐蚀。 v (4) 原油粘度过高 : 油流阻力增加 , 使泵充不满。 v (5) 由于井身弯曲 , 杆、管偏磨 , 落下的金属碎屑垫住阀球造成漏失 。 v (6) 钢质部件磁化 , 使阀球吸在阀罩的边缘而不能正常工作。 ( 五 ) 供液不足的影响 v 若油层能量低或沉没度较小时 , 当活塞的运动 速度大于吸入液体的速度时 , 会使泵充不满而影响 泵效。 二、提高泵效的措施 v 泵效是反映抽油设备工作效率及管理水平的重要指标 。泵效除与泵
12、的工作状况有关外 , 还与油层条件有着密切的 关系。因此 , 为了提高泵效必须对油井及油层两方面采取措 施。 ( 一 ) 对于油层的措施 v提高和维持油层能量 v 主要是提高和维持油层能量 , 保证有充足的供 油能力对于注水开发的油田 , 合理注水是保证高产 、高泵效的根本措施 ; v采取增产措施 v 对于井底附近油层物性不好的 , 可采取增产措 施提高井底附近油层的渗透率 , 提高油层供油能力 。 ( 二 ) 油井方面的措施 v1. 选择油井合理的工作制度 v连续抽油的井油井的工作制度：指的是冲程 、冲数、泵径和下泵深度 ; v 间抽井油井的工作制度：指的是开、停抽时 间。 1) 连续抽油的
13、井 v在满足产量要求的条件下 , 选择拍汲参数的最佳配合。 v选择油井工作制度的原则是 : 长冲程、低冲数、小泵径及合理的下泵深度。 v(1) 选用长冲程的优点 v可相对减小冲程损失对泵效的影响 , 有利于提高泵效。 v可减小余隙百分比 , 减小气体对泵效的影响。 v在冲数不变的情况下 , 可相对提高活塞的运动速度 , 减小漏失量。 v(2) 选用低冲数的优点 v可减小悬点的惯性载荷和振动载荷 , 改善抽油机的工作条件。 v有利于提高泵的充满系数。 v(3) 选用小泵径的优点 v 在同样下泵深度的条件下 , 泵径小 , 光杆载荷小 , 可减小冲程损失 , 提高 泵效。 v(4)下泵深度的选择
14、, 也直接影响泵效。下泵深度过大会使悬点载荷增加 , 增加 冲程损失 ; 下泵深度过小会减小泵的沉没度 , 增加气体对泵效的影响 ,也会使 泵供液不足。 2) 间抽井 v 当地层供液能力很差 , 若连续抽油会使泵效很低 , 不仅 浪费动力资源而且会损坏抽油设备。 v 为了避免能源和设备的损耗而采用间抽的方法进行采油 。 v间抽井选择油井工作制度是确定油井合理的开、关井时间 , 使油井供油能力与泵的工作能力相适应。 2. 使用油管锚 , 减小冲程损失 v 抽油机工作时 , 在上下冲程中 , 由于液柱载荷 交替作用在抽油杆柱和油 管柱上 , 引起抽油杆柱和 油管柱的弹性伸长和缩短 , 造成冲程损失
15、。 v 如果用 油管锚将油管柱的下端固定 , 则可消除 油管的弹性变形 , 减小冲程损失。 3. 合理利用气体能量 , 减小气体的影响 v1) 控制套管气 v 对于地层能量较高且具有自喷能力的井 , 应控 制套管气 , 利用气体能量举油 , 可以提高泵效 ; 对 于没有自喷能力但气油比又较高的井 , 可通过控 制气套管气 , 使动液面稳定 , 提高泵的充满程度 , 使气体进入活塞以上再分离 , 提高泵效 ; 对于气 较少的井 , 可以适当地放套管气 , 以提高沉没度 。 v2)减小防冲距 v 在保证不碰泵的情况下 , 尽量减小防冲距 , 减 小余隙容积 , 减小气体对泵效的影响。 v3)使用气锚减少气体的影响 v工作原理是 : 利用气体的密度差 , 通过气锚的曲 折 ( 回流 ) 通道 , 使进泵气体实现多级分离 , 分离 后的气体进入油套管环形空间 , 分离出的油进入 泵中。气锚的工作原理 , 如图 4 -14 所示。 4. 减小漏失对泵效的影响 v1) 防止油井出砂 v对于由于油井出砂而使泵漏失的井 , 应采用 防砂措施。 v2) 防止油井结蜡 v对于由于油井结蜡而使泵漏失的井 , 应制定 合理的防清蜡措施。 v3) 防腐蚀
