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1、第三章机械采油常识第一节有杆泵抽油机及井口装置在油田开发过程中，油田达到自喷晚期或停喷后，或原始地层压力不足，要对这些井进行采油，就必须安装一种人工举升装置，以维持所需要的井底流压和生产出地质配产要求的产量。人工举升采油有三种方式可供选择，即气举采油、有杆泵采油和无杆泵采油。当前，我国有杆泵采油方式占人工举升井数的90。因此，本节就有杆泵抽油机及井口装置做一简单介绍。一、有杆抽油泵有杆抽油泵按用途可分为常规（标准）抽油泵和特种抽油泵两大类。通常，对于符合抽油泵标准设计和制造的抽油泵称作标准抽油泵或常规抽油泵，而具有专门用途的，如防砂、防气、抽稠油等，或具有与标准结构或尺寸不同的抽油泵称作特殊用
2、途的抽油泵或专用抽油泵。我国抽油泵行业标准是SY/T 5059-91抽油泵。（一）常规抽油泵常规抽油泵又分为管式泵和杆式泵两大类。1.管式抽油泵管式抽油泵是按设计的泵挂深度直接将泵筒连接在井下油管的下端，活塞连接在抽油杆的最下端，见图1-3-1。工作原理：上冲程时，抽油杆柱带动活塞上行，游动阀（排出阀）受自重和油管内液柱压力的作用而关闭，并提升柱塞上部的液体，与此同时柱塞下面的泵筒空间里的压力降低，当其压力低于套管压力时，该空间的液体将顶开油泵固定阀（吸人阀）而进人抽油泵活塞上冲程所让开的泵筒空间。当柱塞下行时，油泵的固定阀靠自重下落而关闭，泵筒内的液体受到压缩，在柱塞继续下行过程中，泵内的压
3、力不断增高，当泵内压力增至超过油管内液柱压力时，将顶开油泵的游动阀使泵筒内的液体进人油管内。由于油泵柱塞在抽油机的带动下，连续做上下往复运动，因而油泵的固定阀和游动阀也将交替地关闭与打开，完成抽油泵的抽汲工作循环。管式抽油泵结构简单，成本低；泵筒壁较厚，承载能力大；在相同的油管尺寸下可安装的管式抽油泵直径比杆式抽油泵大，因而排液量也较大；对于产液量更大的油井还可通过脱接器安装泵径大于油管内径的管式抽油泵。因此在我国得到了广泛的应用。2.杆式抽油泵杆式抽油泵有定筒式顶部固定杆式泵、定筒式底部固定杆式泵及动筒式底部固定杆式泵三种。1)定筒式顶部固定杆式泵这种泵由泵顶部的固定支承装置将泵筒固定在油管
4、内的预定位置上，见图1-3-2。顶部固定方式是杆式泵最常采用的，它不仅使用可靠，而且还具有下列优点：在柱塞运动时可将锁紧装置四周的砂子冲掉，防止砂卡，使起泵作业容易；泵筒可绕顶部锁紧装置这个支点摆动，所以在斜井中下泵时，泵筒和油管都不会损坏；在固定位置深度相同的情况下，泵的沉没度比底部固定的杆式抽油泵更大，所以更适合低产井和低液面并中使用；顶部固定位置使泵本身具有气锚作用，可在含气较多的油井中使用，其缺点为：由于顶部固定，泵筒受内压和液柱向下拉伸的复合载荷，受力状况比较恶劣；柱塞上行程时，泵筒受内部压力高于外部压力，使泵筒内孔增大，漏失量有所增加。2)定筒式底部固定杆式泵这种泵由泵的底部锁紧装
5、置将泵筒固定在油管内的预定位置上，见图1-3-3。底部固定杆式泵应用也较广。它具有泵筒不会因液柱作用而伸长、只受外压、间隙不会增大的特点，适合在深井中使用；泵筒可绕底部锁紧装置这个支点摆动，在斜井中也可使用。但在固定支承套和底部锁紧装置的环形空间处极易沉积砂粒，使起泵作业困难，不宜在含砂井中使用。底部固定，工作时泵筒摆动大，加剧了阀杆、导向套的磨损，故不宜用作长冲程泵。3)动筒式底部固定杆式泵这种泵的泵筒与抽油杆柱连接，并作上下运动，柱塞通过拉管及底部锁紧装置固定在油管内预定位置上的支承套上，见图1-3-4。动筒式底部固定杆式抽油泵，主要用在含砂较多的油井中。因为工作时泵筒上下运动，不停地搅动
6、井液，砂粒不易沉积在锁紧装置上产生卡泵；在周期开采抽油井停抽时，顶部阀球封闭阀座，油管中的砂粒不会沉积在泵内产生卡泵；固定阀和出油阀都为开式阀罩，流体的局部阻力小，有利于含砂较多的井液排出。但这种泵拉杆稳定差，不宜作长冲程泵和在稠油井中使用。杆式泵与管式泵相比具有起下泵时不起下油管的特点，适合在深井中使用。另外，它还具有形式多样、选择的余地大等优点，在我国正在逐步推广使用。（二）特殊用途有杆抽油泵为满足抽油井复杂开采条件（如稠油、高含砂、油气比大、斜井等）对抽油泵的专门要求，近几年，国内外研制出一些具有特殊用途的抽油泵。1.抽稠油泵稠油的粘度很高，阻力很大，用常规抽油泵无法使抽吸过程顺利进行，
7、为此设计以下几种专门开采稠油的抽油泵。1)流线型管式抽油泵这种泵的结构与管式泵相比，有如下特点：(1)只在柱塞总成的上出油罩内安装出油阀球与座，其阀球直径比同规格抽油泵的阀球直径要小一个等级，这样就扩大了油流通过阀罩的流道面积，减少了油流阻力。(2)阀座的内孔做成圆锥形，减少对油流的阻力；采用母螺纹柱塞，流道面积比外螺纹柱塞面积大，将柱塞下端的孔口做成圆锥形，减少了局部阻力；采用流线形大通道固定阀，与可打捞式的固定阀相比，提高了流通能力。总之，这种泵的设计特点是扩大或改变流道形状，减少对稠油的局部阻力。2)液力反馈抽稠油泵这种泵由两台不同泵径的抽油泵串联而成，中心管将上下柱塞连为一体，见图1-
8、3-5。这种泵的进、出油阀均装在柱塞上，当驴头作下冲程时，柱塞下行，上柱塞与上泵筒的环形腔A体积减小，压力增大。A 腔的原油通过孔b将进油阀关闭，油管内液柱压力通过进油阀加在柱塞上，强迫柱塞克服稠油的阻力下行。驴头作上冲程时，柱塞上行，A 腔增大，压力减小，进油阀打开，出油阀被油管内液柱压力关闭，井下原油经孔b流人A腔。这种泵的设计特点是采用大小柱塞形成A腔和只在大小柱塞上装进出油阀，以达到在下冲程时进油阀关闭，实现液力反馈的目的。这种泵泵筒上没有阀，因此井下可不装泄油器，还可不动泵筒、油管进行井下测试和对稠油层注人热采蒸汽。3)双向进油抽稠油泵这种泵与普通管式泵相比，在泵筒中部开有进油孔，柱
9、塞为整体超长结构，见图1-3-6。柱塞上行时，其底部压力降低，进油阀打开，出油阀在油管内浪往压力作用下关闭。当长柱塞上行程超过泵筒中部开有的进油孔b时，进油这种泵结构原理与液力反馈泵相似，也是由两台不同泵径抽油泵串联而成，见图1-3-7。其特点是在液力反馈泵的基础上增加了环流阀总阀关闭，套管中的液体在沉没压力作用下从泵筒中部进油孔进人泵筒，一方面对泵筒进油孔下部泵筒没充满的空间进行补充，一另一方面将泵筒进油孔下部泵筒空间的气体排出。柱塞下行时，只要往塞表面将泵筒进油孔密封，柱塞出油阀即打开，泵筒进油孔下部的液体从柱塞内孔排至油管。对稠油井、含气井使用双向泵虽然损失一部分有效冲程；但与常规泵相比
10、泵效还是得到大幅度提高，其原因是泵筒中部开进油孔，改善了进油状况，提高了泵筒开孔下部的泵筒内腔的充满程度。该泵采用在泵筒上开孔，除完成二次进油及排气功能外，还可不动油管柱对稠油井进行蒸汽吞吐。因为油管和套管通过泵筒上的二次进油孔相互连通，只要把超长柱塞提至油管中即可对稠油层实施蒸汽吞吐工艺。由于泵筒上开有二次进油孔，因此井下可不装泄油器，降低油井修井费用。4)环流抽稠油泵这种泵结构原理与液力反馈泵相似，也是由两台不同泵径抽油泵串联而成，见图1-3-7。其特点是在液力反馈泵的基础上增加了环流阀总成，增大了流道面积；缩短了井下原油进人A腔的路程，减少了液流阻力，既保留了液力反馈泵的优点，又提高了泵
11、的充满系数，更宜于抽汲稠油。井下可不装泄油器，只要将活塞总成提出，不动管柱就能进行井下测试和对稠油层实施蒸汽吞吐工艺。但因增加了环流阀总成，使得泵的外形尺寸增大，只能用于177. 8mm及以上套管的稠油井。5) VR一S抽稠油泵这种泵的设计特点是依靠机械力的作用迫使锥形阀开启，解决了在抽汲稠油时，阀球不能及时开启，与阀座不能形成可靠密封和球在阀罩中阻止稠油流动的一系列问题（见图1-3-8)。由于不是依靠压差开启锥形阀，所以能较好地解决热采转抽的蒸汽锁和一般气锁问题，极大地提高了抽神泵的容积效率。另外，锥形阀的倒装，连接器与柱塞头的刮砂作用，也使这种泵在含砂较多的稠油井能正用。2.防砂泵1)三管
12、抽油泵这种泵属于底部固定杆式抽油泵（见图1-3-9)，适宜用于含砂严重的油井，对于新投产的井和加砂压裂后初次抽油的井尤为适用。为保持一定的泵效，三管泵的冲次一般比常规泵要高。随泵挂的加深，三个泵筒也应相应加长，以增加密封长度。2)防砂卡抽油泵这种泵在抽汲过程中，排出到泵上部的井液把大部分较小的砂粒带到地面，而较大的砂粒在下沉过程中，被滑阀遮挡，不能落回泵筒，而是姐比沙卜套与泵筒间的环形通道沉到泵下面的沉砂管内。若因故停抽，滑阀使泵筒上端关闭，泵上方油管内井液中的砂粒，也通过环形通道下沉到沉砂管内。所以这种抽油泵在抽极和停抽时均能有效地防止砂卡和砂埋（见图1-3-10)。3.防气抽油泵常规抽油泵
13、在油气比大的油井中使用，油液充满程度差，泵效低，还往往出现“气锁”，使抽油泵无法正常工作。更有危害的是在这种油井中抽油常发生“液面冲击”，加速了抽油杆柱、阀杆、阀罩、泵阀、油管等井下设备的损坏。为此，人们专门设计了适合在油气比大的油井使用的抽油泵。1)两级压缩抽油泵这种泵活塞由细长的上柱塞与直径较大的下柱塞串联起来，将泵筒分成上下两个工作腔，下工作腔比上工作腔的环形面积大得多。上出油阀和中出油阀，下出油阀和进油阀分别构成这两个工作腔的进出油阀，泵由底部固定装置固定（见图1-3-11）。2)机械启闭阀抽油泵机械启闭阀抽油泵的结构示意图见图1-3-2。这种泵与常规抽油泵比较其结构上有以下几个特点：
14、（1)柱塞上的出油阀为一倒装的锥形阀，锥形阀体与抽油杆刚性连接，所以此阀的开启不是靠压差，而是依靠抽油杆上下机械移动来完成。（2)泵筒出油阀为一正装的锥形阀，锥形阀中心开一小孔，与阀杆滑动配合。(3)柱塞较短，一般为0. 5m左右，上段为硬柱塞，下段为软柱塞，提高了密封性能，增加了与泵筒的摩擦力。其工作过程为：上冲程时，抽油杆提升，使柱塞出油阀关闭，并带动柱塞上行。此时下腔室压力下降，当其压力低于泵的人口压力时，进油阀打开进油。与此同时，上腔室压力上升，如果井液油气比大，油气虽被压缩但压力增加小，此时常规泵往往打不开柱塞出油阀而发生“气锁”。由于此泵在阀杆上设计有推块和放气孔，当柱塞接近上死点
15、和换向上升一小段距离时，均能让柱塞出油阀上下腔连通，提前将上腔室的气体排至油管中，从而有效地避免了“气锁”的发生。下冲程时，抽油杆柱下行，它不受油气比大的影响，首先将柱塞出油阀打开，使上下腔室连通。当下行15mm后，推动柱塞下行，这样，下腔室的油、气很容易就进人了上腔室、在柱塞接近下死点和柱塞离开下死点的一段时间内，放气孔又将柱塞出油阅的上下腔连通，完成排气，保证上冲程时将柱塞出油阀及时打开。3)环形阀抽油泵这种泵是在常规抽油泵的基础上进行改造而成的，其结构示意图见图1-3-13。首先，取消上出油阀，在泵的出口处装一环形阀；其次，在环形阀中间固定一摩擦环，以增加环形阀与拉杆之间的摩擦力。上冲程
16、时，环形阀在拉杆摩擦力的带动下，及时打开，出油阀在油管液柱压力作用下关闭，上泵腔排油与此同时，下泵腔体积增大，压力下降，进油阀打开进油。下冲程时，在油气比大的油井中，常规抽油泵往往因进油阀上面的压力低于油管液柱压力，使出油阀打不开。而此时，环形阀抽油泵的环形阀在拉杆摩擦力作用下及时关闭，并承受油管液柱压力，使环形阀以下泵腔处于低压，出油阀由于柱塞上面泵体积增大，压力降低而迅速打开进油。4.其他特殊用途的抽油泵1)大排量双作用抽油泵这种泵在一个往复冲程中可完成两次汲油和两次排油的过程，因而比泵径和工作参数完全相同的抽油泵大幅度地提高了产液量。当油层压力高、油井供液相当充足，以至较大的常规泵也满足不了排液量的要求时，可采用大排量双作用泵。但由于下冲程时有排油过程，杆柱下行阻力较大，不宜在原油粘度过大或出砂的油井中使用。其
