有杆抽油系统——第3章-抽油泵

第3章抽油泵ChinaUniversityofPetroleum第3章抽油泵3.1抽油泵的工作原理及工作特点3.2抽油泵的类型与结构3.3特殊用途的抽油泵3.4有杆泵抽油井井下附属设备3.1抽油泵的工作原理及工作特点有杆抽油泵属于一种特殊形式的往复泵，动力从地面经抽油杆传到井下，抽油泵的柱塞在抽油杆柱的带动下作往复运动，将油井中的液体举升到地面，其工作原理图如图所示。有杆抽油泵简称有杆泵。机械能转化为流体压能的设备一、抽油泵的工作原理有杆抽油泵属于一种特殊形式的往复泵，动力从地面经抽油杆传到井下，抽油泵的柱塞在抽油杆柱的带动下作往复运动，将油井中的液体举升到地面，其工作原理图如图所示。有杆抽油泵简称有杆泵。3.1抽油泵的工作原理及工作特点抽油泵主要由泵筒、柱塞、进油阀（吸入阀或固定阀）、出油阀（排出阀或游动阀）组成。(一)泵的抽汲过程抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受管内液柱压力而关闭。泵吸入的条件：泵内压力(吸入压力)低于沉没压力。A-上冲程1)上冲程泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力(沉没压力)与泵内压力之差的作用下被打开。泵内吸入液体、井口排出液体。3.1抽油泵的工作原理及工作特点B-下冲程2)下冲程柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。泵排出的条件：泵内压力(排出压力)高于柱塞以上的液柱压力。柱塞上下抽汲一次为一个冲程，在一个冲程内完成进油与排油的过程。光杆冲程：光杆从上死点到下死点的距离。泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开。柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。3.1抽油泵的工作原理及工作特点（二)泵的理论排量泵的工作过程是由三个基本环节所组成，即柱塞在泵内让出容积、井内液体进泵和从泵内排出井内液体。SfVp在理想情况下，活塞上、下一次进入和排出的液体体积都等于柱塞让出的体积：SNfVpm每分钟的排量为：SNfQpt1440每日排量:泵的理论排量冲次：一分钟的时间内抽油泵吸入与排出的周期数。3.1抽油泵的工作原理及工作特点3.1抽油泵的工作原理及工作特点tQQ/（三）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。影响泵效的因素(3)漏失影响(1)抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩SSp入(2)气体和充不满的影响活液VV(4)体积系数的影响lBB1llB3.1抽油泵的工作原理及工作特点（四）提高泵效的措施(1)选择合理的工作方式①选用长冲程、低冲次，减小气体影响，降低悬点载荷，特别是稠油井。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。3.1抽油泵的工作原理及工作特点二、抽油泵的工作特点抽油泵外径受井眼尺寸的限制，只能是立式结构。在冲次相同的条件下，要增加泵的排量，就须增大冲程长度，加长泵的尺寸。抽油泵在井下工作，有的需要装在3000多米的深处，这样，柱塞上下压差很大，要维持柱塞与泵筒间的密封性和耐磨性，提高泵效和延长使用寿命，就需要耐压泵筒和较长的柱塞。抽油泵的工作和使用周期，受抽油杆强度和刚度的影响，如抽油杆的变形和振动，影响柱塞有效冲程长度和泵的平稳性。抽油泵在恶劣环境下连续工作。如油井含气、含砂；介质腐蚀、结垢；高压、高粘度流体和较高的温度等。3.1抽油泵的工作原理及工作特点由于抽油泵具有以上工作特点，抽油泵应满足如下要求：(1)要有足够的强度和较好的密封性。(2)要求工作可靠，寿命长。对阀、柱塞、泵筒等要具有较高的耐磨性和抗腐蚀性。(3)要有较高的泵效。(4)要求安装、使用和修理方便。第3章抽油泵3.1抽油泵的工作原理及工作特点3.2抽油泵的类型与结构3.3特殊用途的抽油泵3.4有杆泵抽油井井下附属设备3.2抽油泵的类型与结构抽油泵的类型及基本参数标准抽油泵的结构及特点软密封柱塞泵组合抽油泵3.2抽油泵的类型与结构一、抽油泵的类型及基本参数1.有杆泵的分类:有杆泵的分类方式有很多种，按照有杆泵的安装固定及下入方式可将其分为管式泵和杆式泵。按照用途分为常规抽油泵和专用抽油泵，常规抽油泵又称标准抽油泵，是按照标准设计的；专用泵是具有专门用途的抽油泵，其结构与标准抽油泵不同，又称之为特种泵，如抽稠泵、防砂泵等。按有无衬套，分为整筒泵和组合泵（衬套泵）。组合泵的外筒内装有许多节衬套组成泵筒与柱塞配套，而整筒泵没有衬套。整筒泵取代组合泵是有杆泵的巨大进步。分类按照抽油泵在油管上的固定方式可分为：管式泵和杆式泵。3.2抽油泵的类型与结构特点：结构简单、成本低；泵径大，排量大；检泵时需起出油管，修井工作量大。应用范围：下泵深度不大、产量较高的井。（1）管式泵：是把外筒和衬套在地面组装好后，接在油管下部先下入井内，然后投入固定阀，最后把活塞接在抽油杆柱下端下入泵筒内。3.2抽油泵的类型与结构（2）杆式泵：是整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱的下端，整体通过油管下入井内，由预先安装在油管预定位置上的卡簧固定在油管上。特点：检泵不需起出油管，检泵方便；结构复杂，制造成本高；排量小。适用范围：下泵深度较大，但产量较低的井3.2抽油泵的类型与结构2.有杆泵的基本参数抽油泵型号表示方法3.2抽油泵的类型与结构二、标准抽油泵的结构及特点1．管式抽油泵的结构及特点（1）管式抽油泵的结构管式抽油泵的泵筒是按设计的泵挂深度由油管接箍直接连接在油管的下端，而柱塞则随抽油杆下入泵筒内。管式抽油泵从结构上又可分为可打捞式管式泵和不可打捞式管式泵。可打捞式管式抽油泵由泵筒总成、柱塞总成、固定阀总成、固定阀固定装置及固定阀打捞装置组成，如下图所示。1-油管接箍；2-加长短节；3-往塞上部出油阀罩；4-泵筒接箍；5-上出油阀球；6-阀座；7-柱塞；8-泵筒；9-柱塞下部出油阀罩；10-下出油阀球；11-阀座；12-打捞体；13-导向套；14-弹簧；15-销子；l6-丝锥式打捞头；17-泵筒接箍；18-加长短节；19-固定阀罩；20-固定阀球；21-固定阀座；22-油管接箍；23-接头；24-密封支撑环；25-弹性芯轴；26-支撑套。可打捞式管式抽油泵3.2抽油泵的类型与结构泵筒总成包括泵筒8、泵筒接箍4、17，加长短节2、18、油管接箍1、22。柱塞总成由柱塞上部出油阀罩3，上下出油阀球5、10与阀座6、11，柱塞7，柱塞下部出油阀罩9组成。固定阀总成由固定阀罩19、固定阀球20、固定阀座21及接头23组成，由锁紧装置将其固定。固定阀锁紧装置由密封支承环24、弹性芯轴25、支承套26组成。固定阀打捞装置由打捞体12、导向套13、弹簧14、销子15、丝锥式打捞头16组成。3.2抽油泵的类型与结构泵筒是管式泵最主要的零件，其两端带有螺纹，内表面经热处理，具有良好的耐磨、耐腐蚀性能，并能保证与柱塞的高精度配合；泵筒接箍一端与泵筒连接并以额定的上扣扭矩来保证其内孔端面与泵筒端面的密封，另一端由管螺纹与加长短节连接并密封。泵筒总成3.2抽油泵的类型与结构加长短节上下各一件，分别连接在两端的泵筒接箍上，其内孔尺寸比泵筒内径略大一点，以保证柱塞在冲程的上、下死点能越出泵筒一定长度，在泵筒全长范围内均匀地磨损，这样在修泵时配换合适的加大尺寸的新柱塞就比较容易。同时让柱塞冲出泵筒还可把泵筒中的积砂带出泵筒外，起到保护泵筒工作面的作用。一般在计算防冲距时，应将下加长短节的长度作为泵筒长度来计算。油管接箍直接连接在井下油管下端，起到把管式抽油泵固定在油管上的作用。3.2抽油泵的类型与结构柱塞总成由柱塞上部出油阀罩，上下出油阀球与阀座，柱塞，柱塞下部出油阀罩组成。按柱塞两端的螺纹形式分为外螺纹柱塞和内螺纹柱塞。按表面强化工艺分为镀铬柱塞和喷焊柱塞。喷焊柱塞与镀铬柱塞相比具有表面孔隙率低，耐腐蚀性能好，更耐磨损，与各种内壁硬化和电镀的泵筒均能匹配使用等优点。柱塞总成3.2抽油泵的类型与结构柱塞直径按与泵筒需要的配合间隙制成若干个尺寸等级以满足用户需要。由于结构的需要和尺寸的限制，它是抽油泵上强度最为薄弱的零件，故在选材和热处理方面需要注意。柱塞下部出油阀罩上与柱塞相连，内装下出油阀球与阀座。出油时此处的局部压力损失较大，所以应将其流道设计成流线型，而阀球启闭时液压冲击很大，应适当提高它的强度与硬度。阀球与阀座是抽油泵的主要零件，其密封性要求高，工况又十分恶劣，所以阀球与阀座的密封面要进行精密的研磨，还要注意它的选材和热处理工艺。3.2抽油泵的类型与结构固定阀总成由固定阀罩、固定阀球、固定阀座及接头组成。固定阀罩上有一螺孔供打捞固定阀使用。固定阀锁紧装置由密封支承环、弹性芯轴、支承套组成。弹性芯轴上端与固定阀总成的接头用螺纹连接，并将密封支承环压紧。弹性芯轴下端有弹性开口，安装时，在通过支承套内孔时，其弹性开口向内收缩，当密封支承环支承在支承套的锥形密封面上时，弹性开口外径处的上圆锥面正好向上紧靠在支承套内孔的下圆锥面上，从而使固定阀总成不会上下窜动。当地面动力通过固定阀打捞装置提升固定阀总成时，芯轴的弹性开口向内收缩，随固定阀总成一起被打捞。固定阀总成3.2抽油泵的类型与结构密封支承环封住泵筒内的井液，使其不回流。支承套下端为油管螺纹，可连接气锚、砂锚、尾管等井下器具。固定阀打捞装置由打捞体、导向套、弹簧、销子、丝锥式打捞头组成。打捞体用螺纹分别与柱塞下部出油阀座和导套相连。导套内孔装销子、弹簧和丝锥式打捞头。打捞头的螺纹段上设计有类似丝锥的导向锥、刃口和容屑槽，以便打捞时对正固定阀罩上的螺孔，在旋进时易将螺孔中的积垢切出，使打捞成功。弹簧在打捞时起缓冲作用，一般用不锈钢丝制造。销子可防止打捞头旋转。3.2抽油泵的类型与结构使用可打捞式管式泵，可在不起下油管情况下将固定阀打捞进行检修及下入泵内，操作方便。但由于打捞装置装在柱塞下端，增加了泵的余隙容积，因此在气油比大的油井内不宜采用。另外，由于将固定阀部分设计成可打捞式结构后，其油流道变小，因此也不宜在含砂和稠油井中使用。3.2抽油泵的类型与结构采用下图所示的不可打捞式管式抽油泵。由于不可打捞式管式泵没有固定阀打捞装置，可用于气油比较大的油井及含砂和稠油井。另外，由于可打捞式管式泵在打捞固定阀装置时成功率较低，最后不得不进行起下泵作业，所以，目前国内通常使用不可打捞式管式泵。3.2抽油泵的类型与结构1—油管接箍；2—加长短节；3—往塞上部出油阀罩；4—泵筒接箍；5—上出油阀球；6—阀座：7—柱塞；8—泵筒；9—柱塞下部出油阀罩；10—下出油阀球；11—阀座；12—阀座接头；13—泵筒接箍；14—加长短节；15—固定阀罩；l6—固定阀球；17—固定阀座；18—进油接头。不可打捞式管式抽油泵3.2抽油泵的类型与结构（2）管式抽油泵的特点管式抽油泵结构简单，成本低；泵筒壁厚较厚，承载能力大；相同尺寸的油管中，可安装的管式泵泵径比杆式泵大，所以排液量也较大；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以满足高产液量的要求。由于管式抽油泵具有以上优点，所以在我国的各大油田得到了广泛应用。但管式泵在起下泵作业时，需要将油管同时起下，所以作业时间较长，修井作业费用高，因此管式抽油泵多在浅井或中深井中使用。3.2抽油泵的类型与结构2．杆式抽油泵的结构及特点杆式泵在下泵时是将整个泵随抽油杆柱下入油管内的预定位置并固定，所以又称之为“插入式泵”。按固定装置在泵上的位置和在抽油时泵筒上下移动还是柱塞移动，可将杆式泵分成定筒式顶部固定杆式泵图1；定筒式底部固定杆式泵图2；动筒式底部固定杆式泵图3。1—阀杆异径接头；2—阀杆；3—导向套；4—密封支承环；5—芯轴；6—弹性套；7—接头；8—上加长接箍；9—柱塞上部出油阀罩；10—阀座；11—泵筒；12—柱塞；13—柱塞下部出油阀罩；14—阀球；15—阀座；16—压帽；17—下加长接箍；18—进油阀罩；19—阀球；20—阀座；21—阀座接头；22—上接头；23—支承密封环；24—下接头。图1