节能高效抽油泵技术探讨

2012-11-16张会敏

中国新技术新产品 2012年4期

张会敏

（大庆油田有限责任公司第七采油厂第三油矿，黑龙江大庆 163517）

1 概述

据不完全统计，我国油田90%采用的是常规有杆泵抽油，是一种普遍应用的抽油技术，主要结构是固定阀尔在泵下部，游动阀尔在上部，在正常的生产过程中，具有如下特点，在下冲程时，所受的阻力完全是油管内液体对杆柱产生的压力，抽油杆下行必须克服下行阻力，因此会发生弯曲，导致抽油杆和油管之间偏磨，下行阻力越大，抽油杆偏磨现象就加剧，严重的可能导致抽油杆接头与油管接头发生刮碰，抽油杆断脱和油管漏失。在上冲程时，抽油泵工作的动力主要是电机提供的，油管环形空间液体的压力没有发挥作用，只能靠电机提供抽油产生的动力。可以看出，常规有杆抽油泵技术存在抽油机系统能耗高，抽油杆偏磨现象严重等。因此，探讨一种节能高效的抽油泵技术。

高效节能抽油泵示意图

2 节能高效抽油泵技术原理及特点

节能高效抽油泵的主要技术思路是，将固定阀尔设置在泵筒上部，游动阀尔设置在泵同下部，到达充分利用油管环形空间液体浮力的作用，主动利用地层能量举升，减少泵在上下冲程过程的载荷，减缓抽油杆偏磨现象，达到节能高效的目的。

2.1 结构

包括光杆、油管、游动阀、柱塞、密封光杆、密封短节、固定阀、固定阀座。泵筒与上部油管相连，固定阀座位于泵筒的顶部并相互连接。柱塞位于泵筒内部并能上下活动，其顶部与密封光杆相连。游动阀坐在柱塞上并置于固定阀座的下方。

2.2 工作原理

活塞上行时，地层原油进入活塞所让出的空间，泵内压力继续升高，当泵内压力超过油管内液柱压力时，固定阀打开尔，游动阀尔关闭，油管内液面不断上升，油流进入出油管线。活塞下行时，活塞所让出体积变大，泵筒内体积大，压力变小，当压力小于环形空间液柱压力时，导致固定阀尔打开，游动阀尔关闭，流油进入泵筒。

2.3 技术特点分析

常规泵下冲程受力示意图

高效节能泵下冲程受力示意图

以实例进行分析，假设一口井泵挂深度1700m，原油密度0.8g/cm3，沉没度200m，柱塞直径38mm，杆柱直径 25mm，活塞直径56mm。则 S38柱=11.34cm2，S25杆=4.91cm2，S56活=24.63cm2，P液=136kg/cm2，P沉=16kg/cm2，将常规抽油泵和节能抽油泵在正常工作时，泵的受力情况进行对比。

(1)降低下冲程阻力

高效节能泵下冲程阻力计算：

泵下端面阻力＝S柱×P沉＝G向上

泵液压反溃力＝（S柱－S杆）×P液=G向下

泵净阻力＝G向上-G向下

常规泵下冲程阻力计算：

阻力＝S杆×P液=G0

G0=S25杆×P液=4.91×136=648kg

通过计算表明，节能高效泵能够有效降低下冲程载荷。

(2)降低上冲程载荷

高效节能泵上冲程顶托力计算：

只有油套环形空间的液体作用在活塞上，因此，F往上=S56活×P沉=24.63×16=394kg

常规泵上冲程顶脱力计算：F往上=0

通过计算表明，节能高效泵能主动利用地层能量进行举升。

(3)综合分析

计算沉没度在200m、400m、800m时，下行阻力和顶托力的变化规律。

当沉没度200m，对常规泵而言，G0=4.91×136=648kg，F往上=0

对节能泵而言，G净阻=-693kg(主动下行)，F往上=394kg

当沉没度400m，对常规泵而言，G0=648kg，F往上=0

对节能泵而言，G净阻=-511kg(主动下行)，F往上=788kg

当沉没度800m，对常规泵而言，G0=648kg，F往上=0

节能泵而言，G净阻=-150kg(主动下行)，F往上=1576kg

⑷技术特点

①减缓抽油机井偏磨程度

有杆泵采油技术是油田生产常见的生产方式，随着油田不断开采，油田含水不断上升，因杆管偏磨造成抽油机井检泵作业的井数呈逐年增加的趋势。抽油机井发生偏磨的主要原因是由于在下冲程过程中，抽油杆产生弯曲变形造成的。主要是因为抽油泵在下冲程运动过程中，受井内液体的作用，产生一个阻碍抽油杆下行且方向向上的阻力，使得抽油杆的下部受压，使得中和点上移，加剧抽油杆偏磨程度。

通过上述分析，可以证明，节能高效抽油泵在下冲程时，可将常规抽油泵在下冲程时井内液体对抽油杆的阻力，转化为使抽油杆能够自动下行的动力，使抽油杆不受此阻力的影响，大大减少了使抽油杆发生弯曲的阻力，使抽油杆能够保持较好地伸长状态，有效降低抽油杆的中和点，达到较好的防偏磨效果。

②有效降低系统举升能耗

通过与常规抽油泵计算对比分析发现，节能高效抽油泵在上冲程时，能够利用地层的能量，提供一个向上的托举力，在下冲程时，能够额外产生一个使抽油杆上行的力。可见，节能高效抽油泵能够有效降低机采系统举升载荷，起到节能降耗的作用。