抽油机冲程损失的理论计算和现场应用潜力研究

赵常明

摘要：通过对抽油机井冲程损失的计算和对比，从而确定出不同井深、不同工作制度、不同井下杆管结构对抽油机井冲程损失的影响，找出抽油机井在生产中调整防冲距的潜力，提高抽油机井的综合生产效率，为合理调整防冲距提供理论依据。

关键词：胡克定律；悬点载荷；冲程损失；弹性变形；防冲距

抽油杆带动井下抽油泵的上、下冲程过程中，液柱的重力由固定阀向游动阀转移，抽油杆和油管交替加载和卸载，使抽油杆和油管受力不断变化，而出现弹性变形。抽油机井生产过程中调整防冲距的长度要大于弹性变形长度，以免抽油杆下行到下死点时，活塞底部撞击泵筒底部。正是由于冲程损失的存在，活塞的实际冲程要小于光杆的实际冲程

一、防冲距的理论计算与分析：

1、冲程损失的形成：

在抽油机生产过程中，由于存在着弹性形变，深井内柱塞冲程都小于光杆冲程。抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩愈大，柱塞冲程与光杆冲程的差别也愈大。由于作用在柱塞上的液柱载荷在上、下冲程中交替地分别由油管转移到抽油杆柱和由抽油杆柱转移到油管，从而引起杆柱和管柱交替地增载和减载，使杆柱和管柱发生交替地伸长和缩短。

当驴头开始上行时，游动阀关闭，液柱载荷作用在柱塞上，使抽油杆发生弹性伸长（λr）；当悬点继续运动时，油管要卸去载荷要缩短一段距离（λt）。当驴头继续上行时，柱塞才开始与泵筒发生相对位移，吸人阀开始打开并吸入液体，一直到上死点。柱塞有效移动距离（柱塞冲程）Sp比光杆冲程小λ。

因此λ=λr+λt。

式中 λ—冲程损失；m

λr—上、下行泵杆形变长度；m

λt—上、下行油管形变长度：m

2、影响管、杆弹性形变的因素：

冲程损失（λ）值可根据虎克定律来计算（未考虑多级杆组合）：

得出：

即：

fr、ft—抽油杆及油管的横截面积，m2；

L—抽油杆（油管）柱总长度，m；

ρl—液体密度，kg/m3；

E—钢的弹性模量，2.06×1011Pa；

Lf——动液面深度，m。

由公式可看出：抽油机井的上、下行载荷差越大，冲程损失越大。这与柱塞直径、下泵深度、冲程、冲次、井下杆柱组合、抽油机井井筒结构、原油物性都有很大关系。

3、防冲距与冲程损失的关系

所谓防冲距就是为防止抽油泵活塞与固定阀发生相撞，下泵时把活塞下到底以后，再将抽油杆柱向上提出的一段距离。其值约等于抽油杆柱和油管在液柱载荷作用下发生弹性伸缩变形之和。在确保没有造成活塞底部与泵底碰击和条件下，减小油井防冲距，不仅能够减小气体对泵效的影响，而且能够减小低能油井流体进泵的阻力，从而提升泵的提升效率。所以减小油井防冲距是控制油井潜力的一个基础性的工作。

二、现场调整方法及对比

1、现场防冲距调整方法

抽油机在调整防冲距的实际操作中，多以经验法为主，具体方法为：每1000米泵挂深度，防冲距调整0.8米。但由于每口井采用的工作制度、原油性质等不同因素的影响，形成的载荷差存在很大差别，防冲距调整量也存在很大潜力。

2、实例分析

如Z23-22井，该井采用φ44mm生产，冲程4.8m，冲次3.5次/分；下泵深度2200m，全井采用φ22mm泵杆、φ62mm油管生产；最大载荷80KN，最小载荷42KN。

按常规调整方案操作防冲距调整距离为H泵*0.8/1000=2200*0.8/1000=1.76m。

根据理论公式 计算得出的防冲距为1.42m。在该井下调0.3m后，未出现活塞碰击泵底的现象，说明计算合理。

3、推广应用

在全队6口井进行对比和计算，并在5口井中进行应用，如下表所示：

通过现场应用得出：抽油机井的下泵深度越大，实际调整的防冲距与计算结合差别也就越大，也就是下泵越深，油井调整的潜力也就越大。

三、結论

在抽油机井生产中，根据油井载荷及井下工具计算防冲距的方法得出的结论不仅适用于抽油机井检泵开井的防冲距的初期设定，而且也可以根据计算结论与经验数据对比，判断抽油机井优化潜力，调整后减小高气油比油井出现气锁或气体影响的几率，减小低能抽油机井，流体进泵的阻力，从而提升深井泵的抽汲效率。

参考文献

[1]采油技术手册 石油工业出版社 万仁博

[2]防冲距对抽油机井泵效的影响分析 大庆石油学院 朱君 高源 王慧

（作者单位：大港油田第三采油厂）