采油工程——泵效计算与分析

1、第三章有杆泵采油第四节 泵效计算与分析泵效：油井日产液量与泵的理论排量的比值称为泵效。用公式表示为:Qt(3-78)、影响泵效的因素（一）地质因素1 .油井出砂:2 .气体的影响:充满系数:ViVP(3-79)式中 Vp 上冲程活塞让出容积;V1 每冲次吸入泵内的液体体积；如图 3-41所示图3-41气体对泵充满程度的影响图3-41中Vs表示余隙容积，Vi表示活塞在上死点时泵内的液体体积，Vg表示泵 内气体的体积，令 R Vg/Vi称泵内气液比，令 K Vs/Vp称余隙容积比，将Vl Vl VS 和 R ,K 代入式(3-79)得:(3-80)1 KR1 R分析式（3-80）可得出以下结论:1

2、 1) K值越小， 值就越大。而减小余隙容积Vs和增大活塞冲程以增大Vp都可以减小K值。因此在生产中应使用长冲程和在保证活塞不碰固定阀的前提 下，应尽量减小防冲距以减小余隙。2 2) R越小， 值就越大，因此为增加泵效，应尽量减少进泵的气体。进泵气液比可用下式计算：(Rp Rs)(1 fw)Ps0.1(3-81)式中 Rp 地面生产气油比；Rs泵吸入口处的溶解气油比;Ps沉没压力，MPa；fw 油井含水体积分数；3 .油井结蜡：由于活塞上行时，泵内压力降低，在泵的入口处及泵内极易 结蜡，使油流进泵阻力增大，影响泵效。4 .原油粘度高：由于油稠，油流进泵阻力大，固定阀和游动阀不易打开和 关闭，抽

3、油杆下行阻力大，影响泵的冲程，降低泵的充满系数，使泵效降低。5 .原油中含腐蚀性物质，如硫化物、酸性水，腐蚀泵的部件，引起漏失降 低泵效。(二)设备因素1.活塞的有效冲程：1 )静载荷作用下的冲程损失及活塞有效冲程如图3-42 ,由于转移载荷W1上冲程从油管柱上转移到抽油杆柱上使抽油杆柱伸长了r ,油管柱缩短了 t ,悬点向上移动了t 一段距离后活塞和泵筒才有相对位移，悬点无效的冲程称为冲程损失。活塞的有效冲程为 sP s ,光杆冲程有效率为：(3-82)SpS同理可以分析在下冲程中，由于转移载荷W1从抽油杆上转移到油管上，使抽油杆柱缩短了 .，油管柱深长了 t ,悬点向下移动了rt 一段距离

4、后活塞和泵筒才有相对位移，下冲程的冲程损失和活塞有效冲程与上冲程相同，如图 3-40所示。(3-83)式中 L抽油杆柱的总长度，m；E 钢的弹性模量，2.06X 1011Pa；ft 油管的金属截面积，ft (D2 d2) , m2;4D、d分别是油管的外径和内径，m；其它符号同前。如果用多级抽油杆柱，抽油杆的变形要分段计算后相加，以二级组合杆柱为例:Wl, LiL2L(E frif2ft(3-84)式中 如、f.2 分别为各级抽油杆柱的截面积，m2；Li、 L2 分别为各级抽油杆柱的长度，m。由计算 的公式可以看出：冲程损失与转移载荷Wl fpL lg成正比，即泵径越大，活塞截面积越大，冲程损

5、失越大，当泵径超过一定的限度（引起的s/2）之后，再增大泵径，不但不会增加产量，而且产量会减小。同时，冲程损失还与抽油杆柱长度成正比， 抽油杆柱越长，冲程损失越大。因而在深井 中为了提高泵效和产量，常用的方法是用小泵深抽。2）考虑惯性载荷后的活塞有效冲程与仅考虑静载变形相比，惯性载荷作用使活塞冲程增加了i2Wrsn L2 1790 frEWrsn2L2 1790frEWr sn2L1790frE(3-85)考虑惯性载荷后的活塞冲程为:sPs i s(1Wrn L )(3-86)1790 fr E2.泵的制造质量，安装质量的影响对于泵的正常间隙漏失影响下的泵效可用下式计算:Bl ( De3g H

6、Qt 12 l(3-87)式中 D泵径，m；Bi抽汲液体的体积系数;冲程有效率;泵的充满系数；Qt泵的理论排量，m3/d;e活塞与衬套之间的间隙，m;H 活塞两端的液柱压差，m；l活塞长度，m； 液体的运动粘度，m2/s；p 活塞运动速度，m/so(三)工作方式的影响抽汲参数选择不合理也会降低泵效： 参数太大，造成供液不足，液体充不满 泵筒影响泵效。泵挂太深，使冲程损失过大降低泵效考虑以上各种因素后的理论泵效为：i b(3-88)，、,1式中 b 考虑原油在地下和地面体积的差别的系数，为体积系数的倒数。Bi二、提高泵效的措施(一)地层方面的措施1 .对于注水开发的油田，加强注水，保持油层能量高

7、，井中液面高，是保 证油井高产量、高泵效生产的根本措施。井中液面高，沉没压力高，一方面增大 了原油进泵的动力，另一方面，沉没压力高于饱和压力，可防止原油脱气，减轻 气体影响，增大泵的充满系数。2 .采取有效的防砂措施，减轻砂粒对泵的磨损，减轻漏失的影响。另外如 果砂子在井中沉积，掩埋油层，会增大油流入井阻力降低液面，也会降低泵效。(二)井筒方面措施1 .选择合理的工作方式选择抽汲参数组合的一般原则是：(1)对于粘度不太大的常规抽油机井应选用大冲程、小冲数和较小泵径， 这样既可减小气体影响，又可减小悬点的交变载荷。(2)对于原油比较稠的井，一般选用大冲程、大泵经、小冲数，可以减小原油经过阀座孔的

8、阻力和原油与杆柱与管柱之间的阻力。(3)对于连喷带抽的井，则采用大冲程、大冲数、大泵经，快速抽汲可增 大对井的诱喷能力。2 .确定合理的下泵深度和合理的沉没度能使乘积最大的下泵深度和沉没度，即是合理的下泵深度和合理的沉没度。3 .使用油管锚减小冲程损失用油管锚或封隔器将油管下端固定，则可消除油管的弹性伸缩，减小冲程损 失。深井中将油管下端锚定还可消除由于内压引起的油管螺旋弯曲， 减小冲程损 失。4 .采用井下油气分离和井口放套管气装置减轻气体影响如图3-43所示的是利用“回流效应”的简单气锚和带封隔器的井下油气分b图3-43井下气液分离装置1 孔眼；2吸入管；3外管；4中心管；5外筒；6一套管；7一封隔器(三)设备方面和管理方面的措施1 .改善泵的结构提高泵效针对油井出砂、结蜡、油稠的特殊情况，石油科研人员研制了许多特殊抽油 泵。如用在出砂井的防砂卡抽油泵，用在含气多的井中的环阀式防气抽油泵，用