关键词: 抽油井；泵效影响因素；杆受力分析；配套技术；防冲距
在有杆泵采油生产中, 影响抽油泵泵效的因素主要有杆管柱的伸缩、井液中的含气量、泵的充满度及漏失等。由于余隙空间的存在, 使得泵在抽油过程中, 余隙空间被弹性能大的气体所占据, 致使上冲程时泵的固定凡尔开启滞后或根本打不开(气锁), 井液进泵数量减少甚至进不了泵, 极大地影响了抽油效率。而且余隙越大, 余隙内残留气体越多, 则气体影响越大, 造成有效冲程越小, 泵效越低。在高油气比油田的有杆泵采油中这种影响尤为明显。目前人们主要从增加泵的沉没度、加大冲程、降低冲次等方面进行研究[, 以提高抽油泵效率。本文通过对抽油杆的受力状况及其弹性变形量的分析, 研究合理的余隙容积, 以提高泵效。
1 防冲距的理论分析
在抽油泵抽汲循环的上、下冲程过程中, 液柱的重力从固定凡尔上转到游动凡尔上, 使抽油杆柱和油管交替加载和卸载。因静液柱重力引起的抽油杆柱和油管柱在工作过程中发生弹性伸长, 使抽油杆下冲程时下移的距离大于实际冲程的长度, 故防冲距的目的主要是考虑到抽油杆在轴向拉力的作用下会伸长, 避免杆柱与泵筒底部发生碰撞而上提的一定距离, 杆柱的实际伸长量一般都小于所提距离, 所以活塞的实际冲程也小于理论冲程。
1.1 抽油杆受力分析
根据抽油杆柱在工作过程中的受力状态, 建立力学模型。由采油工艺可知杆柱所受合力为
F′r =W′r +Wfd +Wrd=(1 -0.127ρf)Wr +Wr +ξWf)a/g式中W′r 为抽油杆柱在液体中的自重(kN);Wrd 为抽油杆柱动载荷(kN);Wfd 为液柱动载荷(kN);ρf 为井液密度(kg/m3);W r 为抽油杆柱自重(kN);Wf 为作用于柱塞环形面积上的液柱重量(kN);a 为抽油杆加速度(m/s2);ξ为泵杆管的截面差之比, ξ=(Ap -Ar)/(Ai -A r);Ai 为油管内径的流通面积(m2);Ap 为柱塞面积(m2);Ar 为抽油杆截面积(m2)。
1.2 防冲距的计算
防冲距的大小主要取决于抽油杆柱的弹性变形量, 且抽油杆柱伸长量Δl 计算公式为
Δl =F′rLr(A rE)为了防止碰泵, 防冲距x0 的取值范围为
x0 ≥ Δl =F′rLr(Ar E)=((1 -0.127ρf )Wr +(W r +ξWf)a/g)Lr /(ArE)
2 游动阀开启的条件及柱塞位移
当柱塞上冲程达到上死点时, 设固定阀关闭,泵筒内压力近似为泵的沉没压力, 此时游动阀不能立即打开, 泵筒内为密闭容腔, 随着柱塞下冲程的进行, 泵筒内液体被压缩, 压力升高。当游动阀所受的液体力足以克服游动阀重量和井筒压力时, 游动阀才能打开, 而且游动阀开启前, 密闭容腔内质量无交流, 因此, 游动阀开启时, 柱塞的位移量Δx 为
Δx =(x pm +x0)(1 -ρs /ρod)
式中：x pm 、x 0 分别为抽油机冲程和防冲距(m);ρs 、ρod 分别为泵筒内沉没压力和开启压力下的液体密度(kg/m3)。同一个抽油泵在同一口油井上以同一冲次正常工作时, 其泵效为：η=Q实/Q理= xpm实/ xpm =(xpm -Δx)/x pm
式中：Q实、Q理分别为抽油泵的实际排量和理论排量(m3 /d);x pm实为抽油泵的实际冲程(m)。
3 优化实例分析
(1) 防冲距与泵效的关系。以1000m 泵挂深度为例, 动液面为750m, 冲程4.2m, 冲次6
min-1 , 泵径为70mm , 杆径为 22 mm , 进行编程分析同一抽油泵在不同防冲距和油气比时泵效的变化情况。
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从图可以看出, 随着油气比的增大, 有效冲程减小, 泵效降低;当油气比一定时, 随着防冲距的增加, 泵的有效冲程也是减小的, 泵效亦降低。因此, 在一定的冲程条件下, 油气比一定, 防冲距越小, 抽油泵的余隙体积越小, 泵筒的充满系数越大, 泵效越高。因此合理的防冲距是提高泵效的有效途径之一。(2)防冲距与泵径、杆径的关系。仍以1000 m泵挂深度, 750 m 动液面, 4.2 m 冲程, 6 min-1冲次为例。当改变抽油杆和抽油泵直径的时候, 防冲距大小的变化情况见图 。从图3中可以看出, 当不同的杆径和泵径相组合时, 泵径不变, 防冲距随着杆径的减小而增大;杆径不变, 防冲距随着泵径的增大而增大。因此在选用不同泵杆组合时应采用相应的最优防冲距值, 从而改善以往抽油泵设计防冲距时采用经验值导致泵效降低的问题。
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4 结语
(1)通过抽油泵工作过程的理论分析, 推导了抽油泵防冲距的计算公式, 为合理确定抽油泵防冲距、提高抽油泵泵效提供了依据。(2)抽油泵的泵效取决于油井的油气比和抽油泵的防冲距, 在油气比相同的条件下, 防冲距大,泵效低。(3)防冲距的大小与泵径、杆径有关, 其组合不同, 防冲距的大小不同, 根据油井参数和杆泵组合形式, 应用防冲距计算公式, 可确定油井的最佳防冲距。
参考文献
[1]保证抽油泵高效工作的对策及技术研究[J]. 何忠强,杨雪.中国石油和化工标准与质量. 2017(02)
论文作者:李新华,王延新, 韩志刚
论文发表刊物:《科学与技术》2019年16期
论文发表时间:2020/1/15
标签：油泵论文; 冲程论文; 油气论文; 油井论文; 组合论文; 柱塞论文; 凡尔论文; 《科学与技术》2019年16期论文;