節能高效抽油泵技術探討

張會敏

（大慶油田有限責任公司第七采油廠第三油礦，黑龍江 大慶 163517）

1 概述

據不完全統計，我國油田90%采用的是常規有桿泵抽油，是一種普遍應用的抽油技術，主要結構是固定閥爾在泵下部，游動閥爾在上部，在正常的生產過程中，具有如下特點，在下沖程時，所受的阻力完全是油管內液體對桿柱產生的壓力，抽油桿下行必須克服下行阻力，因此會發生彎曲，導致抽油桿和油管之間偏磨，下行阻力越大，抽油桿偏磨現象就加劇，嚴重的可能導致抽油桿接頭與油管接頭發生刮碰，抽油桿斷脫和油管漏失。在上沖程時，抽油泵工作的動力主要是電機提供的，油管環形空間液體的壓力沒有發揮作用，只能靠電機提供抽油產生的動力?？梢钥闯?，常規有桿抽油泵技術存在抽油機系統能耗高，抽油桿偏磨現象嚴重等。因此，探討一種節能高效的抽油泵技術。

高效節能抽油泵示意圖

2 節能高效抽油泵技術原理及特點

節能高效抽油泵的主要技術思路是，將固定閥爾設置在泵筒上部，游動閥爾設置在泵同下部，到達充分利用油管環形空間液體浮力的作用，主動利用地層能量舉升，減少泵在上下沖程過程的載荷，減緩抽油桿偏磨現象，達到節能高效的目的。

2.1 結構

包括光桿、油管、游動閥、柱塞、密封光桿、密封短節、固定閥、固定閥座。泵筒與上部油管相連，固定閥座位于泵筒的頂部并相互連接。柱塞位于泵筒內部并能上下活動，其頂部與密封光桿相連。游動閥坐在柱塞上并置于固定閥座的下方。

2.2 工作原理

活塞上行時，地層原油進入活塞所讓出的空間，泵內壓力繼續升高，當泵內壓力超過油管內液柱壓力時，固定閥打開爾，游動閥爾關閉，油管內液面不斷上升，油流進入出油管線?；钊滦袝r，活塞所讓出體積變大，泵筒內體積大，壓力變小，當壓力小于環形空間液柱壓力時，導致固定閥爾打開，游動閥爾關閉，流油進入泵筒。

2.3 技術特點分析

常規泵下沖程受力示意圖

高效節能泵下沖程受力示意圖

以實例進行分析，假設一口井泵掛深度1700m，原油密度0.8g/cm3，沉沒度200m，柱塞直徑38mm，桿柱直徑 25mm，活塞直徑56mm。則 S38柱=11.34cm2，S25桿=4.91cm2，S56活=24.63cm2，P液=136kg/cm2，P沉=16kg/cm2，將常規抽油泵和節能抽油泵在正常工作時，泵的受力情況進行對比。

(1)降低下沖程阻力

高效節能泵下沖程阻力計算：

泵下端面阻力＝S柱×P沉＝G向上

泵液壓反潰力＝（S柱－S桿）×P液=G向下

泵凈阻力＝G向上-G向下

常規泵下沖程阻力計算：

阻力＝S桿×P液=G0

G0=S25桿×P液=4.91×136=648kg

通過計算表明，節能高效泵能夠有效降低下沖程載荷。

(2)降低上沖程載荷

高效節能泵上沖程頂托力計算：

只有油套環形空間的液體作用在活塞上，因此，F往上=S56活×P沉=24.63×16=394kg

常規泵上沖程頂脫力計算：F往上=0

通過計算表明，節能高效泵能主動利用地層能量進行舉升。

(3)綜合分析

計算沉沒度在200m、400m、800m時，下行阻力和頂托力的變化規律。

當沉沒度200m，對常規泵而言，G0=4.91×136=648kg，F往上=0

對節能泵而言，G凈阻=-693kg(主動下行)，F往上=394kg

當沉沒度400m，對常規泵而言，G0=648kg，F往上=0

對節能泵而言，G凈阻=-511kg(主動下行)，F往上=788kg

當沉沒度800m，對常規泵而言，G0=648kg，F往上=0

節能泵而言，G凈阻=-150kg(主動下行)，F往上=1576kg

⑷技術特點

①減緩抽油機井偏磨程度

有桿泵采油技術是油田生產常見的生產方式，隨著油田不斷開采，油田含水不斷上升，因桿管偏磨造成抽油機井檢泵作業的井數呈逐年增加的趨勢。抽油機井發生偏磨的主要原因是由于在下沖程過程中，抽油桿產生彎曲變形造成的。主要是因為抽油泵在下沖程運動過程中，受井內液體的作用，產生一個阻礙抽油桿下行且方向向上的阻力，使得抽油桿的下部受壓，使得中和點上移，加劇抽油桿偏磨程度。

通過上述分析，可以證明，節能高效抽油泵在下沖程時，可將常規抽油泵在下沖程時井內液體對抽油桿的阻力，轉化為使抽油桿能夠自動下行的動力，使抽油桿不受此阻力的影響，大大減少了使抽油桿發生彎曲的阻力，使抽油桿能夠保持較好地伸長狀態，有效降低抽油桿的中和點，達到較好的防偏磨效果。

②有效降低系統舉升能耗

通過與常規抽油泵計算對比分析發現，節能高效抽油泵在上沖程時，能夠利用地層的能量，提供一個向上的托舉力，在下沖程時，能夠額外產生一個使抽油桿上行的力?？梢?，節能高效抽油泵能夠有效降低機采系統舉升載荷，起到節能降耗的作用。

結論

該技術利用液壓反饋原理可以降低下沖程阻力，甚至使柱塞主動下行，同時可降低上沖程載荷，減少摩擦所消耗的能量，達到節能效果。

該技術可始終保持抽油桿處于拉伸狀態，降低抽油桿中和點，減緩抽油桿偏磨程度。

[1]徐乃功.何桂梅.多功能便攜式抽油泵在油田中的應用.內蒙古石油化工，2007.1.