抽油機沖程損失的理論計算和現場應用潛力研究

趙常明

摘要：通過對抽油機井沖程損失的計算和對比，從而確定出不同井深、不同工作制度、不同井下桿管結構對抽油機井沖程損失的影響，找出抽油機井在生產中調整防沖距的潛力，提高抽油機井的綜合生產效率，為合理調整防沖距提供理論依據。

關鍵詞：胡克定律；懸點載荷；沖程損失；彈性變形；防沖距

抽油桿帶動井下抽油泵的上、下沖程過程中，液柱的重力由固定閥向游動閥轉移，抽油桿和油管交替加載和卸載，使抽油桿和油管受力不斷變化，而出現彈性變形。抽油機井生產過程中調整防沖距的長度要大于彈性變形長度，以免抽油桿下行到下死點時，活塞底部撞擊泵筒底部。正是由于沖程損失的存在，活塞的實際沖程要小于光桿的實際沖程

一、防沖距的理論計算與分析：

1、沖程損失的形成：

在抽油機生產過程中，由于存在著彈性形變，深井內柱塞沖程都小于光桿沖程。抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮愈大，柱塞沖程與光桿沖程的差別也愈大。由于作用在柱塞上的液柱載荷在上、下沖程中交替地分別由油管轉移到抽油桿柱和由抽油桿柱轉移到油管，從而引起桿柱和管柱交替地增載和減載，使桿柱和管柱發生交替地伸長和縮短。

當驢頭開始上行時，游動閥關閉，液柱載荷作用在柱塞上，使抽油桿發生彈性伸長（λr）；當懸點繼續運動時，油管要卸去載荷要縮短一段距離（λt）。當驢頭繼續上行時，柱塞才開始與泵筒發生相對位移，吸人閥開始打開并吸入液體，一直到上死點。柱塞有效移動距離（柱塞沖程）Sp比光桿沖程小λ。

因此λ=λr+λt。

式中 λ—沖程損失；m

λr—上、下行泵桿形變長度；m

λt—上、下行油管形變長度：m

2、影響管、桿彈性形變的因素：

沖程損失（λ）值可根據虎克定律來計算（未考慮多級桿組合）：

得出：

即：

fr、ft—抽油桿及油管的橫截面積，m2；

L—抽油桿（油管）柱總長度，m；

ρl—液體密度，kg/m3；

E—鋼的彈性模量，2.06×1011Pa；

Lf——動液面深度，m。

由公式可看出：抽油機井的上、下行載荷差越大，沖程損失越大。這與柱塞直徑、下泵深度、沖程、沖次、井下桿柱組合、抽油機井井筒結構、原油物性都有很大關系。

3、防沖距與沖程損失的關系

所謂防沖距就是為防止抽油泵活塞與固定閥發生相撞，下泵時把活塞下到底以后，再將抽油桿柱向上提出的一段距離。其值約等于抽油桿柱和油管在液柱載荷作用下發生彈性伸縮變形之和。在確保沒有造成活塞底部與泵底碰擊和條件下，減小油井防沖距，不僅能夠減小氣體對泵效的影響，而且能夠減小低能油井流體進泵的阻力，從而提升泵的提升效率。所以減小油井防沖距是控制油井潛力的一個基礎性的工作。

二、現場調整方法及對比

1、現場防沖距調整方法

抽油機在調整防沖距的實際操作中，多以經驗法為主，具體方法為：每1000米泵掛深度，防沖距調整0.8米。但由于每口井采用的工作制度、原油性質等不同因素的影響，形成的載荷差存在很大差別，防沖距調整量也存在很大潛力。

2、實例分析

如Z23-22井，該井采用φ44mm生產，沖程4.8m，沖次3.5次/分；下泵深度2200m，全井采用φ22mm泵桿、φ62mm油管生產；最大載荷80KN，最小載荷42KN。

按常規調整方案操作防沖距調整距離為H泵*0.8/1000=2200*0.8/1000=1.76m。

根據理論公式 計算得出的防沖距為1.42m。在該井下調0.3m后，未出現活塞碰擊泵底的現象，說明計算合理。

3、推廣應用

在全隊6口井進行對比和計算，并在5口井中進行應用，如下表所示：

通過現場應用得出：抽油機井的下泵深度越大，實際調整的防沖距與計算結合差別也就越大，也就是下泵越深，油井調整的潛力也就越大。

三、結論

在抽油機井生產中，根據油井載荷及井下工具計算防沖距的方法得出的結論不僅適用于抽油機井檢泵開井的防沖距的初期設定，而且也可以根據計算結論與經驗數據對比，判斷抽油機井優化潛力，調整后減小高氣油比油井出現氣鎖或氣體影響的幾率，減小低能抽油機井，流體進泵的阻力，從而提升深井泵的抽汲效率。

參考文獻

[1]采油技術手冊 石油工業出版社 萬仁博

[2]防沖距對抽油機井泵效的影響分析 大慶石油學院 朱君 高源 王慧

（作者單位：大港油田第三采油廠）