浅谈泵效

摘 要

随着油田的不断开发,井筒流体日益复杂，出现了很多低产低能井，结合油田实际现状，如何针对这些低产低能井而不再雪上加霜的产生低效，提出些切实可行的增效稳产措施，对于油田开发后期稳油稳产具有重要意义。 采油经过多年的发展，采油工程工艺逐步趋于完善。但随着油井数的增多，产液量的增加，注水逐渐见效，抽油泵泵效却逐渐下降。在大的方面，我们通常认为影响泵效的因素主要是以下三个方面： 1、地质因素：包括油井出砂、气体过多、油井结蜡、原油粘度高、油层中含腐蚀性的水、硫化氢气体腐蚀泵的部件等； 2、设备因素：泵的制造质量，安装质量，衬套与活塞间隙配合选择不当，或凡尔球与凡尔座不严等都会使泵效降低； 3、工作方式的影响：泵的工作参数选择不当也会降低泵效。 但是，通常在实际的采油过程中将泵效的影响因素具体划分为：冲程损失的影响、气体对泵效的影响、漏失的影响和泵筒未充满的影响等。很明显，以这种划分更有利于我们做定性分析。

一、泵效的定义

泵效：油井日产液量与泵的理论排量的比值称为泵效。

抽油井的实际产液量 用公式表示为： ? ?QQt 理论产量Q=1440fsnβ tp 泵效η↗，泵的工作效率↗。

若泵效η＝0.7～0.8，则认为泵工作状态良好 油井有自喷能力(带喷井) η>1 当泵效较低时，深井泵可能存在问题。

二、影响因素分析

(一)冲程损失的影响

由于油管柱和抽油杆柱在交变载荷作用下引起弹性变形，使活塞冲程ＳP小于光杆冲程Ｓ，其差值λ＝Ｓ-ＳP即为冲程损失。 1.静载荷引起的冲程损失

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(1)冲程损失的形成过程

上冲程：抽油杆弹性伸长λr，油管弹性缩短λt 活塞冲程ＳP<光杆冲程Ｓ 冲程损失:λ＝λr+λt 。 下冲程: 抽油杆缩短λr， 油管伸长λt

λ＝λr+λt 与上冲程的冲程损失相等。 活塞冲程： Sp=S- （λr+λt） =S-λ 由冲程损失使泵效降低的值为：

?????SS's?sp冲程损失：即由于活塞以上液柱载荷在上下冲程中交替作用在抽油杆和油管上，使其发生弹性伸缩，致使活塞运动滞后于光杆运动，造成的活塞冲程小于光杆冲程的值。 (2)冲程损失的计算

上冲程作用在悬点的静载荷为： W r'?Wl' 下冲程作用在悬点的静载荷为： W 'r

上下冲程静载荷变化值(交变载荷)为：（即上下冲程中静载荷之差）。

△P= W

'r?Wl－Wr?Wl'''根据虎克定律： △L=NL/EF 式中： △L－材料弹性伸缩； N－材料所受的力；

'fpL?lgLWlL根据虎克定律： ?r???EfrEfr

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?t???fpL?lgL?EftfpL2?lg11?(?)Efrft*冲程损失与活塞截面积、液体的密度成正比，与下泵深度的平方成正比。

2.惯性载荷对活塞冲程的影响（如火车刹车后，在惯性力的作用下，会继续行驶一段距离）。

λ'——当驴头悬点到达上死点后，抽油杆在F惯作用下，使活塞多运行的一段距离

λ\当驴头悬点到达下死点时，抽油杆受F惯作用而伸长，活塞多向下移动一段距离。

在惯性载荷作用下, 使活塞冲程的增加值λi λi＝ λ' + λ\

式中：λi－在惯性载荷作用下，使活塞冲程的增加值。

2LWSnr'r?(1?) 根据虎克定律： ??2frE1790l

2LWSnr\r???(1?)2frE1790l2LWSnr?i??'??\?1790frE考虑静载荷和惯性载荷后的活塞冲程为： S

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P?S－???i P惯↑→Sp↑→η↑。

P惯↑→Pmax↑,Pmin↓→工作条件变坏，还会使充满程度减小。 *不能用快抽汲增加惯性载荷的办法来增加活塞冲程 (二)气体对泵效的影响

一般P泵入口

气锁——当大量气体进泵后，在抽汲时，只有泵内气体的膨胀和被压缩，吸入阀和排出阀都打不开，出现抽不出油的现象。 V充满系数β: ??oVPR——泵内气油比 V0?V0－VS?''每冲程吸入泵内的液体体积 上冲程活塞让出的容积 β表示泵在工作过程中被液体充满的程度。

VP?VS－VS1?R4

?＝V0＝、VPVS令 ＝K（余隙比）VP1＋K1－KR－K＝则 ?＝1＋R1＋R讨论：

（1）β——表示了泵在工作过程中被液体充满的程度。β↗，η↗。 （2）β与泵的结构有关。泵的余隙(防冲距) ↘，K↘，η↗ *在保证不撞击泵筒情况下，应尽量减小防冲距，K↘。 当Sp较长、余隙VS较小时可忽略余隙。即认为：VS＝0 K＝0 则 ??VP＋VSV－S（1＋R）VPVP11?R(3) β与R有关，气油比R↘，β↗。 降低R值的方法：

① 可增加下泵深度，使自由气尽量溶于油中。

② 使用气锚，使气体在泵外分离，减少气体对泵充满系数的影响。 (三)漏失影响

影响泵效的漏失主要有：

1.间隙漏失——活塞与衬套之间的漏失。随着泵的磨损，漏失量还会不断增大。

2.阀漏失——阀球密封不严导致漏失。 3.其它漏失。

由于磨损、砂蜡卡及腐蚀所产生的漏失很难计算，可根据示功图来分析漏失的严重程度。

新泵正常工作时的漏失量，可根据试泵时的漏失量来估算，也可用公式计算：

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?De3g?h1q??－?DeVP 12?l2三、对应措施

根据影响泵效的因素我们可以针对不同的情况采取不同的方法措施以达到提高泵效的目的。 1、冲程损失的影响：

主要是静载荷和惯性载荷使油筒伸缩，从而使活塞冲程受到影响。由于抽油杆、油管在工作过程中承受交变载荷作用，从而引起抽油杆和油管的弹性伸缩，使活塞冲程小于光杆冲程，并减少了活塞让出的体积，造成泵效降低。抽油杆越长，强度越小，冲程损失就越大。抽汲原油的粘度[1]过大而引起流体与抽油杆之间的摩擦阻力增加，在下冲程时，抽油杆运动严重滞后，缩短了抽油泵活塞的有效冲程长度，降低了泵效。 解决措施：

将油管下端定（使用油管锚或分割器）， 由于静载荷的变化，引起抽油杆柱和油管的弹性伸缩而造成冲程损失。因此，用管锚将油管下端固定，则可消除油管变形，减少冲程损失。当然，增加油筒的强度也是必不可少的。另一方面，当发现采出原油粘度过稠时，为了减少原油粘度多大引起流体和抽油杆磨阻增大而导致泵效降低，而且引起回压过大导致抽出原油进入系统难的问题，应针对这类油井上水套炉，加强监督措施。

抽油机在长冲程、低冲次下运行,随着冲次降低,最小载荷上升,下行阻力减少,抽油杆收缩量减少,有效冲程增加,泵筒充满程度增加,

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进而提高油井的系统效率。[2]

应用：目前广泛的应用于各个油田的油井中。 2、气体对泵效的影响：

主要是由于气体具有压缩性，并且占据泵筒内空间体积，使抽油泵泵效降低。当泵入口处的压力低于饱和压力时，抽汲时总是气、液两相进入泵内，而气体进入泵内占据一定的体积，必然减少进入泵内的液体量使泵效降低。进气严重时，甚至发生“气锁”，即在抽汲时由于气体在泵内压缩和膨胀，使吸入凡尔和排出凡尔无法打开，出现抽不出油的现象。 解决措施：

采用井下油气分离和井口放套管气装置减轻气体影响。而采用增加泵的沉没度，使自由气更多的容于油中的方法；或安装气锚，使气体在未进入泵之前就在泵外分离掉。平时对产气量过大油井，在巡井监督方面要到位，发现气量过大，可以放出些套管气，以免造成抽油泵沉没度下降而降低泵效。

气体对泵效影响示意图

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3、漏失的影响[3]：

1）油管漏失 包括丝扣漏、腐蚀穿孔漏、制造缺陷的管壁砂

眼、裂缝漏等。

2)选泵不合理 活塞与衬套的配合间隙过大，通过间隙的漏

失量与间隙的三次方成正比例的增加，而与活塞运动速度成反比。因此间隙过大造成的漏失可通过合理选择泵的级别来决定。

3）深井泵的零件磨损或被卡，包括衬套与活塞工作面、凡尔、

凡尔座因磨损或被卡而引起的漏失。 解决措施：

可以通过修井，合理的选择泵的级别，更换磨损零件等方法解决。 4、泵筒未充满的影响：

若油层能量低，或沉没度较小时，有时活塞的运动速度大于所吸入液体的运动速度，供油跟不上，原油来不及充满活塞所让出的泵筒空间，而活塞已开始下行，出现充不满的现象。使泵的充满系数减小，泵效降低。

低含水井沉没度的变化对气体对泵的影响比较明显, 沉没度越大,气体对泵的影响越小, 反之越大; 对于高含水油井,气体对泵的影响很小, 增加沉没度并没有明显的作用。也能说明, 通过示功图, 我们能合理的调整沉没度, 来减小气体对泵的影响。[4] 解决措施：

含水不同的井需要不同范围的沉没度, 含水较低时, 原油粘度高, 进泵液体的溶解油气比大, 此时, 维持较高的沉没度, 确保较高的沉没压力, 即有利于粘度高原油克服进泵的阻力, 又能减少原油在泵内

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的脱气, 增加充满系数。对于高含水井, 仅需维持较低的沉没度, 便能达到较高的充满系数。[5]

四、综合提升泵效

实际生产生活中，提高泵效不是仅靠单一的条件改变而实现的。一方面，要考虑地质因素的影响，防止出砂，调整气体影响；另一方面，也要考虑设备因素的影响，泵的有效冲程以及泵筒、泵杆的加工制造质量；当然，还要考虑设备与人员管理方面的影响。它必须结合采油过程中这每一个环节的配合，统筹兼顾，优化设计找出最经济有效、最节能环保的采油方案。

几点粗浅意见：

本文讨论的方法, 可用来提出增产措施方向: 如：

（1） 沉没度、套压、油气比都很低的井, 对泵压和油气比的变化很敏感。所以泵挂浅者应加深, 深者应调小工作制度.

（2）沉没度、套压低, 油气比高的井, 对泵压变化较敏感, 而对油气比的敏感性很差。所以, 应加深泵挂.

（3） 沉没度、套压、油气比都很高的井, 对泵压和油气比的敏感性很差。对此类井, 应加大工作制度, 在基本保持原泵效前提下提高产液量。

（4） 沉没度、套压高, 油气比低的井, 对油气比变化较敏感, 而对泵压不敏感。所以, 应调大工作制度。同时当需要临时性增产时, 可以控制套管气, 效果显著。

在设备和管理方面的几点建议：

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1．改善泵的结构提高泵效

针对油井出砂、结蜡、结盐、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 ,用在稠油井中的液压反馈抽稠泵， 而针对油田现状，对于结蜡、结盐程度不同的井，应制定相应的热洗周期。 2．改善泵的材料提高泵效

采用耐磨材料加工成的泵可减轻砂磨引起的漏失，采用耐腐蚀的材料加工的泵防止泵受腐蚀引起的漏失和破坏。而对于油管杆偏磨严重的井，一般杆偏磨采用油杆扶正器，管偏磨一直以来并未找到相应成熟的预防措施，可以考虑采用新型内衬油管技术。 3．加强检泵作业质量防止漏失

检泵中下油管时按要求上紧丝扣，防止油管漏影响泵效。防止泵和泄油器等的连接部位漏失等。

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参考文献

【1】 任瑛，梁金国等. 稠油与高凝油热力开采问题的理论与实践. 北京：石油工业出版社. 2001.2. 【2】 焦小妮 《抽油机井提高泵效技术研究》 中国石油长庆油田分公司第三采油厂 宁夏银川 750006 【3】 张德友，《影响有杆泵泵效的因素分析及提高泵效的措施》 中石油辽河油田曙光工程技术处 辽宁 盘锦 124109 【4】 董洪涛，吴涛等，1中国石油华北油田分公司采油四厂；2中国石油长庆油田分公司采油三厂工艺所 《沉没度与泵效的关系》 中国分类号：TE933+.3 文献标识码：A 文章编码：1006-7981（2010）18-0036-04 【5】 谢文献, 李健康. 应用曲线拟合法确定有杆泵沉没度[ J] . 石油矿场机械, 2003, ( 2) . 11

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