不同倾斜角度下抽油泵泵效室内试验

科　学　技　术　与　工　程

ScienceTechnologyandEngineering

　Vol110　No136　Dec12010

Ζ　2010　Sci1Tech1Engng1

不同倾斜角度下抽油泵泵效室内试验

韩洪升　屈成亮　王庆伟　安明飞　李　红

长庆油田第一采油厂王窑集输大队2,延安716000)

1

2

(东北石油大学提高油气采收率教育部重点试验室,大庆163318;吉林油田公司乾安采油厂地质所1,乾安131400;

摘　要　通过对常规泵在不同倾斜角度下的工作特性及阀球运动规律的研究,设计出改进型斜井抽油泵;并将两种泵的工作特性曲线进行对比,得到了两种抽油泵泵效开始降低的临界倾角,同时分析了倾斜角度和冲次对泵效的影响以及改进型斜井抽油泵泵效高于常规泵的原因。研究结果表明改进型斜井泵的内部结构的改进和材质的优选是泵效提高的主要因素。研究成果为现场斜井泵优选和合理工作制度的制定提供依据。关键词　斜井泵　　临界倾角　　冲次　　泵效中图法分类号　TE355.54;　　　　文献标志码　A

　　近几年来,随着石油开采的不断深入,在钻井过程中由于受地面条件和开发阶段的,斜井数量不断增多。目前,胜利油田有斜井5400余口,已达到开井总数的40%以上。常规有杆泵在大斜度井中举升时,存在偏磨导致管杆断脱严重、下行阻力大和泵效低的问题。这大大缩短了油井的检泵周期,严重影响了油田的正常生产

[1]

(1～9)min-1范围内调节。试验介质采用清水。液

体通过高处定位水箱提供,保证稳定的液源;再经抽油泵抽出液体到计量装置计量并计算出泵效。然后经旁通流回定位水箱,实现液体循环。

,已不再适合

大斜度油井。我国目前用于斜井的抽油泵主要是在有杆泵中选用,对其结构进行了一些改动,但仍以球阀为主。本文在常规有杆泵的基础上进行了改进,主要从降低抽油泵漏失技术及减少抽油杆下行阻力和减弱固定阀开关滞后现象三方面进行研究,以改善和提高斜井泵的运行环境及工作效率,从而提高泵效,增大产量。

图1　试验装置示意图

1　试验装置

试验装置(见图1)主要由模拟抽油机井、动力系统、测试泵体(图见2)、循环系统、测量系统等组成。倾斜角度可在(0～90)°范围内调节,冲次可在

图2　测试泵体结构

1　试验研究方案

2010年10月15日收到

第一作者简介:韩洪升(1950—),河北省海兴县,教授,研究方向:多相管流及复杂流体流动。

针对油田直井使用的常规泵进行试验。测定在不同倾斜角度、不同冲次的工况下泵效的变化情

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况,并绘制泵效曲线,找出抽油泵在倾斜状态下工作时影响泵效的主要因素。同时对改进型斜井泵进行同一工况下对比试验,测试其效果,试验程序如下:

(1)对常规泵(Φ38)进行试验分析。试验倾斜(倾角为0°角度θ为(0～90)°表示泵垂直于地面,

柱塞中间装有软密封部分与金属部分的变向接箍,倾斜作业时,变向接箍能够使金属部分在受力时产生自然变向,减少柱塞在泵筒内的摩擦力。

倾角为90°表示泵水平与地面);试验冲次为(1～9)min-1;冲程为:1.8m,以不同组合的工况

测试其泵效变化情况。为排除其它因素对泵效的影响,保证只是由倾斜角度、冲次对其作用,试验介质(清水)不含气体,吸入液面恒定,排出口不节流(柱塞与泵筒间漏失量基本不变)。

(2)根据(1)试验结果,对泵效变化较大的角2.2　固定阀图3　环式软密封柱塞度做进一步试验分析,找到泵效开始下降的临界倾斜角度,并确定对泵效产生影响的主要因素。

(3)不同倾斜角度、不同冲次下,常规泵阀球运常规泵固定阀阀球材质为金属(Φ44.46),改进后斜井泵固定阀球材质为白色陶瓷(Φ44.46),改进了固定阀罩结构(见图4、图5)。

动规律的试验研究(包括球阀开启,关闭时滞后现象)。

(4)根据常规泵(1),(2),(3)试验结果,研制

出能适合倾斜角度下工作的新型(下称改进型)结构柱塞和固定阀,并将此柱塞与固定阀安装在原泵筒上进行对比试验。

2　改进型斜井泵

2.1　柱塞

常规泵柱塞采用的是常见的金属柱塞结构,改进型斜井泵的柱塞上端采用的是环式软密封结构(HPN材质),下端仍采用常规金属柱塞结构(见图3)。

图4　固定阀剖面

经采用T3806应力仪装置进行半干摩擦力测试,软密封柱塞泵是一种低摩阻泵,其特征是在柱塞外圆上加工多个环槽,增大了柱塞与泵筒的间隙,达到降低摩阻的目的。流体经过宽、窄槽部位,减少了失量。软密封柱塞有一定柔韧性,其密封件具有在压力作用下能扩大直径和材质较软的特点,取消了硬对硬的滑动摩擦,采用软—硬摩擦,降低漏失量的同时也降低了机械摩阻

[2]

固定阀罩采用全钢材质,具有导向框架结构,使阀球尽可能维持在轴线上运动,阀球重力在轴线方向上的分力增大,利于阀球的及时开启与关闭。同时也了阀球的弹跳高度,阀球弹跳高度的面采用锥形平面,与轴向呈60°,有效防止了阀球的偏磨现象。阀罩上增加了平行于轴线方向的导流槽,避免了由于出砂的原因产生的阀卡现象。采用陶瓷材质的阀球,减弱了柱塞下行时球阀与阀座

。改进后斜井

36期韩洪升,等:不同倾斜角度下抽油泵泵效室内试验　9075

之间的偏击偏磨作用。

3　试验结果及分析

图6是不同冲次下,改变倾斜角度θ,得到泵效η-θ变化曲线的对比试验结果。(a)是常规泵,(b)是改进型斜井泵。

从图6可看出:常规泵和斜井泵的变化趋势是一样的。泵效开始降低的临界倾角都为58°,小于临界倾角时,倾斜角度对泵效无影响。大于临界倾角时,泵效随倾斜角度的增加而降低。

图7是不同倾斜角度下,改变冲次n,得到泵效η-n变化曲线的试验结果。(a)是常规泵,(b)是改进型斜井泵。图7可看出:不同倾斜角度下曲线变化规律是

图5　三维固定阀不一样的。两种泵(0～58)°倾斜角度下,冲次的变化对泵效无影响;58°～90°倾斜角度下时,常规泵冲

-1

次在(1～5)min时泵效先升高后降低,并在2-1-1

min时出现峰值,(5～9)min时,冲次变化对泵

效没有影响;斜井泵1冲次时泵效较低,(2～9)min时冲次的变化对泵效无影响。试验结果显示

-1

出改进型斜井泵泵效高于常规泵。

图6　倾角θ对泵效η的影响

图7　冲次n对泵效η的影响

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由于抽油泵系统处于倾斜状态,阀球所受重力与其轴线有一定夹角,会产生一个阀球沿轴线方向上的分力。它随倾斜角度的增加而减小以至消失

[3]

4　结论

(1)常规泵和斜井泵泵效开始降低的临界倾角

,造成阀球开启关闭滞后现象,且倾角越大,滞

后现象越明显。因此存在一个泵效降低临界倾角,大于这个临界倾角时,常规泵用于斜井段生产易发生固定阀开关滞后、阀球偏击阀座的现象

[4]

都为58°。

(2)小于临界角度时,倾斜角度对抽油泵泵效

。并且无影响;大于临界角度时,泵效随倾斜角度的增加而降低。

(3)小于临界角度时,冲次对抽油泵泵效无影随冲次的增大,偏击偏磨现象越严重,泵效越低。

为提高泵效和延长使用寿命,改进型斜井泵在常规泵的基础上进行了如下改进:①改进了固定阀罩及阀球材质。固定阀罩具有导向作用,使作用于阀球的轴向力(即阀球的落座力)增大,限定了阀球的弹跳高度,阀开启关闭及时。采用陶瓷材质的阀球,减弱了球阀与阀座之间的偏击偏磨作用。②用环式软密封柱塞代替了常规金属柱塞。因抽油泵在三维弯曲状态下工作,存在着较大的倾斜与狗腿度,而泵筒或衬套与柱塞的材质不同,在定向井中产生的弯曲变形也不同,柱塞的偏磨和机械摩阻较大,改进后的斜井泵采用了软密封柱塞,软密封柱塞上装有变向接箍,解决了斜井中泵筒弯曲增加机械摩阻的问题。同时柱塞外环上的多个环槽,增大了柱塞与泵筒的间隙,达到降低摩阻的目的,流体经过宽、窄槽部位,产生不稳定的旋涡流,减少漏失量。

响。大于临界角度时,受冲次的影响,常规泵泵效降低,而对改进型斜井泵影响较小。(4)改进型斜井抽油泵结构独特,阀球启闭迅

速,柱塞密漏失量小,泵效高于常规泵,是一种适用于大斜度定向井开采的高效率,高可靠性的斜井泵。

参　考　文　献

1　刘丙生,徐建礼,程正全.大斜度井有杆泵举升配套技术的研究

与应用.石油机械,2009;37(11):72—74

2　韩修廷,王德喜,王　研,等.利用低摩阻柱塞抽油泵提高泵效及

防偏磨技术的应用.石油学报,2007;28(4);138—141

3　焦丽颖,王洪宝,田荣恩,等.采用半球形柱塞阀的新型斜井抽油

泵.石油机械,2003;3(6);35—36

4　陶景明,李循迹,崔振华.抽油泵泵阀运动规律的测试研究.石油

机械,19;17(6);12—15

TheIndoorExperimentsontheOil2wellPumpEffciencyatDifferentInclinedAngles

HANHong2sheng,QUCheng2liang,WANGQing2wei,ANMing2fei,LIHong

GeologyInstituteofQian‘anOilProductionPlantinJilinOilfieldCompany1,Qianπan131400,P.R.China;WangYaoGatheringTeamofFirstOilProductionPlantinChangqingOilfieldCompany2,Yanan716000,P.R.China)

1

2

(KeyLaboratoryofEnhancedOilandGasRecoveryunderMinistryofEducationinNortheastPetroleumUniversity,Daqing163318,P.R.China;

[Abstract]　Withthestudyoftheoperatingcharacteristicsoftheconventionaloil2wellpumpatdifferentinclinedanglesandthemovinglawofballvalves,aslantimprovedoil2wellpumpwasdesigned.Bycomparingthetwooil2welloperatingcharacteristicscurves,thecriticalanglehavebeendiscoveredwherethepumpefficiencybeginstodecrease,simultaneouslyanalysedtheeffectoftheinclinationangleandstrokeandthemaincauseoftheslantim2provedoil2wellpumpingefficiencyhigherthantheconventionaloil2wellpump.Theresultsshowthattheimprove2mentoftheslantimprovedoil2wellpump’sinternalstructureandtheoptimizationofthematerialsarethemainfac2torstoimprovepumpefficiency.Thisresearchresultsprovideareasonablebasisfortheselectionoftheslantoil2wellpumptypeandthesettingofreasonableworksystem.

[Keywords]　slantoil2wellpump　　criticalangle　　stroke　　pumpefficiency