双作用抽油泵下行阻力及加重杆的分析计算.pdf

CHINA PF TROLEUM MACHINERY
2011年第39卷第10期
设计计算
双作用抽油泵下行阻力及加重杆的分析计算
王爱民张艳红2王飞3
1.渤海石油装备制造有限公司研究院2.渤海石油装备制造
有限公司新世纪机械制造公司3.天津名古屋工业有限公司)
摘要针对双作用抽油泵在现场应用中出现的杆柱弯曲、偏磨和不同步等间题,对双作用泵
下行过程中杆柱下端的主要受力情況进行了分析,给出了计算公式,并结合油井实例计算出了下
行阻力和加重杆数值。结果表明,造成双作用抽油泵下行困难的主要外力最大的是油液作用于柱
塞、密封拉管面积差上的向上反馈顶托力,最小的是油液流过游动阀时的水力阻力。正确分析计
算下行阻力、合理配置加重杆可以延长检泵周期。
关键词双作用油油泵下行阻力加重杆
混流阀开启,下游动阀关闭,已经进人上环腔A
的液体经混流阍、密封拉管和上阀罩排入油管中。
油田进入开发中后期后,油井含水量不断上
升,为了稳定油井产量,需要增大抽油泵泉径,加
深泵挂深度,以増加单井目产液量,减少自然递
减。増大抽油泵泵径会受到井身结构和抽油机机型
等条件限制,泵径一般在95mm以下。为满足油
田增产需要,新世纪机械制造公司研制开发了双作
用抽油泵,并在大港和冀东等油田推广应用,达到
了大排量提液和降低生产成本的目的。该泵采用单
泵筒、小直径密封拉管、上进油阀环形布置和混流
阀内置结构,使泵的受力工况发生了变化,因此认
真分析双作用抽油泵的下行阻力,合理配置加重杆
的数量,防止出现杆柱弯曲、偏磨和不同步等成为
上冲程
b.下冲程
双作用抽油泵应用中的重要问题。
图1双作用抽油泵结构示意图
上阀罩;2一泵筒接箍;3一密封短节;4一
1技术分析
上进油阀;5一密封拉管;6一泵筒;7一混流
;8一柱塞;9一下游动阀:10一固定阀
1.1结构
下冲程时,泵上环腔A体积增大,产生真空,
双作用抽油泵的结构(见图1),主要由上阀罩、上进油阀开启,上环腔A完成吸液过程。与此同
泵筒接箍、密封短节、上进油阀、密封拉管、泵筒、时,泵下工作腔B形成高压,固定阀关闭,下游
泥流阀、柱塞、下游动和固定阀等零部件组成。
动阀开启,混流阀关闭,已经进入泵下工作腔B的
1.2工作原理
液体,经下游动网、柱塞、混流阀、密封拉管和上
上冲程时,泵下工作腔B体积増大,产生真阀罩排入油管中。
空,固定网开启,下工作腔B完成吸液过程。与此
该狠1个往复冲程能够完成2次吸液,2次排
同时,泵上环腔A形成高压,上部进油阀关闭,液,排量较常规泵增大。常用的双作用抽油泵组合
2011年第39卷第10期
王爱民等:双作用抽油泵下行阻力及加重杆的分析计算
泵径分别为57/38、70/44、83/44、83/57、95/4和
g-一重力加速度,m/s
95/57mm,排量系数为5.746-18.287m2?min/d
Pa井日回压,MPa;
比原常规泵排量系数增加55.6%~78.2%。
套压,MPa。
1.3受力分析
1.3.4作用于抽油杆底部的液体浮カ
下冲程时,抽油杆柱下端承受向上的主要载荷
为:①柱塞与泵筒之间的半干摩擦力F1";②液
4
2(pngH+P2x×10°)
(8)
体通过游动阀时产生的水力阻力F2リ;③液体作1.3.5加重杆长度
用于柱塞、密封拉管面积差上的向上反馈顶托力
4(F,+F2+F3+F4)
④作用于抽油杆底部的液体浮力F4。
柱塞与泵筒之间的半干摩擦力
式中一加重杆的直径,m;
半干摩擦力由柱塞和密封拉管2处半干摩擦力
p1一加重杆的密度,kg/m3
组成,计算式为
(d, + d
F1=0.94
计算实例及现场应用情况
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式中d一泵筒公称直径
2.1计算实例
dn一密封拉管公称直径,m;
已知某油井双作用抽油泵泵径d,=8.255×
6一泵筒、柱塞及密封短节、密封拉管的10-2m,密封拉管直径d。=4.445x102m,泵筒、
单面间隙
柱塞及密封短节、密封拉管间隙为Ⅱ级8=4.4
1.3.2油液通过游动阀时产生的水カ阻力
10-3m,游动阀孔直径d=4.48×10-2m,泵挂深
(1-Ao/A,
x(Sn)2pn(2)度H=1000m,动液面深度=500m,井口回压
729x
P1=0.5MPa,套压p,=0.3MPa,油液平均密度p
其中
=0.92x10°kg/m3,油液动力粘度入=25mPa?s
A= Td2
(3)冲程S=5.4m,冲次n=4min',加重杆直径d4
(4)=4.13x10-2m,p1=7.85×103kg/m,最底部抽
油杆直径d2=1.905×102m。由前述公式可计算
0.37-InRe-1.38
(5)得到:用(5)式计算游动阀雷诺数Re=6363,
Re =52.63Snp d,/(doa)
Re<3x10°,则ル=0.28;F1=2433N;F2=490
式中
柱塞面积
N;F3=17909N;F4=2715N;L6=259m。
A0一游动阀孔面积,m
为使加重杆更好地起到平衡和帮助杆柱下行作
d游动阀孔直径,m;
用,在配置时一般较计算值增加2%~5%重力。
S-一-冲程,m;
2.2现场应用情况
冲次,min
双作用抽油泵自研制成功以来,累计在大港和
pm油液混合密度,kg/m
冀东等油田推广应用近400台,并在部分油井上替
Re-一雷诺数;
代了电潜泵,进一步降低了采油成本,为油田的增
入ー一油液动力粘度,mPa?s;
产发挥了关键作用。
ル一流量系数,当Re≤3x10时,以=
0.28,当Re>3x10°时,按(5)式计算。
结论
1.3.3油液作用于柱塞、密封拉管面积差上的向
上反馈顶托力
(1)造成双作用舳油泵下行困难的主要外力
Fa =(4-4)(h-h)p8
从大到小依次为:油液作用于柱塞、密封拉管面积
(ノ差上的向上反馈顶托力,作用于抽油杆底部的液体
浮力,柱塞及密封拉管产生的半干摩擦力,油液流
式中H一泵挂深度,m;
过游动阀时的水力阻力。
hー一动液面深度,m;
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