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        實(shí)心柱塞雙向抽油泵研制與應(yīng)用

        2016-07-20 06:29:11呂新青
        石油礦場機(jī)械 2016年6期
        關(guān)鍵詞:抽油泵雙向

        呂新青

        (日照原野機(jī)械制造有限公司,山東 日照 276800)

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        實(shí)心柱塞雙向抽油泵研制與應(yīng)用

        呂新青

        (日照原野機(jī)械制造有限公司,山東 日照 276800)

        摘要:針對小泵徑抽油泵的柱塞及游動閥罩易斷裂問題,研制了一種新式結(jié)構(gòu)的實(shí)心柱塞雙向抽油泵。對該泵的雙向抽油原理進(jìn)行了描述,對上、下沖程工作中的拉桿受力進(jìn)行了分析。論述了選擇拉桿應(yīng)考慮的幾個主要因素,舉例給出了具體技術(shù)參數(shù)?,F(xiàn)場試驗(yàn)表明:產(chǎn)品性能穩(wěn)定,運(yùn)行可靠,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

        關(guān)鍵詞:抽油泵;實(shí)心柱塞;雙向

        近年來,隨著某些油井供液量的不斷減少,許多油田開始采用小排量泵及深抽技術(shù)[1-2],而常規(guī)小排量泵中的小徑柱塞及其游動閥罩等配件容易拉斷。針對這個問題,研制了一種實(shí)心柱塞雙向抽油泵,該泵因?qū)嵭闹麅?nèi)無球、座,不配裝游動閥罩[3-4],徹底解決了上述難題。

        1結(jié)構(gòu)及原理

        1.1結(jié)構(gòu)

        實(shí)心柱塞雙向抽油泵由5個主要部件組成:外管總成(外管和上接頭);泵筒總成(泵筒和上接頭);柱塞總成(柱塞和拉桿);分流器總成(分流器和出油閥);進(jìn)油閥總成(進(jìn)油閥和下接頭),如圖1所示 。

        1.2原理

        如圖1,假設(shè)R1為柱塞上方泵筒與拉桿間的環(huán)形容積;R2為泵筒與外管間的環(huán)形容積;R3為 柱塞下方的泵筒容積。每一沖次排出泵液的體積為Q(本文簡稱理論排量)。

        1)下沖程的理論排量。

        當(dāng)實(shí)心柱塞下沖程時,R3壓縮變小,壓力增大,進(jìn)油閥關(guān)閉,出油閥開啟,R3中的油液穿過出油閥,通過R2上行,與此同時R1增大,上行的液體一部分充填變大的R1,一部分排出,所以下沖程的排量Qx=ΔR3-ΔR1。

        ΔR3=H·πD2/4

        (1)

        ΔR1= H·(πD2/4-πd2/4)

        (2)

        Qx=ΔR3―ΔR1= H·πD2/4-

        H·(πD2/4-πd2/4)=H·πd2/4

        (3)

        式中:D為柱塞直徑,mm;d為拉桿直徑,mm;H為沖程長度,mm。

        由式(3)可以看出,下沖程的理論排量為進(jìn)入泵筒的拉桿體積變化量,可見,拉桿越粗,下沖程排量越大。

        2)上沖程的理論排量。

        當(dāng)柱塞上沖程時,R3變大,壓力減小,出油閥關(guān)閉,進(jìn)油閥開啟,油液通過進(jìn)油閥充填R3。同時R1變小,油液排出,所以上沖程時的排量為ΔR1。

        ΔR1= H·π(D2-d2)/4

        (4)

        上沖程排量為泵筒與拉桿之間的環(huán)形容積變化量,由此可見,拉桿越粗,上沖程排量越小。

        圖1 實(shí)心柱塞結(jié)構(gòu)及原理示意

        2受力分析

        綜上述可知,該泵在正常抽油工作中,下沖程時,拉桿需推動柱塞下行,拉桿受壓力;上沖程時,拉桿需拉柱塞上行,拉桿受拉力。

        設(shè)p為抽油工作時抽油泵所處的深井中柱塞承受的油壓,參照流體力學(xué)的相關(guān)理論[5],本文只做定性探討,不做定量運(yùn)算。

        p=p1+p2+p3+p4

        式中:p1為井口壓力,MPa;p2為井深所形成的單位面積液柱壓力,MPa;p3為油液流過固定閥等各管口處的局部阻力損失,MPa;p4為油液沿油管流動所產(chǎn)生的沿程壓力損失,MPa。

        1)下沖程時拉桿的推力Ft

        如圖1所示,下沖程時,柱塞需克服的力應(yīng)為R3處的總壓力減去R1處的總壓力,即

        Ft= p·πd2/4

        該計(jì)算式表明,拉桿越粗,下沖程時所需的推力越大。此外,無論上、下沖程,柱塞與泵筒,油管與抽油桿等均有摩擦力,但這些力比Ft小得多,故忽略不計(jì),下同。

        2)上沖程時拉桿的拉力Fl

        上沖程時R3處沒壓力(如果動液面較高,且柱塞上行速度較慢時,R3處也會有一定的壓力,本文忽略不計(jì)),則柱塞需克服的力應(yīng)為R1處總的壓力。

        Fl=p·π(D2-d2)/4

        該計(jì)算式表明,拉桿越粗,上沖程時所需的拉力越小。

        以?25mm實(shí)心柱塞泵為例,計(jì)算得到的相關(guān)參數(shù)如表1。

        表1 ?25 mm實(shí)心柱塞泵相關(guān)參數(shù)

        注:1.理論排量是以沖程1m,沖次1min-1來計(jì)算的,單位m3/d。

        2.p為抽油工作期間作用于柱塞上的油壓,單位MPa。

        3現(xiàn)場應(yīng)用

        按照本文所論述的結(jié)構(gòu)及原理,成功研制出了?25mm實(shí)心柱塞雙向抽油泵,并在長慶油田投入使用。

        3.1下井前檢查

        1)檢查外管有無彎曲、碰傷或其它損壞。

        2)檢查各部螺紋連接處是否松動。

        3)用拉桿往復(fù)拉動和轉(zhuǎn)動柱塞總成,應(yīng)輕快靈活,無阻滯,否則應(yīng)查找原因。

        4)確定所有護(hù)帽、堵頭或防腐包裝物均已除去。

        3.2下井作業(yè)

        1)將柱塞總成抽出,注意不要弄彎,保持潔凈。

        2)在泵下端裝上防砂或防氣裝置,泵的上端連接油管短接和油管接箍,以便下井作業(yè)時吊裝。

        3)待油管下井完成后,將柱塞總成通過連接的抽油桿下入泵中。

        4)在下井作業(yè)時,嚴(yán)禁將砂石及雜物帶入井內(nèi)。

        3.3應(yīng)用效果

        2011—2013年,實(shí)心柱塞雙向采油泵分別在長慶油田采油二、三廠進(jìn)行試驗(yàn)。泵效平均提高9.2%,其中塞388井提高11.8%,最大載荷下降7.5kN,日耗電量降低7.1kW·h,實(shí)現(xiàn)了低滲透低產(chǎn)液井的供排平衡關(guān)系,產(chǎn)品性能穩(wěn)定,運(yùn)行可靠,達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

        4結(jié)論

        1)實(shí)心柱塞特別適用于小泵徑,可避免拉斷;實(shí)心柱塞泵可通過選取合適的拉桿直徑,設(shè)計(jì)成雙向抽油的結(jié)構(gòu)形式,拉桿直徑的大小將直接影響其上拉力和下推力的大小。

        2)下沖程時,拉桿外圍壓力對柱塞能起到液力反饋的作用,有利于柱塞下行,減輕油桿彎曲和桿管磨損,降低沖程損失[6],使柱塞沖程盡量接近光桿沖程的長度,有利于提高泵效。

        3)在強(qiáng)度滿足要求的前提下,應(yīng)盡量減小拉桿直徑。但拉桿直徑太小,又會在其承受推力時嚴(yán)重彎曲,當(dāng)上沖程時,其承受的拉應(yīng)力也大。一般可根據(jù)井深度、動液面高度、油液黏度、沖程長度及沖次等多種因素來選取合適的拉桿直徑。

        參考文獻(xiàn):

        [1]沈迪成.有桿抽油設(shè)備與技術(shù):抽油泵[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994.

        [2]萬仁溥,羅英俊.采油技術(shù)手冊 :第4分冊[M].北京:石油工業(yè)出版社,1994.

        [3]孫磉礅.實(shí)心柱塞抽油泵優(yōu)化及配套技術(shù)[J].油田地面工程,2013(4):12-13.

        [4]梁毅,石海霞,樊松,?25mm實(shí)心柱塞抽油泵結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J].石油礦場機(jī)械,2014,43(2):93-96.

        [5]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[K].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014.[6]盧曉輝,孫大偉,劉環(huán)宇,等.?25mm實(shí)心柱塞泵在靖安油田塞392區(qū)塊現(xiàn)場應(yīng)用及改進(jìn)[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2013(13):145-145.

        StudyandApplicationofSolidPlungerinDouble-actionPumpingUnit

        LYUXinqing

        (Rizhao Yuanye Machinery Manufacturing Co.,Ltd.,Rizhao 276800,China)

        Abstract:Aiming at the easily-broken plunger and top side valve house on small diameter pumping unit,a new structure of solid plunger in double-action pumping unit was studied.Its working principle was described,and the force on rod in up-and-down stroking was analyzed.The factors that are to be considered were discussed and samples of technical data are given.The on-site test showed that the equipment has stable performance and reliable operation,the predicted design is reached.

        Keywords:Pumping unit;solid plunger;double-action

        文章編號:1001-3482(2016)06-0093-03

        收稿日期:2015-12-07

        作者簡介:呂新青(1956-),男,遼寧鐵嶺人,高級工程師,主要從事抽油泵和抽油桿等新產(chǎn)品的研發(fā)工作。

        中圖分類號:TE931.2

        文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

        doi:10.3969/j.issn.1001-3482.2016.06.021

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