浅议影响泵效的原因及提高泵效的措施.doc

浅议影响泵效的原因及提升泵效的措施

一、      泵的排量及泵效
活塞上、下活动一次叫一个冲程。依据泵的工作原理可知，在一个冲程内完成进油与排油的过程。在理想状况下，活塞上、下一次进入和排出的液体体积都等于活塞让出的体积V。

式中    fp——活塞面积，m2 ；
        s—— 光杆冲程长度，m。
排出井外体积V 1=〔fp –fr〕s
式中   fr ——抽油杆的截面积，m2。
活塞下冲程：泵吸入的油的体积V将通过游动凡尔排到活塞上部的管中，由于有相当冲程长的一段光杆从井外进入油管，因此，将排出井外体积V 2= frs
所以活塞每一冲程〔活塞上、下一次〕排出井外的油体积V= V 1+V 2=〔fp –fr〕s+ frs=fps,即每一行程吸入泵内油的体积分上、下冲程两次排出井外。
每日排量qt=1440nv                                
式中 qt——泵的理论排量，m3/d；
      n——冲次， 次/min；
其余符号同前。
在抽油井生产中，实际抽出的液量q，一般都比理论产量qt低，两者的比值叫抽油系数，或叫泵效，用η表示，即：
η=q/qt
η愈大，说明泵的工作实效愈好，但在正常状况下，假设η达到0.7~0.8,就认为泵的工作是合格的。只有自喷井刚转入抽油时，油井
连抽带喷，此时的η才接近或大于1。
实际生产中，η往往低于0.7，甚至很低。这是由于深井泵受各种因素影响的结果。

二、           影响泵效的因素
〔一〕冲程损失的影响
由于抽油杆、油管在工作过程中承受交变载荷，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。以下就静载荷及惯性载荷引起抽油杆、油管弹性变形，及其对活塞冲程的影响介绍如下：
1． 1．静载荷对活塞冲程损失的影响
当驴头从下死点开始上行时，游动凡尔关闭，液柱重量作用在活塞上，使抽油杆发生弹性伸长，抽油杆虽然由下死点向上走了λr距离，即悬点从位置A移到B，但活塞尚未发生移动，所以抽不出油，λr即为抽油杆柱的伸长。
油管由于卸去液柱重量而缩短一段距离λt，悬点位置由B移至C，此时虽然通过抽油杆带着活塞一起向上走了λt的距离，但活塞与泵筒之间仍无相对运动，因此，抽不出油来，吸入凡尔也仍是关闭的。
当驴头位置由C继续向上移动时，活塞才与泵筒发生相对位移，井口出油，吸入凡尔打开吸入液体，一直移到上死点D点，走完上冲程。
由上述可知：驴头冲程为s而活塞冲程为sp。
则s-sp=λ=λr+λt                                          
同理，悬点由上死点开始下冲程时，吸入凡尔关闭，排出凡尔打开，液柱载荷由抽油杆移到油管上，使抽油杆缩短λr，油管伸长λt。当驴头下行λ=λr+λt 距离之后，活塞与泵筒才有相对运动，才开始抽油。因此，下冲程与上冲程一样，活塞冲程比驴头冲程小λ值，λ称为冲程损失。
由于冲程损失使泵效降低的数值ηλˊ为L：   
ηλ′=〔s-sp〕/s=λ/s
λ值依据虎克定律算出：
λ=WlˊL /E(1/fr+1/ft)=fprlL2 /E(1/fr+1/ft)   
关于多级抽油杆，以2级为例，λ值为：
      λ=Wlˊ/E(L1/fr1+L2/fr2+L/ft)     
式中 λ——冲程损失，m；
      Wl——上、下冲程中静载荷之差，即液柱载荷，Wl= fprlL*10-4，N；
 fp、fr、f t——活塞、抽油杆、油管截面积，cm2
       L——抽油杆柱总长度，m；
     γ1 ——液柱重量，N/m3；
      E ——钢的弹性模数，2.1*107N/cm2
   L1、L2 ——每级抽油杆的长度，m；
 fr1、fr2 ——每级抽油杆的截面积，cm2
 例 田     井油管直径21/2″〔外径73毫米、内径62毫米〕，选用38毫米杆式泵，下泵深度为1400米，由直径7/8 ″抽油杆580米；直径3/4″抽油杆820米组成二级抽油杆柱，井内液体重度为8600N/m3，驴头冲程为1.8米，试计算冲程损失及对泵效的影响。
解             WL = fpLγ1=π/4D2Lγ1

                  =13.648KN(或13648N)
查表3-4得7/8″、3/4″抽油杆的截面积分别3.8平方厘米、2.85平方厘米。
ft =π
             λ=Wlˊ/E(L1/fr1+ L2/fr2+L/frt)
               =13684/2.1*107(580/3.8+820/2.85+1400/11.68)

 对泵效的影响ηλ=λ

悬点上升到上死点时,抽油杆在向上最大惯性载荷作用下减载而缩短,因此,悬点到上死点后,抽油杆在惯性力作用下带着活动塞仍继续上行,使活塞比静截变形时,向上多移动一段距离λˊ。
当悬点下行到下死点时，抽油杆受到向下的最大惯性力，使抽油杆伸长，活塞又比静截荷变形时向下多移动一段距离λ″。
由上述可知：在惯性载荷作用下，使活塞冲程比只有静载荷变形时要增加λp
λp=λˊ+λ″
式中 λp——由于惯性载荷的作用，使活塞冲程增加的数值。
依据虎克定律计算：
      λp =λ+λ″
         =L/frE.Wrsn2/2*1790(1-r/l)+L/frE.Wrsn2/2*1790(1+r/l)
         = Wrsn2L/1790 frE
上式中由于抽油杆柱上各点所承受的惯性力不同,计算中取其平均值,即取悬点惯性载荷的一半.
静载荷和惯性载荷对活塞冲程的影响为:
惯性载荷引起的抽油杆柱变形会使活塞冲程增大，有利于提升泵效。但惯性载荷增加会使悬点最大载荷增加，最小载荷减小，抽油杆受力状况变坏。因此，通常并不采纳快速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
当活塞在下死点位置时，在泵的排出凡尔与吸入凡尔之间有一定的距离，这个距离叫防冲距，两凡尔间的泵筒容积叫余隙容积。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，必定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，使吸入和排出凡尔无法打开，出现抽不出油的现象。