1、阿基米德定律实质及与高效节能抽油泵彻底消除偏磨的机理分析,阿基米德定律实质及与高效节能抽油泵彻底消除偏磨的机理分析,高效节能抽油泵/抽稠泵专利技术介绍,一、常规泵的特点及存在的问题 二、高效节能抽油泵结构、工作原理 三、高效节能抽油泵的重大创新点 四、高效节能抽稠泵结构及特点 五、在河南油田试验获得成功及效果分析 六、结论 七、吐哈油田推广试验初步设想,专利发明人:凌建军13999049852,高效节能抽油泵正在申请国际专利 已经完成初审,一、常规泵的特点及存在的问题,1、皮实、经久耐用、维护方便全世界80 采用常规有杆抽油泵中国 90 采用常规有杆抽油泵 2、下行阻力大，抽油杆偏磨十分严重抽
2、油杆的中下部出现“S”形抽油杆长期与油管发生摩擦抽油杆接头与油管接头发生刮碰抽油杆容易断脱寿命短油管漏失寿命短 3、系统效率低、不节能沉没度不影响上冲程载荷 4、常规泵不能正洗井这对结蜡严重的油井来说，是十分重要的 5、在出砂井中，特别在停产时，常规泵可能被砂卡死 5、泵效低 6、受气体影响严重，甚至出现气锁,二、高效节能抽油泵结构、工作原理,捞脱机构 (脱接器),拉杆 (直径小于长柱塞直径),长柱塞,固定阀,固定阀座(静止),游动阀,短柱塞,短泵筒(静止),长泵筒 (静止),高效节能有杆抽油泵的工作原理,高效节能有杆抽油泵工作原理动画演示,上、下冲程、正洗井演示 连续演示,S,P1=pgh
3、F1=P1S =pghS=pgV 下行有阻力 作用在底面 （偏磨原因）,P1,P1=pg(h+dh) F1=P1S=pg(h+dh)S P2=pg(dh) F2=P2S=pg(dh)S F=F1-F2=pghS=pgV下行有阻力底面上,h,dh,P1,P2,S,h,P1=0 F1=0，没有浮力 P2=pg(dh) F2=pg(dh)S 只有向下推力,P2,S,P2=0,P1=0,P1=0，F1=0 没有浮力P2=pg(dh) F2=P2S2=pg(dh)S2 (推力向下）,F1=P1S1（向上阻力） 159kg（吐哈） F2=P2S2（向下推力） 840kg （吐哈） F=F1-F2 P1S1
4、-P2S2 -690kg （吐哈）阻力为负数,主动向下推(2200m泵挂,200m沉没度),S2,S1,P1,P2,P1=0,1、降低下冲程阻力,甚至主动下行 、消除偏磨、降低能耗常 规 泵 下 行 阻 力S杆P液=G0高效节能泵下行泵下端面阻力S柱P沉G向上高效节能泵下行液压反溃力（S柱 S杆） P液=G向下高效节能泵下行净阻力G向上-G向下,三、高效节能抽油泵的重大创新点,P液,S杆,P液,S杆,常 规 泵,节能泵下冲程阻力计算: 泵挂深度2200m混合液体比重0.6P液=132kg/cm2沉没度200m环空原油比重0.7 P沉=14kg/cm2S38柱=11.34cm2 S25杆=4.9
5、1cm2G往下=( S38柱- S25杆)P液=849kg G往上=S38柱P沉 =159kg G净阻= -690kg(主动下行)常规泵下冲程阻力计算: G0= = S25杆P液=648kg(偏磨的起因),(S柱 S杆),P液,P沉,S柱,打开,2、降低上冲程载荷-主动利用地层能量举升F向上=柱塞底面沉没压力=S活P沉,节能泵上冲程顶托力计算: 沉没度200m环空原油比重0.7 P沉=14kg/cm2 S56活=24.63cm2 F往上=S56活P沉 =340kg常规泵上冲程顶托力=0,S活,三、高效节能抽油泵的重大创新点,P沉,P液,理论上最好是真空,S杆,关闭,三、高效节能抽油泵的重大创新
6、点,3、示功图明显改善（动液面逐渐变化）(油压1.5MPa/套压1MPa),三、高效节能抽油泵的重大创新点,3、示功图明显改善 （沉没度100米） (油压1.5MPa/套压1MPa),4、提高泵效1）不再只靠压力差进油2）强迫进油（很稠的油也能进，类似做蜂窝煤）3）进油阀打开更及时（柱塞主动向下、凡尔滞后）4）进油阀关闭更加及时（柱塞主动向上、凡尔重力向下）5）有效冲程增加（ 上冲程载荷变小 下行阻力变小、无偏磨),三、高效节能抽油泵的重大创新点,P沉,(S柱 S杆),P液,S柱,打开,上行进油,下行进油,打开,5、防气锁不是真空吸油 气体闪蒸现象减少强迫进油，进油快,三、高效节能抽油泵的重大
7、创新点,理论上最好是真空,S杆,上行进油,打开,P沉,(S柱 S杆),P液,S柱,打开,下行进油,6、防砂常规泵：关井时，砂子沉淀、淹埋柱塞、砂卡柱塞拉伤杆拉断节能泵：砂子不掩埋柱塞，固定阀生产过程中，砂子回被带走,三、高效节能抽油泵的重大创新点,理论上最好是真空,S杆,7、降低疲劳破坏，延长抽油杆寿命 （ 上冲程载荷变小 下冲程载荷变大，载荷变化减小，最为重要的是抽油杆长期处于拉伸状态),三、高效节能抽油泵的重大创新点,P沉,(S柱 S杆),P液,S柱,打开,上行进油,下行进油,打开,8、提高抽油机系统效率、节约电能9、油管内部压力变化很小、载荷变化小压力表不会来回变动，延长其寿命 10、可
8、以不动管柱实现正洗井作业节约作业费用结蜡井可以高温蒸汽/热水用量少不会倒灌地层不造成水敏地层的污染,停产时间短 , 延长检泵周期 三元复合驱泵结垢问题可以用少量酸段塞解除,三、高效节能抽油泵的重大创新点,常规泵油压表波动程度,节能泵油压表波动程度,要求：注汽、采油 （不动管柱）追求目标：泵主动下行彻底消除偏磨 变化：配合间隙增大其工作原理完全相同,四、高效节能抽稠泵结构及特点,注汽过程,采油过程,五、在河南油田试验获得成功及效果分析,在河南油田采油一厂试验了2口井T233T5-906,P沉,(S柱 S杆),P液,S柱,打开,上行进油,下行进油,打开,T233井两种泵的下行阻力、上行顶托力对比
9、（常规泵44 节能泵56/32,泵挂深度1351米）,节能泵上托力,节能泵下行阻力,常规泵下行阻力,常规泵上托力,1、高效泵最小载荷 大于常规泵最小载荷 2、常规泵下行载荷波动十分严重 3、沉没压力下降，上冲程载荷逐渐增加4、沉没压力下降，下冲程载荷逐渐增加,5 泵效增加明显常规泵下冲程游动凡尔打开时间1.65-2格 （对应油流从游动凡尔进入油管）作业后刚转抽 节能泵上冲程固定凡尔打开时间3.4格稳定生产期 节能泵上冲程固定凡尔打开时间2.1-2.6格 （对应油流从固定凡尔进入油管）,6 抽油杆总变形量减少 常规泵从上冲程最小载荷到上冲程最大载荷(此时游动凡尔打开)所消耗的时间长 0.75格
10、节能泵从上冲程最小载荷到上冲程最大载荷(此时固定凡尔打开)所消耗的时间短,0.60格 (供液不足为0.5格,差异为抽油杆自重早已转移)可计算混合比重,7 、对供液不足的井，可计算液柱重量和混合比重,8、常规泵上冲程载荷开始时有剧烈波动原因:抽油杆下端面在下行过程中,有一个向上的力,在上行过程中,由于泵腔理论上形成真空,向上力突然失去可能导致抽油杆发生抖动引起载荷变化,9 下冲程载荷增加明显 10 最大载荷与最小载荷的差值变小，反映功图变瘦 11 理论分析与实际效果一致,T233 高效节能抽油泵与常规泵系统效率,T5-906 高效节能抽油泵 70/32mm,常规泵 56mm,1、高效泵最小载荷
11、大于常规泵最小载荷 2、常规泵下行载荷波动十分严重 3、沉没压力下降，上冲程载荷逐渐增加 4、沉没压力下降，下冲程载荷逐渐增加,T5-906 高效节能抽油泵与常规泵系统效率,六、结论,1、利用液压反馈原理可以彻底消除偏磨现象，甚至可主动下行从而减少摩擦所消耗的能量，达到节能效果并可减少井下事故的发生概率2、可以利用地层能量（沉没压力）帮助泵向上举升实现节能3、在下行过程中抽油杆也处于拉伸状态也就是说抽油杆总是处于拉伸状态从而大大改善了疲劳状况，延长了抽油杆的使用寿命4、在减少抽油杆弯曲的同时，也增加了泵的有效冲程，从而提高了泵效、提高了系统效率，实现节能目的,六、结论,5、不再只靠压力差进油而
12、是可主动进油从而提高了泵效，并可消除气体的影响。 6、具有防砂泵可避免在停产过程中泵被卡死的现象发生7、油管内部压力变化很小、系统流程的压力波动减小从而可大大延长相关设备的使用寿命（ 井口油压表的压力指针不会来回波动很大）,六、结论,8、高效节能泵可以不动管柱实现正洗井作业对于象吐哈油田这样的结蜡井可以从油管注入少量的高温流体除蜡（不会出现污染油层的现象）对于某些结垢严重的油井（大庆胜利三元复合驱）可从油管注入少量除垢液体除垢 （不会出现污染油层的现象）9、可应用到稠油油田蒸汽吞吐井注、采合一彻底消除偏磨甚至主动下行,六、结论,10、由于抽油杆长期处于拉伸状态所以脱接器能很好地工作，一方面不会
13、象常规泵一样出现自动解卡现象另外一方面卡爪疲劳破坏大大降低，大大延长其使用寿命。既可使用卡爪脱接器还可使用旋转式脱接器,七、试验要求,1、选井原则 1）选择各种不同类型的井进行试验2）防偏磨、沉没压力作功、正洗井防砂、稠油井 3）要求井况好，套管不能严重变形 4）对于供液不足的油井，要求能降低抽油机冲次，从而保证提高系统效率。,七、试验要求,2、试验前测试的数据在换高效节能抽油泵之前系统效率动液面示功图3、试验过程中测试的数据换泵作业后，一旦开抽，长期监测并记录其示功图在刚开抽到稳定生产过程加密测试其系统效率、动液面和示功图,七、试验要求,4、各采油厂提供应提供的数据井深、最小套管直径、泵挂、
14、目前泵径、目前产量、油气比、抽油机型号、冲程、冲次、最小可调的冲次5、各采油厂应该配套的配件卡爪式脱接器（因抽油杆长期处于拉伸状态，可避免其自动解卡，也可大大减少疲劳破坏）或使用旋转式脱接器,八、不同脱接器对应的3 ”油管短节长度确定,该段长度120mm,CYG25.4螺纹,附图2 采用锁爪式脱接器/自旋式脱解器时，高效节能抽油泵工作示意图 (对接、正洗井、脱接、上冲程死点、下冲程死点),附表1 采用锁爪式脱接器/自旋式脱接器时，高效节能抽油泵3”油管短节L7等参数计算方法,使用锁爪式脱接器或自旋式脱接器的下井及起井方法,附图3 采用地面旋转式脱接器时，高效节能抽油泵工作示意图 (对接、正洗井、脱接、上冲程死点、下冲程死点),附表2 采用地面旋转式脱接器时，高效节能抽油泵3”油管短节L7等参数计算方法,使用地面旋转式脱接器下井及起井方法,高效节能抽油泵的总图（,高效节能抽油泵的总图,高效节能抽油泵的总图,3外管接箍 （最上部接头）,4拉杆接头（与脱接器的接头）,16泵筒接箍 (最下部接头）,1最大外径109（总长20mm100mm）,谢谢各位领导、专家,
