深井抽油泵节能装置原理与应用

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【摘要】在现今石油开采工业中，由于加大了开采程度并延长开采时间，导致含水比例升高，进而影响动液面水平降低，泵的挂载负重加大，随之提高了开采过程中的生产参数。本文主要就在深井开采中，泵的功效较低，出现分摊在单一油井上的功耗上升的情况，为适应节能降耗的需要，通过优化设计，研制出该节能装置，能有效降低抽油机载荷，现场应用后，见到明显效果。

【关键词】深井泵 节能装置 降低载荷 研制

由于一般双作用式的抽油泵普遍存在阻力高、密封可靠性低，零部件难以实现通用等缺陷，针对上述问题提出改进并研制出一种能弥补上述缺陷的深井汲油装置。在上、下筒体当中添加一不可移动的单向阀起到连接作用，下活塞与连接部分管路接口处则安装一可以自由活动的单向阀，两单向阀结构相同，均依靠双锥面实现可靠密封。该装置具有寿命长、效率高，单位工作量内能耗低，单位能耗内产量高，可方便实现零部件的互换通用等特点，在出砂小、粘度不高的工况中十分适用。

1 前言

在现今石油开采工业中，由于加大了开采程度并延长开采时间，导致含水比例升高，进而影响动液面水平降低，泵的挂载负重加大，随之提高了开采过程中的生产参数。为弥补改进上诉问题进而研制出了深抽节能装置，可直接将该装置安装在原有的深井汲油泵上，适用方便快捷灵活，它具有寿命长、效率高，单位工作量内能耗低，单位能耗内产量高，可方便实现零部件的互换通用等特点，在出砂小、粘度不高的工况（如低产井、稀、稠油井、含砂、气井等）中十分适用，帮助油泵显著提高性能，高效低耗，是一款极具推广性的新产品。

2 基本工作原理与结构特点

2.1 工作原理

（1）抽油杆（2）生产油管（3）深抽泵柱塞（4）螺旋阀（5）外工作筒（6）拉杆（7）深井泵泵筒该装置（参看图1）主要由内、外两部分的工作装置共同构成一个完整的工作机构。深井机油泵的上部分泵体即为外工作部分，伸入油井中的油管就接在该部分上。

③柱塞、④螺旋阀、⑥拉杆、原深井泵（柱塞）是构成油泵内工作部分的三大主要机械装置，拉杆通过在其之上的螺旋阀实现与柱塞的连接，并一同插入油管之中。该机构详细工作原理参见图1，只需实现部件⑦（泵筒）与部件⑤（外部工作部分）的连接，再将部件②（油管）插入油井之中，同时连接部件③（柱塞）与部件（拉杆）就能实现油泵改进后的工作。在安装好改进装置之后，深井汲油泵就出现了两个空腔体，保障工作时的平衡性。具体工作流程如下：在油杆下行工段当中，部件①（抽油杆）下行，部件⑥（拉杆）在其带动下随之下行，由拉杆产生的摩擦和介质压力共同作用于部件④（螺旋阀）使其下行，进而将部件⑤（外工作部分）的阀坐与螺旋阀一起关闭，上下阀体间的固定阀门同时关闭，柱塞上的自由活动阀门则此时开通，柱塞下不液体工作介质借此进入到上腔室中。

在油杆下行工段当中，部件⑥（拉杆）在油杆的带动下随之上行，柱塞也同时向上运动，柱塞上部腔室内的液体工作介质被挤压，柱塞上的自由活动阀门此时关闭，柱塞上部腔室内的液体工作介质因被挤压而使压力增大，将部件④（漩流阀）冲开，液体介质经漩流阀后加速流向油管当中，实现能效高。功耗低的工作状态，液体经如此往复循环操作最终被抽汲到井口之上。

2.2 结构特点

2.2.1 简易结构，适用性广泛

由示意图可知，该装置结构简单，零部件数量相对较少。在砂小、粘度不高的工况（如低产井、稀、稠油井、含砂、气井等）中广泛使用，油泵工作性能提升显著。

2.2.2 工作过程简便

与一般深井机油泵工作类似，在使用该装置的油泵中，拉杆通过在其之上的螺旋阀实现与柱塞的连接，并一同插入油管之中。下井工作方便快捷。

2.2.3 单位工作量能耗低

一般油泵在抽油工作时，由于油管内物质重量和压力，加上油杆自身重量均同时由柱塞承担负荷，上行工段时泵负载上升，功耗加大。通过使用该装置，可实现由螺旋阀来承担油管内物质重量和压力负荷，这样可以实现能耗节省8～15%左右。

2.2.4 可实现深抽油操作

由上述结构特点3可知，油泵中油杆负载降低，所以在能量消耗不变情况下，抽油深度增加250m～300m之间。

2.2.5 工作效率高

柱塞上部腔体内的液压在油杆上行工作时降低，进而在阀体与柱塞间的液体散失量减少，工作介质满载系数提高，工作效率得到3%左右的提升。

2.2.6 良好的防砂性

在石油开采中，可以利用漩涡阀，使工作介质中的沙粒即便在停车状态下也不会附着在柱塞上，只是沉聚在环流阀体之上，避免卡泵事故发生。良好的防砂性能也是这套改进装置最显著的特点。

2.2.7 降低深井泵受气体干扰的影响

普通泵在油杆上行工段时受到气体干扰，造成柱塞与泵筒内壁发生干摩擦，对工作有较大的不利影响。利用气体压力冲开漩流阀之后流入油管之中，避免出现压力下降而产生气泡的情况，降低了深井泵在工作过程中受气体干扰的影响。

3 低能耗解析

低渗透油藏作为采油厂上产的主力油藏，因其具有的特殊渗流性，只能采取小泵深抽的开采方式实现正常生产。由于受抽油机载荷和抽油杆性能的限制，泵挂最大下深在2200米，如果继续加深泵挂，就必须更换大型抽油机和连续杆，增加了资金投入和单井能耗。

为解决这一制约生产经营工作的瓶颈，采油厂技术人员通过在动液面以上的生产管柱上安装由特殊装置组成的抽油机减载器，让减载活塞上下端面分别处在油套不同的压力系统中，利用压力差所产生力的作用，达到减轻抽油机驴头悬点载荷，实现深抽甚至超深抽，达到降低能源消耗，、泵挂加深的工作状态，综上所述可得，惯性、摩擦和重力等载荷都降低。因此，单位工作量内能耗低，高效节能。因为抽油泵工作时载荷降低，所以在单位能耗相同的情况下提高了挂载量，产量高于普通油泵。同时，螺旋阀在泵体中也起到减少空抽提高工作效率的作用。不仅如此，该装置还具有良好的防砂性能，延长防砂工作的间断周期。所以该装置在出砂小、粘度不高的工况（如低产井、稀、稠油井、含砂、气井等）中使用更是效果显著。

4 现场应用效果

采油厂技术人员通过在泵深2000米以下的油井上运用抽油机减载技术，在不更换地面抽油设备和连续杆的前提下，较大幅度降低了抽油机悬点载荷，实现了增油与节能降耗双赢。

截止目前，节能助抽装置实施4井次，平均单井日耗电降低9.2kW.h，平均吨液耗电下降0.7kW.h，累计节电已经达到了2.8万kW.h；随着特种举升工艺优化软件的现场应用及节能配套措施推广力度的加大，必将取得更加可观的效果，经济效益和社会效益极其显著。

参考文献

[1] 孙世明，蔡利，张志超.高转差率电机驱动抽油机系统的耗能分析 [J].大庆石油学院学报[2] 周继德. 用扭矩法调整抽油机的平衡 [J].石油机械