【正文】 。上沖程時(shí) ,游動(dòng)閥關(guān)閉 ,泵筒內(nèi)所有井液可由打開的固定閥托架進(jìn)入油管 ,并被抽吸到地表。 （ 6） 旋流柱塞抽油泵 1490008574 3 美國 Eagle 技術(shù)革新公司研制了一種可直接安裝在常規(guī)柱塞上方的旋流柱塞 ,生產(chǎn)了一種旋流柱塞有桿泵。它可使產(chǎn)液中的砂、砂礫、硫化鐵和其它微?？焖偻ㄟ^泵總成 ,防止它們聚集在泵筒與柱塞之間。常規(guī)泵的柱塞與泵筒之間允許井液通過 ,其污物就會在其中聚積。柱塞在上下運(yùn)動(dòng)時(shí)就會被快速磨損 ,特別是會在柱塞和泵筒表面產(chǎn)生劃痕。另外由此產(chǎn)生的摩擦力 ,還會造成抽油機(jī)自動(dòng)停機(jī)和桿柱斷裂。該種旋流柱塞有桿泵 ,可在 下行時(shí)強(qiáng)制攜帶柱塞與泵筒之間聚集的機(jī)雜物 ,使其通過排出孔進(jìn)入柱塞中心 ,在其中與其他井液混合入泵 ,再被排入油管。在泵的整個(gè)上行期間 ,機(jī)雜物均被收集在該種新型柱塞上部的錐形腔內(nèi) 。在泵下行時(shí) ,它們就會被向上沖洗 ,通過錐形腔的三翼形內(nèi)表面進(jìn)入油管。與此同時(shí) ,安裝在該種新型柱塞內(nèi)的軸向帶孔葉片 ,還可使井液 機(jī)雜物不停地旋轉(zhuǎn)。其結(jié)果可使柱塞和泵筒均勻磨損 ,延長其使用壽命。 （ 7） 抗沖蝕泵 美國 Quinn 泵公司開發(fā)了一種抗沖蝕泵 ,由插入式導(dǎo)向罩、鈦硬質(zhì)合金球 /座和頂部控制總成 3 部分組成。它采用雙層鍍鉻或聚合物柱塞密封 ,可有效 地防止地層微粒和壓裂砂進(jìn)入泵的柱塞泵筒內(nèi)。礦場實(shí)際使用結(jié)果表明 ,采用它可有效地防止泵磨損、砂卡和漏失 ,從而可大幅度延長抽油泵在出砂井中的使用壽命和油井免修期 ,降低油井維護(hù)成本。 （ 8） 自旋轉(zhuǎn)柱塞泵 美國研制了一種自旋轉(zhuǎn)柱塞抽油泵 ,其泵體與柱塞之間為剛性連接 ,并且其泵體外表面還加工有可經(jīng)由通道與其內(nèi)腔連通的螺旋槽。在下沖程時(shí) ,井內(nèi)原油可通過上沖程時(shí)被堵住的孔進(jìn)入柱塞 ,再由柱塞內(nèi)通道進(jìn)入泵體 ,最后再經(jīng)由通道進(jìn)入螺旋槽。這樣一來 ,油流的上行分速度就可反過來作用于螺旋槽上緣 ,對泵體產(chǎn)生一個(gè)扭矩 ,在該扭矩的作用下 ,泵體和柱塞就可順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) ,這時(shí)因抽油桿柱是通過旋轉(zhuǎn)接頭與泵體連接的 ,柱塞就可在泵筒內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng) ,柱塞在每一下沖程的順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) ,就可使其外圓均勻磨損 ,并可清除柱塞與泵筒之間的積砂。采用該種自旋轉(zhuǎn)柱塞泵 ,已使美國加里福尼亞中部的一個(gè)油田的嚴(yán)重出砂油井的維護(hù)費(fèi)用下降了 37%,油井小修次數(shù)下降了 51%,修泵費(fèi)用減少了 48%。由此可見 ,它適用于嚴(yán)重出砂井 ,采用它可降低采油成本 ,縮短油井停產(chǎn)時(shí)間 ,延長油井免修期 ,并可使 “死井 ”變 “活 ”,增產(chǎn)原油。 國內(nèi)抽油泵發(fā)展及介紹 我國的抽油泵的品種，質(zhì)量，水平已經(jīng)接 近國際水平，研制出的常規(guī)整筒泵大量出口，為適應(yīng)多種油井條件的需要，國內(nèi)在生產(chǎn)常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)抽油泵的同時(shí)，又研制了許多特殊類型的抽油泵，如防砂抽油泵，防氣斜井抽油泵，液力反饋抽油泵，防垢抽油泵以及應(yīng)用于稠油井的抽油泵等多種特種泵。 （ 1）勝利油田根據(jù)需要研制開發(fā)了多種抽稠泵、管式防砂泵、防腐耐磨泵、帶余1490008574 4 隙調(diào)零功能的閥式防氣泵和排氣抽油泵、分層開采用的串聯(lián)泵和分抽混出泵、大排量雙作用和三作用泵，以及油氣分采泵。開發(fā)了用于深井、斜井、定向井、叢式井以及水平井等的過橋式和機(jī)械啟閉式抽油泵。另外 勝利油田也已小批量生產(chǎn) CYB70/燕GLY 和 cyB83/ 型長泵筒無襯套金屬柱塞抽油泵。 （ 2）吐哈油田有桿泵防氣技術(shù)自 1999 年起在油田試驗(yàn)， 2021 年開始規(guī)模應(yīng)用，截至 2021 年 5 月，已在現(xiàn)場應(yīng)用 326 井次，平均提高泵效 %，單井增油 噸／日，應(yīng)用效果顯著。 （ 3）中原油田采油工藝研究所設(shè)計(jì)的 ZY57I 型防氣抽油泵， 防氣抽油泵采用了無襯套，整泵筒長沖程和軟硬結(jié)合的短活塞結(jié)構(gòu)，特別是采用了承載閥，放氣孔，標(biāo)槍閥組成的排氣、防氣結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了有氣時(shí)可排氣，有油時(shí)可排油，完全可以代替普通抽油泵抽油，特別適用于各油田氣 油比高的抽油機(jī)井，其泵效比普通泵效提高了１５％以上，并具有起下泵、檢泵作業(yè)簡便，壽命長等特點(diǎn)。 （ 4） 如江漢油田研制了長沖程泵，泵總長 ，內(nèi)徑 70mm，外徑 90mm，采用軟活塞配整體泵筒結(jié)構(gòu) .與華北油田 Bn 型增距式抽油機(jī)配套使用，平均泵效達(dá) 91%。 （ 5）采油工藝研究院機(jī)械采油所研制了防砂抽油泵。目前國內(nèi)用于抽油開采特別是粘度較高稠油開采的抽油泵主要存在以下問題：常規(guī)泵的固定凡爾在一般稠油條件下不能正常工作，特別是在特稠油和超稠油條件下關(guān)閉遲緩或不能關(guān)閉，這樣抽油泵的泵況就遭到破壞；當(dāng)抽油泵遇到含砂油 井時(shí)會導(dǎo)致砂卡。因此目前常規(guī)泵不能很好的適應(yīng)稠油開采特別是超稠油開采的需要。 為了解決稠油開采中上述問題，采油工藝研究院機(jī)械采油所科研人員在 2021 年初開始對短柱塞、低摩阻、防砂抽油泵進(jìn)行前期調(diào)研工作。在調(diào)研的過程中了解到國內(nèi)外同類抽油泵的技術(shù)發(fā)展情況：抽油泵大多只是針對性的解決開采中一種問題。針對這種情況，采研院科研人員下決心研制一種較全面的短柱塞、低摩阻、防砂稠油泵，以解決稠油開采特別是超稠油開采遇到的生產(chǎn)問題。 這個(gè)院項(xiàng)目組確定新型抽油泵的設(shè)計(jì)方案后，科研人員在結(jié)構(gòu)上大膽的采用了短柱塞結(jié)構(gòu)，同時(shí)應(yīng)用重 閥球結(jié)構(gòu)解決稠油泵工作中閥關(guān)閉不及時(shí)的問題，應(yīng)用大的固定閥結(jié)構(gòu)減少稠油入阻力，設(shè)計(jì)了合理的環(huán)形及螺旋防砂結(jié)構(gòu)，使該泵具有較好的防砂卡功能。 （ 6）玉門石油機(jī)械廠已小批量生產(chǎn) CYB70/~SGZY 長筒泵。還給遼河油田生產(chǎn)了 CYB57/6GZY 長筒稠油泵。在長泵筒制造工藝方面，玉門石油機(jī)械廠近幾年搞出了兩種整體泵筒制造工藝，即大泵筒內(nèi)壁鍍鉻和中型泵筒內(nèi)壁輝光離子氮化。 從總體上看，目前國內(nèi)外抽油泵發(fā)展趨勢是開發(fā)新型泵，研制防砂，防氣等特殊泵并提高其關(guān)鍵件耐久性與可靠性，以適應(yīng)特殊油井條件及適應(yīng)油井不同采液 量的需要。 1490008574 5 國內(nèi)外抽油泵優(yōu)缺點(diǎn)介紹 國外抽油泵生產(chǎn)大國所生產(chǎn)的抽油泵特點(diǎn) 世界上生產(chǎn)抽油泵的國家主要有美國、俄羅斯、法國、加拿大和羅馬尼亞等。 （ 1）美國 美國有桿抽油泵的特點(diǎn)是 :標(biāo)淮泵泵筒長筒化、整體化、零件規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)化、制造工藝及材質(zhì)上的多樣化。因此可用不同材質(zhì)、不同制造工藝和各種零件規(guī)格型式組配的泵達(dá)幾千種，使用單位可根據(jù)各種井液及油井不同開采階段選用所需的抽油泵。在有桿抽油泵中，標(biāo)準(zhǔn)型泵的數(shù)量占 90%，其結(jié)構(gòu)型式以桿式泵為主，管式泵為輔。標(biāo)準(zhǔn)型桿式泵共有 9 種結(jié)構(gòu)型式， 38 種基本 泵徑，管式泵只有兩種結(jié)構(gòu)型式， 6 種基本泵徑，其中金屬柱塞和軟密封柱塞各 8 種。美國為滿足不同油井采油工藝要求，設(shè)計(jì)制造了非標(biāo)準(zhǔn)異型泵 . ① 大排量雙作用泵，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是串聯(lián)兩個(gè)柱塞，中間密封，形成兩個(gè)腔室，比相應(yīng)的桿式泵提高排量 70%左右，比相同泵徑的標(biāo)準(zhǔn)管式泵排量還高 。 ② 不用油管而直接固定在套管壁上的套管泵，是靠一個(gè)既起封隔作用又起懸掛作用的井壁封隔器，使用時(shí)只要順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)抽油桿就能把泵固定在井壁的任意位置，上提時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng) 。 ③ 稠油轉(zhuǎn)流泵，其上部裝有密封旁流裝置，使被抽的稠油排出泵以后從油管和套管的環(huán)形空間流 到井口，油管中則為輕質(zhì)油，可減少抽油桿上下運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力 。 ④ 液力反沖泵，其結(jié)構(gòu)采用兩個(gè)柱塞，游動(dòng)閥和固定閥均裝在運(yùn)動(dòng)部件上，下沖程時(shí)上游動(dòng)閥關(guān)閉，從而借用油管液柱壓力推動(dòng)下沖程 。 ⑤ 雙級防 “氣鎖 ”泵，是利用兩個(gè)定筒式桿式泵串聯(lián)成一個(gè)泵，形成上低壓腔和下高壓腔，類似兩級壓縮機(jī)的工作機(jī)構(gòu) 。 ⑥ 重負(fù)荷全沖程抽油泵，其結(jié)構(gòu)是在厚壁筒兩端增加一短節(jié)，使柱寒在上、下沖程時(shí)能越過泵筒，端面，因而工作中具有把雜質(zhì)排除在泵筒之外的自潔作用，并使泵筒全長均勻磨損。同時(shí)，短節(jié)臺肩面能密封泵筒端頭螺紋，以防腐蝕性井液侵入。美國現(xiàn) 有三種泵筒 :一是普通整體泵筒，用鋼、鑄鐵或抗腐蝕合金制成 .高碳鋼泵筒內(nèi)孔淬火硬度為 HRC54~57。鑄鐵泵筒內(nèi)孔鍍鉻，鍍層厚度為 。合金鋼泵筒內(nèi)孔氮化處理，蒙乃爾合金加鍍鉻工藝的泵筒硬度高達(dá) HRC80，適用于嚴(yán)重磨蝕和嚴(yán)重硫化氫與二氧化碳腐蝕同時(shí)出現(xiàn)的油井 .普通泵筒的長度有 13 種 (從 到 ).厚壁泵筒壁厚為 ，薄壁泵筒壁厚為 。二是單襯套泵筒，即鋼外套內(nèi)裝一個(gè)鑄鐵或抗腐蝕合金的整體襯套，長度與普通泵筒一樣。三為多節(jié)襯套泵筒，雖然美國規(guī)范取消了這種泵筒，而實(shí) 際上仍在生產(chǎn) (每節(jié)襯套長 300mm)，這樣可以利用長度不大的特種材料制造耐磨性高的泵筒，如離心澆鑄的高硬度鑄鐵襯套，晶粒均勻1490008574 6 致密，使用效果較好，成本也低。 （ 2）俄羅斯 俄羅斯的抽油泵在 9 種標(biāo)準(zhǔn)泵型中，有兩種定為整體泵筒 . 俄羅斯研制了一種具有液力保護(hù)往塞副的無油管抽油泵，該泵直接支承在套管封隔器上，柱塞在機(jī)油內(nèi)工作，通過一個(gè)特殊橡膠隔膜泵裝置抽送原油 . 俄羅斯為防止短節(jié)襯套泵的襯套措位和襯套間液流串通，在襯套與外管間注入一種塑料，使襯套與外管合一，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，修理困難。俄羅斯近年研制了自封式注塞，這種往 塞能隨柱塞副的磨損自動(dòng)補(bǔ)償，消除間隙 .蘇聯(lián)軟往塞的密封環(huán)采用 246C 號橡膠，扯斷強(qiáng)度 ZOokgf/cm“， TM 一 2 硬度90 以上 .為提高桿式泵柱塞的耐磨性，在柱塞工作表面預(yù)先滾壓菱形網(wǎng)紋槽，以利于及時(shí)排除沉積在柱塞環(huán)形間隙中的微細(xì)砂粒及機(jī)械雜質(zhì)，從而減輕對柱塞的腐蝕。 國內(nèi)所生產(chǎn)的抽油泵類型比較 本設(shè)計(jì)主要涉及管式防氣抽油泵的設(shè)計(jì)，故重點(diǎn)介紹管式抽油泵類型的比較。 （ 1）斜井泵 優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)定向井井斜角 60176。正常工作，保持較高泵效。 （ 2）多功能長柱塞抽油 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)注采功能，可實(shí)現(xiàn)不動(dòng)管柱 完成注汽、轉(zhuǎn)抽。具有一定的防砂功能。注汽孔可充當(dāng)泄油器，避免上提管柱原油污染井場?？蓪?shí)現(xiàn)定向井井斜角 60176。正常工作。 （ 3）液壓反饋抽稠泵 優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)注采功能，可實(shí)現(xiàn)不動(dòng)管柱完成注汽、轉(zhuǎn)抽。增加泵下行力，克服泵上桿柱因?yàn)橛统碓斐傻南滦欣щy。 （ 4）防氣泵 優(yōu)點(diǎn)：周期排氣式抽油泵是常規(guī)管式泵的泵筒中間部分設(shè)計(jì)了一個(gè)氣體儲存腔室，不增加其他任何結(jié)構(gòu)及作業(yè)程序，即可在抽油機(jī)帶動(dòng)柱塞上下抽吸的工程中，通過此氣體儲存腔室，周期性的把泵筒內(nèi)的氣體排出泵外，達(dá)到防氣的目的，從而提高泵效，使采油效率得到提高，能有效減 少 “氣鎖 ”發(fā)生的可能性。 （ 5）短柱塞防砂泵 優(yōu)點(diǎn)：短柱塞結(jié)構(gòu)和采用大配合間隙減小泵的柱塞下行阻力；合理的防砂結(jié)構(gòu)，有效解決含砂井的卡砂問題 。 大的通道結(jié)構(gòu)降低泵閥進(jìn)油阻力；防砂結(jié)構(gòu)對短柱塞進(jìn)行扶正，有效的解決采用短柱塞而引起地偏磨問題；采用加重閥球結(jié)構(gòu)，有效的避免稠油開采閥球關(guān)閉不及時(shí)問題。 （ 6）軟柱塞抽油泵 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)泵筒柱塞 “零 ”間隙，泵效較高； 具有防砂結(jié)構(gòu)，具有一定的防砂卡功能 研究意義 現(xiàn)有技術(shù)中的抽油泵的種類很多，目前我國通用的是 SYB 型管式抽油泵，這種泵的缸套絕大部分是由長度 150mm 或 300mm 的金屬襯套疊加裝配起來的。其閥球1490008574 7 結(jié)構(gòu)均采用鋼球閥球，其中下部有一個(gè)固定閥球，活塞上有兩個(gè)浮動(dòng)的游動(dòng)的閥球?；钊统橛蜅U是剛性連接。但在氣油比較高的生產(chǎn)井中，由于氣體的可壓縮性的影響，往往造成游動(dòng)閥球遲后打開或打不開，嚴(yán)重的可造成氣鎖，使泵抽空或嚴(yán)重地影響泵的效率，直接影響井的產(chǎn)量。 在油田開采中后期的油井或動(dòng)液面低的油井，特別是高氣液比的油井，氣體是影響抽油泵泵效的主要因素之一。含氣油井中的抽油泵閥球一般都會開啟滯后，當(dāng)在泵腔內(nèi)的氣體所占據(jù)的體積足夠大時(shí)，不但下沖程時(shí)游動(dòng)閥打不開，甚至 上沖程時(shí)承載閥也有可能打不開。整個(gè)上、下沖程中只是腔內(nèi)氣體在膨脹和壓縮，而沒有液體舉升，此時(shí)抽油泵出現(xiàn) “氣鎖 ”現(xiàn)象，無法正常工作。氣鎖時(shí)還常發(fā)生 “液壓沖擊 ”，造成有桿抽油泵的振動(dòng)，并加速損壞。因此在含氣抽油井中，需要使用具有防氣鎖和提高泵效的特種結(jié)構(gòu)抽油泵 我國自 1958 年以來，大量使用有桿泵采油，但是，由于可供使用的有桿泵品種少，規(guī)格不全，泵效低，檢泵周期短，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，適應(yīng)性能差，因而不能滿足油田開發(fā)的需要。泵效低是因井深、地質(zhì)情況復(fù)雜， 地層滲透率低， 油氣比高使泵產(chǎn)生 “氣鎖 ” 等因素所致。為了消除 原油中氣體影響， 提高泵效， 增加單井產(chǎn)量，井下防氣抽油泵的研究具有重要意義。 課題研究內(nèi)容 本論文設(shè)計(jì)需要解決的重點(diǎn)問題就是防氣抽油泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使整個(gè)抽油泵的結(jié)構(gòu)合理，并能夠相應(yīng)地降低能耗 。 （ 1）進(jìn)行中、外文資料檢索和必要的調(diào)研，完成外文資料翻譯； （ 2）主要 認(rèn)真查閱、收集相關(guān)資料，深刻理解論文所要設(shè)計(jì)的內(nèi)容 ,完成開題報(bào)告； （ 3）了解防氣抽油泵的意義及功能介紹； （ 4）掌握防氣抽油泵的工作原理，分析其優(yōu)越性； （ 5）設(shè)計(jì)防氣抽油泵機(jī)械結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行參數(shù)計(jì)算及性能校核； （ 6）繪制防氣抽油泵裝 配圖，設(shè)計(jì)圖紙為零號圖紙一張； 創(chuàng)新點(diǎn) （ 1）采用了無襯套，整泵筒長沖程和軟硬結(jié)合的短活塞結(jié)構(gòu)。不存在亂缸套問題， 克服了因 錯(cuò)亂缸套而造成的井下作業(yè)。 （ 2） 本防氣抽油泵采用了機(jī)械起動(dòng)和關(guān)閉的標(biāo)槍閥結(jié)構(gòu)，在上沖程時(shí)提前關(guān)閉，下沖程時(shí)提前打開。只要抽油桿一動(dòng)標(biāo)槍閥就會動(dòng)作，這樣克服了由于氣體影響使浮1490008574 8 動(dòng)閥球打不開而造成的氣鎖現(xiàn)象。 （ 3）本防氣抽油泵的活塞采用了軟硬結(jié)合的活塞體，它具有軟柱塞和硬柱塞的共性，密封性能好，沒有漏失量。同時(shí)采用了浮動(dòng)活塞結(jié)構(gòu)，