第二章 抽油泵简

第二章抽油泵

第一节有杆抽油泵

一、有杆抽油泵的用途及种类

1、管式泵

管式泵的泵筒直接固定于油管柱的下端，抽油泵柱塞随抽油杆柱下入泵筒内。如图2-1、图2-2所示为常规可打捞式管式抽油泵的结构。可打捞式管式抽油泵的固定阀由锁紧装置固定于泵筒的下部．游动阀装于柱塞上。当固定周密封失效时，可利用打捞工具将其打捞出井进行修理，其打捞方式分为两种：卡杆打捞和灯口打捞。

2、杆式泵

杆式泵又称为插入式泵。它主要由泵筒、柱塞、游动阀、固定阀、泵定位密封部分及外工作筒等组成。由于杆式泵的内工作筒是经油管下入井中的，因此，泵径较小，泵排量较低。这种泵的突出特点是：只要起出抽油杆柱，就可以将泵的内工作筒及其泵柱塞、游动阀和同定阀从井下起出，检修方便。这种泵一般用于动液面较低，产量较小的深井。

杆式泵根据结构又分为定筒式和动筒式两种。如图2-3所示。

1)定筒杆式泵

如图2-3(a)所示，这种泵工作时，泵筒固定，抽油杆柱与柱塞连接，在地面抽油机和抽油杆柱的带动下柱塞在泵筒内作往复运动，而泵筒则一般由卡簧和支撑环固定在外工作筒内。定筒杆式泵又分为底部同定和顶部固定两种形式。

2)动筒杆式泵

如图2-3(b)所示，这种泵工作时，泵筒在抽油杆柱的带动下作往复运动，而柱塞和固定阀一起固定在油管下端的锥座上。动筒杆式泵的固定阀位于固定柱塞的顶部，游动阀则位于游动泵筒的顶部。这种泵的优点是：泵筒的往复运动能使其外围环形空间的液体产生漩涡运动，从而阻止泵周围的砂沉积，减小了泵出现砂卡的可能性；如果抽油装置需要间歇停抽，则泵筒顶部的游动阀就会关闭，这样可以防止进入泵中的砂沉积在柱塞的顶部和周围。这种泵的缺点是：不宜在偏斜的井眼中工作，因为在井眼偏斜的井中工作时会导致泵筒和油管间的磨损加剧；固定阀距井底较远，尺寸较小。该泵适用于1000m以内含砂量高和原油粘度大的油井。

二、其他类型的抽油泵

为丁满足复杂油田开采条件的要求(如稠油、高含砂、油气比大、水淹和斜井等)，近几

年出现了一些具有特殊用途的抽油泵。

1、双作用抽油泵（原理）

双作用抽油泵在工作过程中的一个往复行程中完成吸油和排油各两次。如图2-4所示为胜利双作用式抽油泵示意图。

如图2-4所示。当上冲程时，柱塞上行，固定阀11打开，柱塞游动阀10关闭，液体进入下部腔室，完成上冲程时的吸油过程；同时，偏心进油阀7关闭，分流筒游动阀被顶开，上部腔室的液体通过分流筒8、空心连杆6和出油接头4进入油管，完成上冲程时的排油过程。

当下冲程时，柱塞下行，其下部腔室体积缩小，压力增大，固定阀11关闭，Φ70mm 柱塞游动阀10被顶开，液体通过分流筒8、空心连秆6和出油接头4进入油管，完成下冲程的排油过程；同时，上部空腔体积增大，压力减小，偏心进油阀7打开，分流筒游动阀关闭，液体由套管环形空间进入上部空腔，完成下冲程时的吸入过程。

现场使用表明，双作用抽油泵的结构简单，加工方便，与普通抽油泵相比可较大幅度地提高单井产量。但缺点是下行阻力大，抽油杆易弯曲，容易造成抽油杆断裂或脱扣事故。

2-4

2-3

2、稠油抽油泵

高粘性原油的粘度高流动性差，流动阻力很大，若用常规抽油泵开采，轻则使泵效降低，重则不能正常工作，甚至会引起卡泵和抽油杆断脱事故。为此专门设计了开采稠油的抽油泵。

1)流线型稠油抽油泵

2)液压反馈式稠油抽油泵

3、防气抽油泵（简单结构/原理）

在油气比较大的油井中使用常规抽油泵时，会导致抽油泵的充满度小，泵效降低，还往往会出现“气锁”，使泵无法正常工作。为此人们专门设计了适合在油气比较大的油井中使用的抽油泵——防气抽油泵，

如图2-7所示为ZY57-I型防气抽油泵结构图。由图可见，该泵采用整体无衬套泵筒和软硬结合的新型活塞体，具有三个阀门：上部浮动环形阀为承载阀、中部标枪形锥阀称标枪阀，

下部球形固定阀为进油阀。标枪阀与抽油杆间采用刚性连接，抽油杆上、下运动时，标枪阀随之而动；标枪阀与活塞间采用浮动连接，在轴向允许有15 mm的相对运动距离，径向彼此可以相对旋转。在轴向允许的范围内，标枪阀随着抽油

杆的上、下运动反复关闭或开启，并使活塞将泵筒分为上、

下两个腔室。

上冲程开始前，承载阀和进油阀在压差的作用下关闭，

标枪阀开启；上冲程开始后，标枪阀随抽油杆上行15mm

提前关闭，再带动活塞上行，使上腔室内压力逐渐升高，

当高于油管内液柱压力时，承载阀打开，上腔室中的油液

进入油管，实现排油。与此同时，下腔室内压力迅速降低，

进油阀打开，地层液进入下腔室。活塞达上止点后，承载

阀和进油阀关闭。

下冲程开始后，标枪阀先下行15mm，提前打开，使

上、下腔连通，再推动活塞下行，下腔室中的油液通过标

枪阀的间隙进入上腔室，直至活塞达下止点。

对于含气的井液，这种泵仍可正常工作，因为下冲程

时，标枪阀靠抽油杆下推开启，不存在开启滞后或打不开

的现象。此外，该泵的活塞杆上设计有放气孔装置，当活

塞接近下止点或即将离开下止点时，放气孔将油管内液柱

与泵筒的上腔室相连通，液柱在压差的作用下迅速通过放

气孔，占据上腔室内的气体空间，上腔室内的气体被驱入

图2-6

液柱内。因此，上冲程时，也不存在由于上腔含气而造成

承载阀开启滞后或打不开的现象。试验表明：这种防气抽

油泵与普通抽油泵相比较，在油气比较大的油井中使用增

产效果明显。

三、抽油泵的结构形式及其表示方法

我国已制定出新系列抽油泵的基本结构和参数标准，

并对抽油泵的型号作了统一规定。

标准规定的抽油泵型号表示方法如下：

如抽油泵型号CYB55/3GZ：表示泵径为Φ55mm、冲程长度为3m、整体泵筒、软柱塞吸入阀不可打捞、带泄油器的管式抽油泵。又如抽油泵型号CYB38/4；表示泵径为Φ38mm 冲程长度为4m、顶部固定、具有金属柱塞、多节缸套的杆式抽油泵。

第二节无杆抽油设备

随着井深、产量的增加和油井开采条件的复杂化(如高粘、多砂、多气、水淹和强腐蚀等)，有杆抽油设备的缺点会越来越明显：抽油机的质量增大，抽油杆事故增加，而抽油泵的排量下降。为了避免上述问题，克服有杆抽油设备的不足，则必须彻底改变有杆抽油设备的工作方式，发展无杆抽油设备。（）

一、水力活塞泵

1、水力活塞泵概述

水力活塞泵是一种利用高压液体传递动力，驱动井下泵实现抽油的无杆抽油设备。水力活塞泵的高压动力液是由地面动力泵提供并通过油管输送给井下泵的。整套泵组包括井下部分、地面部分和中间部分三个部分。

2、水力活塞泵井下机组的结构和工作原理

水力活塞泵的形式很多，下面仅对两种常见典型水力活塞泵的结构原理作简要介绍。

1)差动式单作用水力活塞泵

如图1-10所示为差动式单作用水力活塞泵结构原理图。由图可见，它主要由工作筒、沉没泵和固定阀三部分组成。沉没泵机组又包括提升打捞装置、液马达和抽油泵三部分。

它的工作原理为：

(1)下冲程：图示工作状态，滑阀处于下止点位置，高压动力液既经孔1、流道2和孔3进入液马达柱塞的下端，又经孔9和流道10进入液马达柱塞的上端，由于柱塞上端有效作用面积大于下端，液马达柱塞在上、下两端的压力差作用下行，从而由活塞杆带动抽油泵柱塞下行，并压缩地层液推开游动阀球，进入抽油泵柱塞的上端，吸入地层液，此时抽油泵固定阀关闭。

(2)上冲程：当柱塞组接近下止点时，高压动力液经活塞杆的上换向槽进人换向滑阀的下端，由于下端面积大于上端面积，滑阀被液压力推到上止点；液马达柱塞上端通过流道10、孔9、孔4、流道7和孔8与低压地层液连通，而下端仍为高压液体，柱塞被推动上行；此时，游动阀关闭，抽油泵柱塞上腔内的液体通过孔6、流遵5、流道7、孔4和孔8，液马达柱塞上端的乏动力液经流道10、孔9、孔4和孔8被排入油、套管环形空间，为排出过程。此时，固定阀打开，地层液进入抽油泵柱塞的下端。

当柱塞组运动到接近上止点时，滑阀下端经下换向槽、流道5、孔4、流道7、孔8与低压地层连通，而滑阔上端为高压，滑阀被推到下止点，柱塞组又开始下冲程，如此反复，达到不断举升地层液的目的。

这种泵的换向机构简单，易于加工，改变液马达和抽油泵柱塞直径比，可获得不同的压力比，实现流量和扬程的变化。

二、潜油电动离心泵

1、潜油电动离心泵概述

潜油电动离心泵(简称电泵)是应用较为广泛的一种无杆抽油设备。潜油电动离心泵机组被认为是一种比较经济有效、特别适用于海上油井和高产油井的机械采油设备，它可以从较深的、不同状况的油井中大量提取井液。

我国在潜油电泵机组的设计、制造和使用等方面经验比较丰富，产品已经标准系列化，其型号的表示方法为：

例如QYDB119-200/1000E：表示额定扬程为1000 m；额定流量为200m3/d；适用井温为120℃；119mm的潜油电动离心泵机组。

潜油电动离心泵机组由三部分组成：井下部分、地面部分和联系地面、井下的中间部分。

2、潜油电动离心采井下机组的结构特点及工作原理

1)多级潜油离心泵

如图2-15所示为多级潜油离心泵结构图。由图可见，在结构上多级潜油离心泵由转动部分和固定部分组成。其转动部分主要包括；泵轴、泵轴中部安装的大量叶轮、键、轴套、垫片、轴上端的径向滑动轴承和轴向止推轴承、下端的径向滑动轴承等零部件；其固定部分主要包括：泵壳、泵头(即上部接头)、泵座(即下部接头)、导轮和填料密封装置等零部件。填料密封装置将保护器和电机的内腔室与泵的吸人端隔开，防止原油渗漏入电机保护器系统。由于受到工作空间即套管尺寸的限制，多级潜油离心泵的外径较小，为保证有足够的举升能力，外形较长，为此整台泵一股由多多节组合而成。相邻两节泵的泵壳间用法兰连接，轴间用花键套连接。

目前所使用的多级潜油离心泵叶轮在泵轴上安装形式有固定式和浮动式两种。如图2-16所示为多级潜油离心泵浮动式叶轮与导轮装配示意图。在浮动式叶轮结构中，利用叶轮的轴向浮动从而将叶轮所受到的轴向力经下止推轴承、导叶传给泵壳，从而使泵轴和下部滑动轴承卸荷；对于固定式叶轮结构，利用叶轮中心部位的平衡孔的作用，使叶轮背面的压力与吸入压力接近相等，从而消除部分轴向力。

多级潜油离心泵的工作原理与普通离心泵相同，电动机驱动离心泵轴上的叶轮高速旋转时，叶轮内液体受到离心力作用，从叶轮中心沿叶片间的流道甩向叶轮四周，使液体的压力和流动速度同时增加，并经过导轮流道被引向下一级叶轮，这样逐级流经所有的叶轮和导轮，使液体压能逐次增加，最后获得一定的扬程，将井液输送到地面。

多级潜油离心泵与普通离心泵相比在结构上的特点是：

(1)由于受到套管内径的限制，外形轮廓尺寸呈细长。根据油井套管直径的大小，多级潜油离心泵泵壳外径可在92～150mm范围内变化。为保证足够的扬程，多级潜油离心泵的级数较多，目前级数最多的达700多级，最长的可达14～15m。

(2)垂直悬挂运转，轴向卸荷，径向扶正。多级潜油离心泵工作过程中，由于泵叶轮吸入口处的压力低，排出口处的压力高，叶轮圆盘两侧所受到的液体压力不相等，从而产生不平衡轴向力；对于多级叶轮所形成的总轴向力是相当大的，如果该轴向力作用在泵的细长轴或轴承上，则会导致泵不能正常工作或磨损强烈。因此，对多级潜油离心泵进行轴向卸荷及径向扶正意义重大。

2)电机保护器

目前，国内外使用的电机保护器主要有活塞式、橡皮囊式和重液隔离式三种。其中后两种应用较多。

4、潜油电动离心泵的管理

目前，我国各油田使用着大量潜油电动离心泵，对潜油电动离心泵井的规范管理是保证泵高效运行的前提。在使用潜油电动离心泵采油时，应根据油井生产条件合理确定电泵井的

工作制度，及时对电泵井进行清蜡，并对电泵井生产中出现的故障进行及时排除，潜油电泵井常见故障及其排除方法见表2-7。

三、其他无杆抽油设备简介

1、螺杆泵

(1)螺杆泵概述

地面驱动螺杆泵主要由地面部分和井下部分组成。地面部分包括防爆电动机、皮带轮、减速器和光杆密封装置等；井下部分包括接头、转子、定子、定位衬套和扶正器等；地面与井下两部分之间通过抽油杆连接。

螺杆泵的优缺点：ppt上有7点。

3) 螺杆泵井巡回检查制度

(1) 每８h必须上井检查一次，不正常井要加密检查。

(2) 上井必须带上常用工具，发现问题及时处理，解决不了的问题向小队、矿或主管技术部门汇报。

(3)螺杆泵井巡回检查要求：先听，先看井口及减速箱，电控设备有无异常，按下表内

容检查。

2射流泵（原理图）

当高压动力液从油管注人并流过喷嘴时，其压能几乎全部变成了动能，从而在喉管区周围形成低压区；由于压差的作用，井液进入混合室，与动力液混合在一起后进入扩散管；扩散管将混合液的部分动能再转换为大于油、套管环形空间静液柱所产生的静压力的压能，进

而将井液与乏动力液的混合液举升到地面。

图4-17 井下射流泵工作示意