6 机抽井泵型及杆柱设计优化
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螺杆泵井杆柱组合设计研究
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以前 的螺杆 泵 杆 柱 设 计 主 要 依 靠 经验 ， 设 计 且 多为单 级 杆柱 ， 成钢 材 浪费 、杆 柱受 力不 好 等 造 问题 。为 了改善 这 种 情 况 ， 出 了把 抽 油 杆 柱 设 计 提
螺 杆 泵 井 杆 柱 组 合 设 计 研 究
赵 仁 宝 于 鹏 ， 井 波。 ， 周
（． 庆 石 油 学 院 提 高 油 气 采 收 率 教 育 部 重 点 实 验 室 ， １大 黑龙 江 大 庆 １ ３ １ ； ６ ３ ８ ２ 大 庆 油 田 第 四采 油 厂 ， 龙 江 大 庆 １３ １ ） ． 黑 ６ ３ ８
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井下作业典型管柱图
长庆油田公司
排液管柱图
射孔段
喇叭口 射孔段
RD阀 封隔器
射孔段
筛管 球座
封隔器
套压凡尔 上封隔器
射孔段2 下封隔器
射孔段1
筛管 球座 上封隔器
下封隔器
长庆油田公司
定位短节 点火头
射孔枪
定位短节 RD阀 封隔器 开孔装置 点火头
射孔枪
长庆油田公司
长庆油田公司
长庆油田公司
油管柱 侧通凡尔 单根油管 锁扣密封节
循环进口 进口 循环出口
旁通
长庆油田公司
出口闸门
远传温度计口 加热电源接线
接地线
快开闸门
收 球 压力表 筒 外 观 进口闸门 示 意 图
基础
长庆油田公司
柱塞泵结构图
油层I
喷砂器（Ø42mm）
K344-114封隔器
油层II
滑套式喷砂器
K344-114封隔器 油层III
油管 水力猫 套管
K344-114封隔器
丝堵
长庆油田公司
固定配水管柱图 活动式配水管柱图
注水层 注水层
注水层
节流器 测试球座
封隔器 节流器 测试球座 封隔器 节流器 球座
注水层 注水层 注水层
空心活动配水器
图 深井分压两层裂管柱
工作筒
SCO551水力 锚
DGO451喷砂 器
DG576-2封隔 器
DGO552水力防掉卡 瓦
单流凡尔
待压层
压裂层
防顶卡瓦
745-6护罩凡尔 压裂封隔器 水力卡瓦
单流凡尔
长庆油田 （1）下管柱
（2） 射孔
（3）循环洗井
投产
长庆油田
新型碳纤维连续柔性抽油杆技术的应用
姗
…
…
＿
新 型碳 纤 维 连 续 柔 性 抽 油 杆 技 术 的应 用
宋成 清 （ 大庆油田有限责任公司第七采油厂）
摘 要 通 过抽 油机 更换 新 型碳 纤 维连 续 柔性 抽 油杆 ，在 系统 效率 较 低 井上 试验 ２口井 ，平
均有 功 功 率 降低 ４ ４ ％ ，在 高产 液 需换 机 换 泵 井上 应 用 ，试验 后 悬 点 最 大载 荷较 使 用钢 制抽 油杆 降低 了 ２ ４ ％ ，实现 了 ６ 型 机 带动 中７ ０ ｍ ｍ 抽 油泵。经现场试验验证 ，新型碳纤维抽油杆具有质轻 、耐
余 强度仅为 ３ ０ ％ ～４ ０ ％） 。 室 内模 拟 井 况 进 行 磨 损 蒸汽 热 洗 时井 内温 度较 高 的现状 ，优 选 温变 小 的航 试 验 ，磨 损 １ １ ０ ０ 万 次 ，连续 抽 油 杆 外 壁 稍 有 磨 损 空金 属 材料 作为 专 用金 属接 头 的材质 ，并设 计 锥形
１ 主要 研 究 内容
１ ． １ 杆 体 材 质 及 加 工 工 艺 研 究
优选含碳 量 ９ ９ ％以 上 的碳 纤 维 作 为 杆 主 体 材 料 。碳纤 维 是一 种 三维 碳 化合 物 ，由聚丙 烯 腈等 有
机 纤 维 在 保 持 纤 维 状 态下 ，经 固相 反 应 转 化 而成 。
规 钢 制抽 油 杆 ，该 井 理论 载 荷 将 达到 ７ ０ ． ５ ９ ｋ Ｎ，需
换 大 抽 油机 后换 泵 。试验 使 用 中１ ９ ｍｍ柔 性 抽 油 杆 ８ ０ ０ Ｉ Ｔ Ｉ ，下 部 连 接 ２ ２ ｍ ｍ钢 制 抽 油 杆 ３ ８ ３ ｍ， 试 验
表 １ 碳纤维连续抽油杆和 Ｄ 级 抽 油 杆 的 技 术 参 数
…
…
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新 型碳 纤 维 连 续 柔 性 抽 油 杆 技 术 的应 用
宋成 清 （ 大庆油田有限责任公司第七采油厂）
摘 要 通 过抽 油机 更换 新 型碳 纤 维连 续 柔性 抽 油杆 ，在 系统 效率 较 低 井上 试验 ２口井 ，平
均有 功 功 率 降低 ４ ４ ％ ，在 高产 液 需换 机 换 泵 井上 应 用 ，试验 后 悬 点 最 大载 荷较 使 用钢 制抽 油杆 降低 了 ２ ４ ％ ，实现 了 ６ 型 机 带动 中７ ０ ｍ ｍ 抽 油泵。经现场试验验证 ，新型碳纤维抽油杆具有质轻 、耐
余 强度仅为 ３ ０ ％ ～４ ０ ％） 。 室 内模 拟 井 况 进 行 磨 损 蒸汽 热 洗 时井 内温 度较 高 的现状 ，优 选 温变 小 的航 试 验 ，磨 损 １ １ ０ ０ 万 次 ，连续 抽 油 杆 外 壁 稍 有 磨 损 空金 属 材料 作为 专 用金 属接 头 的材质 ，并设 计 锥形
１ 主要 研 究 内容
１ ． １ 杆 体 材 质 及 加 工 工 艺 研 究
优选含碳 量 ９ ９ ％以 上 的碳 纤 维 作 为 杆 主 体 材 料 。碳纤 维 是一 种 三维 碳 化合 物 ，由聚丙 烯 腈等 有
机 纤 维 在 保 持 纤 维 状 态下 ，经 固相 反 应 转 化 而成 。
规 钢 制抽 油 杆 ，该 井 理论 载 荷 将 达到 ７ ０ ． ５ ９ ｋ Ｎ，需
换 大 抽 油机 后换 泵 。试验 使 用 中１ ９ ｍｍ柔 性 抽 油 杆 ８ ０ ０ Ｉ Ｔ Ｉ ，下 部 连 接 ２ ２ ｍ ｍ钢 制 抽 油 杆 ３ ８ ３ ｍ， 试 验
表 １ 碳纤维连续抽油杆和 Ｄ 级 抽 油 杆 的 技 术 参 数
有杆抽油系统优化设计
的效率 和较 长 的检泵 周期 。
２ １ 组 合杆 柱设 计模 型校 核 、
车、 抽油机平衡状态变差等问题 ， 导致系统效率低。
ｌ 优 化 设 计 目标
优 化 目标 函数 必须 在满 足 产量 和安 全生 产 的前
提 下 ， 分考 虑 系统 的有 效 性 。综 合 井 下 效 率 和 衡 充 量 地面 系统合 理性 的指 标 （ 杆 载 荷 、 大扭 矩 、 光 最 光
度， 合理设计组合杆柱 ， 预测动 态参数 ， 利用预测示 功 图进行抽 油机 平衡调 节。新疆 采油 一厂应 用实例表 明 ： 采用
有 杆 抽 油 系统 优 化 设 计 后 系统 效 率提 高 了 １ ． 百 分 点 ， ４ ７个 降低 了综合 成 本 ， 得 明 显 的 经 济 效 益 。 获
设 计 组合 杆 柱 使得 杆 柱 最 轻或 检 泵 周期 最 长 ， 略 忽
了有 杆抽油 的系统 特性 。有杆 抽油 系统 由产层 供 给 、
２ 模 型 校 核
模 型优 是 指应 用大 多数 井 据进 行模 型验证 误 井筒举 升和地 面抽 油机三个 子系统组 成 ， 使有 杆抽 要 油系统保持节能 高效地生产 ， 必须使 三个 子系统 相互 『 办调工作 。有杆 泵抽油过 程 中地层 压力 下降 ， 水率 含 上升 ， 生产气油 比降低 ， 三 子 系统 之 间协 调关 系被 使 破坏 ， 出现泵排 量 与地层 供 液 能力不 匹 配 、 马拉 小 大
摘要 ： 对有杆抽 油设 计过程 中易忽略其 系统性 而导致 系统效 率低 的实际情 况 ， 于 系统 协调 工作 原理提 出 针 基 以经济指数最小为 目标的有杆抽 油系统优化设计 方法。在确定所选模型对单 井计 算所产 生的误差 限的基础上 ， 从
２ １ 组 合杆 柱设 计模 型校 核 、
车、 抽油机平衡状态变差等问题 ， 导致系统效率低。
ｌ 优 化 设 计 目标
优 化 目标 函数 必须 在满 足 产量 和安 全生 产 的前
提 下 ， 分考 虑 系统 的有 效 性 。综 合 井 下 效 率 和 衡 充 量 地面 系统合 理性 的指 标 （ 杆 载 荷 、 大扭 矩 、 光 最 光
度， 合理设计组合杆柱 ， 预测动 态参数 ， 利用预测示 功 图进行抽 油机 平衡调 节。新疆 采油 一厂应 用实例表 明 ： 采用
有 杆 抽 油 系统 优 化 设 计 后 系统 效 率提 高 了 １ ． 百 分 点 ， ４ ７个 降低 了综合 成 本 ， 得 明 显 的 经 济 效 益 。 获
设 计 组合 杆 柱 使得 杆 柱 最 轻或 检 泵 周期 最 长 ， 略 忽
了有 杆抽油 的系统 特性 。有杆 抽油 系统 由产层 供 给 、
２ 模 型 校 核
模 型优 是 指应 用大 多数 井 据进 行模 型验证 误 井筒举 升和地 面抽 油机三个 子系统组 成 ， 使有 杆抽 要 油系统保持节能 高效地生产 ， 必须使 三个 子系统 相互 『 办调工作 。有杆 泵抽油过 程 中地层 压力 下降 ， 水率 含 上升 ， 生产气油 比降低 ， 三 子 系统 之 间协 调关 系被 使 破坏 ， 出现泵排 量 与地层 供 液 能力不 匹 配 、 马拉 小 大
摘要 ： 对有杆抽 油设 计过程 中易忽略其 系统性 而导致 系统效 率低 的实际情 况 ， 于 系统 协调 工作 原理提 出 针 基 以经济指数最小为 目标的有杆抽 油系统优化设计 方法。在确定所选模型对单 井计 算所产 生的误差 限的基础上 ， 从
常规有杆泵采油技术资料
1—旋转驴头；2—手摇绞车； 3—悬绳器及光杆4—侧翻驴头
用的操作台5—支架； 6—底座；7—直梯；8—曲柄
及平衡装置；9—减速器； 10—电动机及带传动装置 11—刹车装置；12—副平衡块 ；13—连杆；14—中心轴承 ；15—游梁；16—前连杆
绳索滑轮式长冲程抽油机 它是一种以提高冲程为主要特点的游梁式抽油机。
常规有杆泵采油技术
有杆泵抽油是国内外最常见的人工举升方式
委内瑞拉：70%的油井是有杆泵抽油。 美国：85%的油井是有杆泵抽油。 俄罗斯： 55%以上油井是有杆泵抽油。 中国：80%以上油井采用有杆泵，其产油量占总产油量的 75%，有杆泵在我国石油开采中占有重要的地位。
本专题主要讲常规有杆泵采油技术
提纲
一、抽油装置 二、游梁式抽油机的受力分析 三、泵效计算 四、抽油杆强度计算抽油杆 备 组 抽油泵 成
其它附件
(一)抽油机
有杆深井泵采油的主要地面设备，它将电能转化为机械 能，包括游梁式抽油机和无游梁式抽油机两种。
(一)抽油机
1、游梁式抽油机
工作原理：皮带减速箱将电动机的 高速旋转运动变为曲柄轴的低速旋 转运动，再由四连杆机构变为悬绳 器的上下往复运动，带动井下抽油 杆柱和抽油泵工作，实现抽汲目的。
光杆最大冲程，m
悬点最大载荷，120KN CYJ-常规型
游梁式抽油机系列代号 CYJQ-前置型 CYJY-异相型
2、无游梁式抽油机
游梁式抽油机的最大特点是可靠性好，但是其冲程长度受限，原 因有两个方面：
1) 游梁式抽油机增大冲程是通过增大曲柄旋转半径来实现的。增 大抽油机冲程就需要增大抽油机的几何尺寸和重量，生产成本上升， 经济效益降低。
2)游梁式抽油机四连杆机构决定了悬点运动规律的不均匀性。 增大冲程时，系统运行的稳定性更差，因而限制游梁式抽油机的冲程 长度。
用的操作台5—支架； 6—底座；7—直梯；8—曲柄
及平衡装置；9—减速器； 10—电动机及带传动装置 11—刹车装置；12—副平衡块 ；13—连杆；14—中心轴承 ；15—游梁；16—前连杆
绳索滑轮式长冲程抽油机 它是一种以提高冲程为主要特点的游梁式抽油机。
常规有杆泵采油技术
有杆泵抽油是国内外最常见的人工举升方式
委内瑞拉：70%的油井是有杆泵抽油。 美国：85%的油井是有杆泵抽油。 俄罗斯： 55%以上油井是有杆泵抽油。 中国：80%以上油井采用有杆泵，其产油量占总产油量的 75%，有杆泵在我国石油开采中占有重要的地位。
本专题主要讲常规有杆泵采油技术
提纲
一、抽油装置 二、游梁式抽油机的受力分析 三、泵效计算 四、抽油杆强度计算抽油杆 备 组 抽油泵 成
其它附件
(一)抽油机
有杆深井泵采油的主要地面设备，它将电能转化为机械 能，包括游梁式抽油机和无游梁式抽油机两种。
(一)抽油机
1、游梁式抽油机
工作原理：皮带减速箱将电动机的 高速旋转运动变为曲柄轴的低速旋 转运动，再由四连杆机构变为悬绳 器的上下往复运动，带动井下抽油 杆柱和抽油泵工作，实现抽汲目的。
光杆最大冲程，m
悬点最大载荷，120KN CYJ-常规型
游梁式抽油机系列代号 CYJQ-前置型 CYJY-异相型
2、无游梁式抽油机
游梁式抽油机的最大特点是可靠性好，但是其冲程长度受限，原 因有两个方面：
1) 游梁式抽油机增大冲程是通过增大曲柄旋转半径来实现的。增 大抽油机冲程就需要增大抽油机的几何尺寸和重量，生产成本上升， 经济效益降低。
2)游梁式抽油机四连杆机构决定了悬点运动规律的不均匀性。 增大冲程时，系统运行的稳定性更差，因而限制游梁式抽油机的冲程 长度。
定向井抽油杆柱优化设计研究
油杆 强 度不 够 。
为 了降低 油 田开发 投 资 ， 在外 围油 田开发 的 过程 中， 我们 采用 了 以定 向井 为主 的一 直 多斜 开发 建 设方 式 ， 向井 的 比例 将 越 来越 高 ， 向井 中存 在 的 管杆 定 定 偏磨、 检泵 周 期 短 、 耗高 等 问题 将 越 来 越 突 出 。 因 能 此， 我们 从 定 向 井抽 油 杆柱 受 力 分 析 人 手 ， 进行 抽 油
盯 定
扶正 器 ， 主要是 根据 连续 测斜 数 据 表 ， 造 斜段 、 斜 在 降
段 以及井 斜角 、 方位 角 变化 较 大井 段相 应 位置 除每 根
且 盯 Ｐ ，定
．
抽 油杆 的最 大许 用应 力为 ：
杆加 一个 接 箍扶 正器 外 ， 每根杆 杆 体上 再均 匀安 装 ２ 个对 卡式 限位 扶正 器 ； 在稳 斜 段每 根杆 上 安装 一个 扶
杆的长度 。 在 扶正 器应用 方面 ， 造斜 点 以上 ５ ｍ 开始应 用 从 ０
［ 直 ］Ｄ ５ ｎ ６５ ｉ １ ＝ ． Ｄ ２ 盯ｌ ３ ＂ ２ ． ５ ｔ
－５０２ ． ０ ．５ ． ５争Ｆ ２ ６ ｍ
强度 校 核 ： ≤ 直 盯直 在 相 同 条 件 下定 向井 的最 大 、最 小 载 荷将 达 到 １ Ｐ 和 ０８ ， ．一 ２ ．Ｐ 则抽 油杆 的最 大 、 最小 工作 应力 为 ：
３ 定 向 井抽 油杆 柱 力学 分 析
３１定 向 井抽 油 杆 柱 力 学模 型描 述 ．
定 向井 中带有 扶正 器 的抽 油杆 柱 ， 以简化 为有 可 初 弯 曲的纵横 梁 ，每一 个 扶正 器相 当 于一球 铰 支 ， 相 邻 的扶正 器 与中 间的杆 柱 段组 成一 个简 支梁 ， 各个 简
为 了降低 油 田开发 投 资 ， 在外 围油 田开发 的 过程 中， 我们 采用 了 以定 向井 为主 的一 直 多斜 开发 建 设方 式 ， 向井 的 比例 将 越 来越 高 ， 向井 中存 在 的 管杆 定 定 偏磨、 检泵 周 期 短 、 耗高 等 问题 将 越 来 越 突 出 。 因 能 此， 我们 从 定 向 井抽 油 杆柱 受 力 分 析 人 手 ， 进行 抽 油
盯 定
扶正 器 ， 主要是 根据 连续 测斜 数 据 表 ， 造 斜段 、 斜 在 降
段 以及井 斜角 、 方位 角 变化 较 大井 段相 应 位置 除每 根
且 盯 Ｐ ，定
．
抽 油杆 的最 大许 用应 力为 ：
杆加 一个 接 箍扶 正器 外 ， 每根杆 杆 体上 再均 匀安 装 ２ 个对 卡式 限位 扶正 器 ； 在稳 斜 段每 根杆 上 安装 一个 扶
杆的长度 。 在 扶正 器应用 方面 ， 造斜 点 以上 ５ ｍ 开始应 用 从 ０
［ 直 ］Ｄ ５ ｎ ６５ ｉ １ ＝ ． Ｄ ２ 盯ｌ ３ ＂ ２ ． ５ ｔ
－５０２ ． ０ ．５ ． ５争Ｆ ２ ６ ｍ
强度 校 核 ： ≤ 直 盯直 在 相 同 条 件 下定 向井 的最 大 、最 小 载 荷将 达 到 １ Ｐ 和 ０８ ， ．一 ２ ．Ｐ 则抽 油杆 的最 大 、 最小 工作 应力 为 ：
３ 定 向 井抽 油杆 柱 力学 分 析
３１定 向 井抽 油 杆 柱 力 学模 型描 述 ．
定 向井 中带有 扶正 器 的抽 油杆 柱 ， 以简化 为有 可 初 弯 曲的纵横 梁 ，每一 个 扶正 器相 当 于一球 铰 支 ， 相 邻 的扶正 器 与中 间的杆 柱 段组 成一 个简 支梁 ， 各个 简
玻璃钢_钢混合抽油杆柱优化设计与节能评价_彭元东
石 油 地 质 与 工 程 ０ １ ４ 年 ５ 月 Ｐ ８卷 第３期 Ｅ Ｔ Ｒ Ｏ Ｌ Ｅ ＵＭ Ｇ Ｅ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ Ａ Ｎ Ｄ Ｅ Ｎ Ｇ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ ３－８ ２ １ ７ ２ ０ １ ４ ０ ３－０ １ ４ ２－０ ３ １
２ 实例计算与分析
； 油井 基 本 资 料 ： 套压为０ 油 压 为 ０． ２ ａ ＭＰ
收稿日期 ： ０ １ ３－０ ２－０ １ ２ 作者简介 ： 彭元东 ， 硕士 ， 高级工程师 ， ９ ６ ７ 年生 ， ９ ９ １ 年毕业于 １ １ 石油大学 （ 华东 ） 采油工程专业 ， 现主要从事油田开发技术研究 及管理工作 。
２ ２
） — — — 悬点载荷 ， — — 抽 油杆柱 在 井 式中 ： Ｐ（ ｔ Ｗｒ— Ｎ； — —钢 的 弹 性 模 量， 筒液 体 中 的 重 量 ， Ｅ— ０ ６× Ｎ； ２．
１ ２ １ 。 ； — — 抽油杆截面积 ， Ｐ Ａ— １ ０ ａ ｍ
） ） 根据悬点载 荷 Ｐ（ 与 悬 点 位 移 ＵＯ （ 即可得 ｔ ｔ 到地面功图 。 地面功图和电机输入功率 ， 可计算 根据泵功图 、 该抽油机井的井下举升效率 、 地面效率和系统效率 。
由表 ２ 可知 ， 当玻 璃 钢 杆 长 度 大 于 ４ ０ ０ ｍ 小于 即玻璃钢杆的 比 例 在 ２ ０ ０ ｍ， ０％ ～６ ０％ 之 间 时 ， １ ２ 泵效将大于 １； 随着玻璃钢杆长度增加 （ 在混合杆柱 ， 悬 点 的 最 大 载 荷、 最小载荷不断 中所占比例增加 ） 降低 ； 油井 举 升 效 率 变 化 不 大 ， 但地面效率不断增 大。 ２ 玻璃钢 － 钢混合杆柱与实心钢抽油杆杆柱 ２． 的对比分析 当玻 璃 钢 杆 长 度 在 １ ０ ０～１ ２ ０ ０ ｍ ０ 综上所述 ， 之间时 ， 混合杆柱既 有 较 高 的 系 统 效 率 又 会 有 超 冲 程现象 产 生 ， 因此取玻璃钢杆长度为１ ０ ０ ｍ 时的 １ 混合杆柱与实心钢抽油杆柱进行系统参数的对比分 析 。 取实心钢抽油杆 为 二 级 杆 ， 杆柱组合为２ ５ ｍｍ 抽 油 杆 类 型 为 Ｄ 级 杆， ×５ ６ ０ ｍ， ２ ２ ｍｍ×１ ４ ４ ０ ｍ； 对比结果如表 ３， 表 ４ 所示 。 玻璃钢－钢混合杆柱在生产过程 由表 ３ 可知 ， 中可产生超冲程现 象 ， 这是由于玻璃钢－钢混合杆 柱的固有频率比钢 的 抽 油 杆 固 有 频 率 要 低 ， 冲数越
２ 实例计算与分析
； 油井 基 本 资 料 ： 套压为０ 油 压 为 ０． ２ ａ ＭＰ
收稿日期 ： ０ １ ３－０ ２－０ １ ２ 作者简介 ： 彭元东 ， 硕士 ， 高级工程师 ， ９ ６ ７ 年生 ， ９ ９ １ 年毕业于 １ １ 石油大学 （ 华东 ） 采油工程专业 ， 现主要从事油田开发技术研究 及管理工作 。
２ ２
） — — — 悬点载荷 ， — — 抽 油杆柱 在 井 式中 ： Ｐ（ ｔ Ｗｒ— Ｎ； — —钢 的 弹 性 模 量， 筒液 体 中 的 重 量 ， Ｅ— ０ ６× Ｎ； ２．
１ ２ １ 。 ； — — 抽油杆截面积 ， Ｐ Ａ— １ ０ ａ ｍ
） ） 根据悬点载 荷 Ｐ（ 与 悬 点 位 移 ＵＯ （ 即可得 ｔ ｔ 到地面功图 。 地面功图和电机输入功率 ， 可计算 根据泵功图 、 该抽油机井的井下举升效率 、 地面效率和系统效率 。
由表 ２ 可知 ， 当玻 璃 钢 杆 长 度 大 于 ４ ０ ０ ｍ 小于 即玻璃钢杆的 比 例 在 ２ ０ ０ ｍ， ０％ ～６ ０％ 之 间 时 ， １ ２ 泵效将大于 １； 随着玻璃钢杆长度增加 （ 在混合杆柱 ， 悬 点 的 最 大 载 荷、 最小载荷不断 中所占比例增加 ） 降低 ； 油井 举 升 效 率 变 化 不 大 ， 但地面效率不断增 大。 ２ 玻璃钢 － 钢混合杆柱与实心钢抽油杆杆柱 ２． 的对比分析 当玻 璃 钢 杆 长 度 在 １ ０ ０～１ ２ ０ ０ ｍ ０ 综上所述 ， 之间时 ， 混合杆柱既 有 较 高 的 系 统 效 率 又 会 有 超 冲 程现象 产 生 ， 因此取玻璃钢杆长度为１ ０ ０ ｍ 时的 １ 混合杆柱与实心钢抽油杆柱进行系统参数的对比分 析 。 取实心钢抽油杆 为 二 级 杆 ， 杆柱组合为２ ５ ｍｍ 抽 油 杆 类 型 为 Ｄ 级 杆， ×５ ６ ０ ｍ， ２ ２ ｍｍ×１ ４ ４ ０ ｍ； 对比结果如表 ３， 表 ４ 所示 。 玻璃钢－钢混合杆柱在生产过程 由表 ３ 可知 ， 中可产生超冲程现 象 ， 这是由于玻璃钢－钢混合杆 柱的固有频率比钢 的 抽 油 杆 固 有 频 率 要 低 ， 冲数越
抽油泵及抽油杆
抽油泵附件——气锚
（1）利用滑脱效应的回转式气锚
1-排气阀；
2-排气孔；
3-气帽；
4-进液孔；
5-外壳； 6-吸入管
1-套管；2-油管；3-柱塞；4-泵 筒；5-支撑接头；6-油管进口接 缝；7-隔板；8-砂锚；9-生产层
1-二级气锚外壳；2-二级吸入管；3-一级气锚外壳； 4-一级吸入管；5-分离高度
胜采培校
分类——按结构和原理分类
组合式泵筒泵
管式泵 整体泵筒泵 厚壁泵筒泵
薄壁泵筒泵
抽油泵 定筒式泵 杆式泵 动筒式泵 厚壁泵筒
薄壁泵筒 组合泵筒 厚壁泵筒
薄壁泵筒 组合泵筒
分类——按用途分类
常规泵 抽油泵 防砂泵 防气泵 防腐耐磨泵 抽稠泵 特种泵 串联泵 分输混出泵 双作用和三作用泵 油气分采泵
特种抽油泵----动筒式防砂卡泵
1、结构：如左图所示，由出油凡尔、进油凡尔、 柱塞、泵筒、沉砂管、沉砂尾管组成。 2、特点：柱塞固定，泵筒做抽汲运动。
3、工作原理： 抽油杆带动泵筒上行时，泵筒与柱塞形成 的封闭腔室的容积增大，压力减小，原油在 沉没压力作用下，通过双通接头的进油孔打 开进油凡尔进入其封闭腔。下冲程时进油凡 尔打开，原油排出泵筒进入油管。由于泵筒 运动，泵筒和柱塞腔室中的油液始终处于挠 动状态，砂子不易在泵筒中沉积卡泵。油液 排出泵筒后，大部分砂粒被带到地面，一部 分携带不到地面的砂粒，由于出油凡尔的关 闭，不能再回落到泵筒内。因地面设备原因 或停电等造成停抽时，泵上油管中的砂子则 通过沉砂管和泵筒之间的环形沉砂通道下沉 到泵下的沉砂尾管中，从而有效地防止砂卡 抽油泵。
①锚定力必须大于向上和向下的各种载荷。 ②油管锚锚定后，管柱必须始终保持不发生弯曲现象。油管 锚定后，必须施加足够的预应力。（可上提油管来实现） ③油管锚还应具有保证油管断脱后不落井底的功能。
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3、存在问题
目前油田稠油有杆泵井杆柱在井筒中受拉应力状态及交变应力状态远远超过预计，这必 将会大大降低抽油杆的使用寿命，导致抽油杆频繁断脱，降低油井检泵周期。
2012年机抽井杆柱断脱28井次，占总检泵井次44.4%，其中杆断裂12井次，脱扣16井次。
悬绳器毛辫子扭转使抽油杆中上部脱扣。
抽油杆 脱扣
油稠、泵间隙小 （2.5级）阻力大
前
言
目前采油某厂有杆泵井主要以液压反馈式抽稠泵为主，经过多年 的实践运用，随着原油粘度的逐渐增大，出现滞后率高、排量小、频 繁断脱、深抽能力受限等问题。工艺设计是机械举升工艺管理的第一 步，对机抽井后期生产至关重要，合理的选型、杆柱设计，结合精细 日常管理，才能保证机抽井合理、稳定生产；因此，优化设计是一项
一、泵型及杆柱设计原则
1、机抽井概况 管式泵
有杆泵
应用于非掺稀或掺稀比极小的油井中，主要在6、7区的稀油井； 目前在用的管式泵有32、38、44、56四种，排量范围17-89m3/d。
抽稠泵
应用于各区块稠油掺稀井； 目前在用的有56/38、70/44、70/32、83/44四类液压反馈式抽稠
二、前期选泵及杆柱设计方法
3、存在问题
为什么沉没度还高， 就出现载荷高、电流 高，油井不出液~· · · ·
用修正古德曼图方法进行受力评价，得出在经验3:4:3三级杆柱结构下的最大抽深：
各类型泵最大抽深与实际下深对比表
泵型 56/38 70/44 70/32
修正古德曼图方法 1"：7/8"：3/4" 30:40:30 30:40:30 30:40:30 最大抽深(m) 2580 1540 1330
机 杆 泵 设 计
主要采用 1″、7/8″及3/4″三级组合和1″ 与7/8″两级杆柱组合。
遵循“大泵大机型、小泵小机型”的原则。 根据原油物性特征和随着开发形势所产生开采、 生产难题选择相应配套工艺。
选择抽油机
配套工艺
汇 报 提 纲
第一部分 泵型及杆柱设计原则
第二部分 前期选泵及杆柱设计方法 第三部分 泵型及杆柱设计优化 第四部分 存在问题及下步工作
进油和下行困难
管式泵
改进为大、小柱塞结 构、油管液压助下行
反馈式 抽稠泵
机杆泵改进
长冲程反馈 式 抽稠泵
随着油田开发深入，原油物性变稠、能量下降供液不足、含水上升，我厂机抽井井数
逐步上升，对机抽井泵型及杆柱设计要求也逐步升高；2013年1-3月由自喷、电泵井转机 抽共计33井次，平均每月转机抽11井次。
泵 型 泵常数 抽稠泵 CYB-56/38 CYB-57/38 CYB-70/44 大排量泵 CYB-70/32 CYB-83/44 1.9 2.1 3.4 泵常数 4.37 5.6 5*3 28.7 30.8 50.3 8*1.6 55.9 71.7
理论排量(方/天) 5*4 38.0 42.0 68.0 8*2.8 97.9 125.4 5*5 47.8 51.3 83.8 8*4 139.8 179.2
前期杆柱 设计方法 存在问题
2）杆柱组合设计比例3:4:3是稀油井管式泵杆柱设计的经验方法，缺乏针对稠油井皮带机-特种泵杆柱组 合设计方法； 3）下泵深度远远超过抽油杆抗拉强度，随着动液面逐渐下降，载荷逐步上升，杆柱拉伸，导致冲程损失 大、泵效低，超出杆柱抗拉强度，杆柱断脱问题将越来越突出。
二、前期选泵及杆柱设计方法
机抽井工艺指标概况表
井别 机抽井 全厂油水井 井数（口） 267（48%） 554 开井（口） 平均单井日油（t） 平均泵挂(m) 平均泵效(%) 占总产比例(%) 检泵周期（d） 186（45%) 415 12.04 25.49 2574 2706 70.8 77.8 22.5% 100% 526 505
二、前期选泵及杆柱设计方法
1、泵型及泵挂确定方法
泵型、泵挂及地面配套机型组合参考表
供液 （地产） ＞30t/d
掺稀比
泵型
抽油机
泵挂 2600
15-30t/d ＜15t
2.5-3.0 1.0-2.5 ＜1.5 2.5-3.0 1.5-2.5 ＜1.5 2.5-3.0 ＜2.5 不掺稀
＞50t/d 30-50t/d 15-30t/d ＜15t
2、前期杆柱受力分析
泵上杆柱存在拉、压交变载荷，使用系数设置为0.8，常规设计思路有2种： 载荷 最轻 等强 度
先预设1″杆比例为最低值，然后逐渐增大3/4″杆比例，直至其“应力范围比”最接近且低 于100%；然后调整1″杆比例，使7/8″杆应力范围比更大； 调整杆比例，使各级杆“应力范围比”接近即可，深抽设计时往往导致最大载荷超出抽油机 额定负荷。
44mm 小柱塞
常规70/44抽稠泵 对比项目 泵排量系数 进油方式 冲程范围 冲次范围 泵间隙 地面配套 最大排量
32mm 小柱塞
改进后70/32大排量抽稠泵 70/32短冲程 4.37 侧向进油（进油通道0.2m） 4.2、4.8、5.5 3、4、5 5 16型 120 70/32长冲程 4.37 侧向进油（进油通道0.2m） 1.8-8m任意调整 1-4次任意调整 5、8 长冲程抽油机 139
助抽 器
混配 器
确定泵型、泵挂及地面配套抽油机后，根据原油物性特征和随着开发形势所出 现的生产或机械举升等难题选择相应配套工艺。
二、前期选泵及杆柱设计方法
2、前期杆柱受力分析 油田缺乏专用的稠油有杆泵井杆柱设计软件。由于油稠、泵挂深，故我厂全采 用H级高强度抽油杆，杆柱设计主要为 1″、7/8″及3/4″三级组合或1″及7/8″ 两级杆柱组合，杆柱比例（3:4:3）参考《采油技术手册》推荐的H级抽油杆组合方
我厂稠油井混合液粘度高，前期杆柱 受力计算未考虑稠油粘滞阻力及沉没压力， 以70/44抽稠泵为例：
上冲程：载荷决定于70mm泵径，与70mm管式泵类似（液柱 载荷+杆柱载荷+惯性载荷）； 下冲程：决定于44mm泵径，即下冲程载荷包括液柱中杆重、 惯性载荷和液柱载荷。
结论： 我厂抽稠泵井全为掺稀井，力学分析与管式泵存在差异，前期开发的小软件只适合不掺稀油井管式泵， 未考虑对稠油井有较大影响的摩擦载荷及高沉没度产生的沉没压力；因此，直接挪用于我厂稠油有杆泵井杆柱 设计中并不合适。
构具有抗乳化、砂卡的特点；目前采油某厂在用2井次
(T606CX、某625) ，应用效果较好。
螺杆泵主要参数及配套工具
1.电机 2.螺杆泵 3.泵挂深度 4.抽油杆 机型：YBVP200L-4 泵型：375DT40 1600米 功率：30KW 电源：交流380V，50HZ
转子扶正筒 套管 转子 定子
定子上部连接扣型：4″NUE 定子下部连接扣型：3-1/2″EUE 转子连接扣型：1-9/16抽 油杆扣 配电：专用螺杆泵 变频控制柜
持之以恒、不断钻研的工作。
汇 报 提 纲
第一部分 泵型及杆柱设计原则
第二部分 前期选泵及杆柱设计方法 第三部分 泵型及杆柱设计优化 第四部分 存在问题及下步工作
一、泵型及杆柱设计原则
1、机抽井概况 面临“两超、五高”的复杂油藏，超稠油油藏的开采力度加大，我厂机抽 井形成了以液压反馈式抽稠泵为主的稠油有杆泵举升工艺。
尾管
级别：H级外径28mm插接式抽油杆 泵下2-7/8″EUE 油管
油管锚
5.油管
泵上3-1/2″EUE油管
一、泵型及杆柱设计原则
2、设计原则 总原则：在现有受力分析及评价的基础上，结合各区块油井供液能力及原油物
性合理确定机杆泵组合，满足油藏开发要求，确保油井稳定生产。
机抽井方案设计主要包括：确定泵型泵挂、杆柱组合设计、确定抽油机型号、 选择相应配套工艺。 确定泵型、泵挂 杆柱组合设计 根据原油物性、供液能力、注采比、稀稠比等。
有杆泵排量参考表
泵 型 泵常数 管式泵 CYB-38 CYB-44 CYB-56 CYB-57 CYB-70 CYB-83 1.63 2.19 3.54 3.67 5.54 7.79 5*3 24.5 32.9 53.1 55.1 83.1 116.9
理论排量(方/天) 5*4 32.6 43.8 70.8 73.4 110.8 155.8 5*5 40.8 54.8 88.5 91.8 138.5 194.8
式。
在受力分析上，主要考虑杆柱载荷、液柱载荷及惯性载荷来计算各级杆的受 力情况： 上冲程最大载荷计算： 下冲程最小载荷计算：
Fm
sn 2 ) = (W r + W l )(1+ ax 1790
sn 2 ) ' = (W r+ W l )(1i n 1790
该公式为稀油井载 荷计算的经验公式。
Fm
二、前期选泵及杆柱设计方法
70/32 70/32 70/32 70/32 70/44 70/44 70/44 56/38 56 44 38 32
1000型 900型 16型 16型 16型 14型 14型 14型 14型 14型 14型 14型
尾管 悬挂 减载 器 防脱 器
2600 2800
配套 工艺
2400 2800 3000 3500
目前平均泵 挂深度（m） 2802 2421 2520
由于原油粘温拐点深，且转抽初期 动液面较高，设计下泵深度未按动液面 降至泵吸入口的最安全工况考虑，而为
了原油入泵角度考虑，因此目前下泵深
度已远超出杆柱抗拉强度。
1）杆柱受力计算不完全，未考虑对稠油有杆泵井影响较大的摩擦载荷及高沉没度产生的沉没压力，必然 会导致抽油井设计与实际情况产生较大的误差；
二、前期选泵及杆柱设计方法
1、泵型及泵挂确定方法
油井原油物性及地质情况
泵型、泵挂
确定泵挂：
根据原油原始粘温数据作图找出粘温拐点； 根据油藏地温梯度找出拐点温度对应深度； 结合杆柱受 措施后效果及潜能分析 邻井对比及配套工艺 目前机杆泵库存情况
目前油田稠油有杆泵井杆柱在井筒中受拉应力状态及交变应力状态远远超过预计，这必 将会大大降低抽油杆的使用寿命，导致抽油杆频繁断脱，降低油井检泵周期。
2012年机抽井杆柱断脱28井次，占总检泵井次44.4%，其中杆断裂12井次，脱扣16井次。
悬绳器毛辫子扭转使抽油杆中上部脱扣。
抽油杆 脱扣
油稠、泵间隙小 （2.5级）阻力大
前
言
目前采油某厂有杆泵井主要以液压反馈式抽稠泵为主，经过多年 的实践运用，随着原油粘度的逐渐增大，出现滞后率高、排量小、频 繁断脱、深抽能力受限等问题。工艺设计是机械举升工艺管理的第一 步，对机抽井后期生产至关重要，合理的选型、杆柱设计，结合精细 日常管理，才能保证机抽井合理、稳定生产；因此，优化设计是一项
一、泵型及杆柱设计原则
1、机抽井概况 管式泵
有杆泵
应用于非掺稀或掺稀比极小的油井中，主要在6、7区的稀油井； 目前在用的管式泵有32、38、44、56四种，排量范围17-89m3/d。
抽稠泵
应用于各区块稠油掺稀井； 目前在用的有56/38、70/44、70/32、83/44四类液压反馈式抽稠
二、前期选泵及杆柱设计方法
3、存在问题
为什么沉没度还高， 就出现载荷高、电流 高，油井不出液~· · · ·
用修正古德曼图方法进行受力评价，得出在经验3:4:3三级杆柱结构下的最大抽深：
各类型泵最大抽深与实际下深对比表
泵型 56/38 70/44 70/32
修正古德曼图方法 1"：7/8"：3/4" 30:40:30 30:40:30 30:40:30 最大抽深(m) 2580 1540 1330
机 杆 泵 设 计
主要采用 1″、7/8″及3/4″三级组合和1″ 与7/8″两级杆柱组合。
遵循“大泵大机型、小泵小机型”的原则。 根据原油物性特征和随着开发形势所产生开采、 生产难题选择相应配套工艺。
选择抽油机
配套工艺
汇 报 提 纲
第一部分 泵型及杆柱设计原则
第二部分 前期选泵及杆柱设计方法 第三部分 泵型及杆柱设计优化 第四部分 存在问题及下步工作
进油和下行困难
管式泵
改进为大、小柱塞结 构、油管液压助下行
反馈式 抽稠泵
机杆泵改进
长冲程反馈 式 抽稠泵
随着油田开发深入，原油物性变稠、能量下降供液不足、含水上升，我厂机抽井井数
逐步上升，对机抽井泵型及杆柱设计要求也逐步升高；2013年1-3月由自喷、电泵井转机 抽共计33井次，平均每月转机抽11井次。
泵 型 泵常数 抽稠泵 CYB-56/38 CYB-57/38 CYB-70/44 大排量泵 CYB-70/32 CYB-83/44 1.9 2.1 3.4 泵常数 4.37 5.6 5*3 28.7 30.8 50.3 8*1.6 55.9 71.7
理论排量(方/天) 5*4 38.0 42.0 68.0 8*2.8 97.9 125.4 5*5 47.8 51.3 83.8 8*4 139.8 179.2
前期杆柱 设计方法 存在问题
2）杆柱组合设计比例3:4:3是稀油井管式泵杆柱设计的经验方法，缺乏针对稠油井皮带机-特种泵杆柱组 合设计方法； 3）下泵深度远远超过抽油杆抗拉强度，随着动液面逐渐下降，载荷逐步上升，杆柱拉伸，导致冲程损失 大、泵效低，超出杆柱抗拉强度，杆柱断脱问题将越来越突出。
二、前期选泵及杆柱设计方法
机抽井工艺指标概况表
井别 机抽井 全厂油水井 井数（口） 267（48%） 554 开井（口） 平均单井日油（t） 平均泵挂(m) 平均泵效(%) 占总产比例(%) 检泵周期（d） 186（45%) 415 12.04 25.49 2574 2706 70.8 77.8 22.5% 100% 526 505
二、前期选泵及杆柱设计方法
1、泵型及泵挂确定方法
泵型、泵挂及地面配套机型组合参考表
供液 （地产） ＞30t/d
掺稀比
泵型
抽油机
泵挂 2600
15-30t/d ＜15t
2.5-3.0 1.0-2.5 ＜1.5 2.5-3.0 1.5-2.5 ＜1.5 2.5-3.0 ＜2.5 不掺稀
＞50t/d 30-50t/d 15-30t/d ＜15t
2、前期杆柱受力分析
泵上杆柱存在拉、压交变载荷，使用系数设置为0.8，常规设计思路有2种： 载荷 最轻 等强 度
先预设1″杆比例为最低值，然后逐渐增大3/4″杆比例，直至其“应力范围比”最接近且低 于100%；然后调整1″杆比例，使7/8″杆应力范围比更大； 调整杆比例，使各级杆“应力范围比”接近即可，深抽设计时往往导致最大载荷超出抽油机 额定负荷。
44mm 小柱塞
常规70/44抽稠泵 对比项目 泵排量系数 进油方式 冲程范围 冲次范围 泵间隙 地面配套 最大排量
32mm 小柱塞
改进后70/32大排量抽稠泵 70/32短冲程 4.37 侧向进油（进油通道0.2m） 4.2、4.8、5.5 3、4、5 5 16型 120 70/32长冲程 4.37 侧向进油（进油通道0.2m） 1.8-8m任意调整 1-4次任意调整 5、8 长冲程抽油机 139
助抽 器
混配 器
确定泵型、泵挂及地面配套抽油机后，根据原油物性特征和随着开发形势所出 现的生产或机械举升等难题选择相应配套工艺。
二、前期选泵及杆柱设计方法
2、前期杆柱受力分析 油田缺乏专用的稠油有杆泵井杆柱设计软件。由于油稠、泵挂深，故我厂全采 用H级高强度抽油杆，杆柱设计主要为 1″、7/8″及3/4″三级组合或1″及7/8″ 两级杆柱组合，杆柱比例（3:4:3）参考《采油技术手册》推荐的H级抽油杆组合方
我厂稠油井混合液粘度高，前期杆柱 受力计算未考虑稠油粘滞阻力及沉没压力， 以70/44抽稠泵为例：
上冲程：载荷决定于70mm泵径，与70mm管式泵类似（液柱 载荷+杆柱载荷+惯性载荷）； 下冲程：决定于44mm泵径，即下冲程载荷包括液柱中杆重、 惯性载荷和液柱载荷。
结论： 我厂抽稠泵井全为掺稀井，力学分析与管式泵存在差异，前期开发的小软件只适合不掺稀油井管式泵， 未考虑对稠油井有较大影响的摩擦载荷及高沉没度产生的沉没压力；因此，直接挪用于我厂稠油有杆泵井杆柱 设计中并不合适。
构具有抗乳化、砂卡的特点；目前采油某厂在用2井次
(T606CX、某625) ，应用效果较好。
螺杆泵主要参数及配套工具
1.电机 2.螺杆泵 3.泵挂深度 4.抽油杆 机型：YBVP200L-4 泵型：375DT40 1600米 功率：30KW 电源：交流380V，50HZ
转子扶正筒 套管 转子 定子
定子上部连接扣型：4″NUE 定子下部连接扣型：3-1/2″EUE 转子连接扣型：1-9/16抽 油杆扣 配电：专用螺杆泵 变频控制柜
持之以恒、不断钻研的工作。
汇 报 提 纲
第一部分 泵型及杆柱设计原则
第二部分 前期选泵及杆柱设计方法 第三部分 泵型及杆柱设计优化 第四部分 存在问题及下步工作
一、泵型及杆柱设计原则
1、机抽井概况 面临“两超、五高”的复杂油藏，超稠油油藏的开采力度加大，我厂机抽 井形成了以液压反馈式抽稠泵为主的稠油有杆泵举升工艺。
尾管
级别：H级外径28mm插接式抽油杆 泵下2-7/8″EUE 油管
油管锚
5.油管
泵上3-1/2″EUE油管
一、泵型及杆柱设计原则
2、设计原则 总原则：在现有受力分析及评价的基础上，结合各区块油井供液能力及原油物
性合理确定机杆泵组合，满足油藏开发要求，确保油井稳定生产。
机抽井方案设计主要包括：确定泵型泵挂、杆柱组合设计、确定抽油机型号、 选择相应配套工艺。 确定泵型、泵挂 杆柱组合设计 根据原油物性、供液能力、注采比、稀稠比等。
有杆泵排量参考表
泵 型 泵常数 管式泵 CYB-38 CYB-44 CYB-56 CYB-57 CYB-70 CYB-83 1.63 2.19 3.54 3.67 5.54 7.79 5*3 24.5 32.9 53.1 55.1 83.1 116.9
理论排量(方/天) 5*4 32.6 43.8 70.8 73.4 110.8 155.8 5*5 40.8 54.8 88.5 91.8 138.5 194.8
式。
在受力分析上，主要考虑杆柱载荷、液柱载荷及惯性载荷来计算各级杆的受 力情况： 上冲程最大载荷计算： 下冲程最小载荷计算：
Fm
sn 2 ) = (W r + W l )(1+ ax 1790
sn 2 ) ' = (W r+ W l )(1i n 1790
该公式为稀油井载 荷计算的经验公式。
Fm
二、前期选泵及杆柱设计方法
70/32 70/32 70/32 70/32 70/44 70/44 70/44 56/38 56 44 38 32
1000型 900型 16型 16型 16型 14型 14型 14型 14型 14型 14型 14型
尾管 悬挂 减载 器 防脱 器
2600 2800
配套 工艺
2400 2800 3000 3500
目前平均泵 挂深度（m） 2802 2421 2520
由于原油粘温拐点深，且转抽初期 动液面较高，设计下泵深度未按动液面 降至泵吸入口的最安全工况考虑，而为
了原油入泵角度考虑，因此目前下泵深
度已远超出杆柱抗拉强度。
1）杆柱受力计算不完全，未考虑对稠油有杆泵井影响较大的摩擦载荷及高沉没度产生的沉没压力，必然 会导致抽油井设计与实际情况产生较大的误差；
二、前期选泵及杆柱设计方法
1、泵型及泵挂确定方法
油井原油物性及地质情况
泵型、泵挂
确定泵挂：
根据原油原始粘温数据作图找出粘温拐点； 根据油藏地温梯度找出拐点温度对应深度； 结合杆柱受 措施后效果及潜能分析 邻井对比及配套工艺 目前机杆泵库存情况