淺談氣液混抽泵的設計

鄧志堅

摘 要：隨著社會的快速發展，我國的各行各業均得到迅猛發展，尤其在石油行業。抽油泵是油田開發過程中的主要設備之一，往往油井中含有大量的氣體而使抽油泵發生氣鎖，導致抽油泵不能正常工作，抽油效率下降。本次設計在普通抽油泵的基礎上，在開有小孔的泵筒上增加了中空管組件來改變了泵在抽油時的油氣比，因而有效地改善了抽油泵的性能，提高了油田的原油產量，增加了油田開發的經濟效益。

關鍵詞：抽油泵；防氣鎖；氣液抽油泵；結構設計

一、緒論

（一）課題背景及目的

在石油開發過程中，油田多居于極復雜的環境，具有斷層多，油、氣、水分布復雜，油藏埋藏深、井況差、原始油氣比高等特點，由于這些特點，使得油田在開發過程中地層壓力、液面下降快，產量遞減快。隨著油田的深入開發，氣體對油井影響日益明顯，泵效較低，甚至發生氣鎖等現象；較低的泵效嚴重影響著原油生產任務的順利完成，氣體影響是抽油機井泵效低的主要原因。對于含氣油井，消除或減少氣體的影響是采油工程的主要任務之一。

因此，必須設計一種新型抽油泵，提高石油產量。這時，能夠在高油氣達到同樣效果的抽油泵--氣液抽油泵就是很好的研究方向。

二、氣液混抽泵的結構及工作原理

（一）氣液混抽泵的工作原理

柱塞上行時，井底原油經固定閥進入下部油室，由于低壓和紊流，原油中氣體膨脹，分離氣泡上升至下部油室的頂部；而上一工作過程中存留于中間油室內的原油所含的氣體處于受壓縮狀態，其氣-液比低于下部油室；當柱塞脫離泵筒到達上止點時，中、下油室連通，兩室混合液的氣-液比介于連通前兩室氣-液比之間，低于井底原油的氣-液比，因而使抽入的液體量增加。

柱塞下行時，固定閥關閉，上部油室中的氣體向上運動，柱塞繼續下行到一定位置，就有一部分液、氣體被封閉在中間油室內；當下部油室內的液體壓力等于或略大于柱塞腔內液體壓力時，游動閥開啟，下部油室中的液體通過柱塞流向上部油室；柱塞接近下止點時，上部油室與中部油室連通，中部油室液體中被壓縮的氣體逸出。直至下沖程結束，這樣便完成了一個抽汲過程。

三、氣液混抽泵的設計

（一）抽油泵總體尺寸

1、油管直徑與泵徑的匹配。管式抽油泵要與油管連接，故油管直徑必須與抽油泵的泵型相匹配。（1）同一種泵型同一種規格的抽油泵可以與一種規格或者兩種規格的油管相匹配，其目的是在空間允許的范圍下提供較大的選擇余地。（2）因為管式泵是插入式管，油管內徑必須大于桿式泵最大外徑，反映為油管尺寸代號比泵徑尺寸代號前兩位數值要大。

（二）抽油泵的主要零件的設計

1、泵筒的設計。泵筒是抽油泵的主要零件，柱塞在其內做往復運動，抽汲油液，它又是固定閥、泵筒接箍的支持件，因此加工難度較大。對泵筒的性能要求。第一、泵筒與柱塞形成一運動副，要保證柱塞運轉和往復運動靈活無阻卡，且磨損均勻；第二、保證泵筒與柱塞之間有足夠的密封能力；第三、要有足夠的強度、剛度和疲勞強度，能適應深抽需要；第四、要有較好的耐磨性；第五、要有較好的抗腐蝕能力。2、柱塞的設計。柱塞是抽油泵重要零件，它與泵筒組成一個運動副，同時它又是游動閥、柱塞上部閥罩等零部件的支持件。對柱塞的性能要求。第一、柱塞的材料、強化工藝應與泵筒構成理想的匹配。第二、要有足夠的強度、剛度；第三、要有較好的耐磨、抗腐蝕能力；第四、盡量減少液力損失。3、泵閥的設計。泵閥由閥球與閥座組成，是抽油泵重要組件和易損件。它對抽油泵的泵效與工作可靠性有很大的影響。（1）對泵閥的性能要求。第一、有良好的密封性能，以保證抽油泵在各種工況下正常工作；第二、有良好的密封穩定性，使球閥及時在異常力作用下仍能工作；第三、閥球啟閉靈活、迅速，不得有阻滯現象，更不允許卡死；第四、閥座孔面積較大，入口處阻力較??；第五、閥球開啟瞬間的過流面積較大，提高進油效能；第六、對閥座口上沉積物有較強的沖刷能力，保證工作可靠；第七、有較好的耐磨性能，較強的抗腐蝕能力和較大的密度。

4、閥罩的設計。（1）對閥罩的性能要求。第一、有良好的導向性能，減少球在球室內飄忽，提高抽油泵充滿系數；第二、有適度的流道面積，減少液力損失；第三、合理的閥球回跳高度；第四、有足夠的強度、適當的硬度與耐磨性，良好的抗腐蝕能力。（2）閥罩的材料。閥罩一般用碳鋼、合金結構鋼、不銹鋼等材料制造，組合型閥罩的芯子也有用耐磨合金制造。

熱處理用調質工藝，硬度HB229—269。

槽型球室型閉式閥罩，它是一種整體結構的閉式閥罩。選用球室內有四條圓弧狀凹直槽，形成主要的液體流道。并選用鉆與直槽相應的直孔出油孔。上游動閥罩選擇開口閥罩，下游動閥罩選擇四槽型球室的閉式閥罩，固定閥罩選擇倒壇形的閉式閥罩，材料選擇45# 鍍鎳碳素鋼，熱處理工藝使用調質，硬度為HB229 ～ 269。

5、中空管的設計。中空管也是氣液抽油泵的主要零件之一，它和泵筒共同組合成中空管組件，為抽油過程中氣體的流動開辟了空間，以實現氣液混抽的目的。它裝配在泵筒外邊，相當于外泵筒，因此需要按泵筒的要求進行設計。（1）對中空管的性能要求。保證與泵筒之間有足夠的密封能力；要有足夠的強度、剛度和疲勞強度，能適應深抽需要；要有較好的抗腐蝕能力。

參考文獻：

[1]李順平，李華斌，呂瑞典，孫三朵.防氣抽油泵防氣原理研究[J].石油礦場機械，2008，37（5）：100.

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