6机抽井泵型及杆柱设计优化课件

机抽井机抽井泵泵型及杆型及杆柱柱设计设计优优化化二二O O一一五五年四月年四月 前前 言言目前采油某厂有杆泵目前采油某厂有杆泵井主要以井主要以液压反馈式抽稠泵液压反馈式抽稠泵为主，经过多年为主，经过多年的实践运用，随着原油粘度的逐渐增大，出现的实践运用，随着原油粘度的逐渐增大，出现滞后率高滞后率高、排量小排量小、频频繁断脱繁断脱、深抽能力受限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，合理的步，对机抽井后期生产至关重要，合理的选型选型、杆柱设计杆柱设计，结合精细，结合精细日常管理，才能保证机抽井合理、稳定生产；因此，日常管理，才能保证机抽井合理、稳定生产；因此，优化设计优化设计是一项是一项持之以恒、不断钻研的工作。持之以恒、不断钻研的工作。汇汇 报报 提提 纲纲第二部分第二部分 前期选泵及杆柱设计方法前期选泵及杆柱设计方法第四部分第四部分 存在问题及下步工作存在问题及下步工作第三部分第三部分 泵型及杆柱设计优化泵型及杆柱设计优化第一部分第一部分 泵型及杆柱设计原则泵型及杆柱设计原则 一一、泵型及杆柱设计原则泵型及杆柱设计原则1 1、机抽井概况、机抽井概况井别井别井数（口）井数（口）开井（口）开井（口）平均单井日平均单井日油油（t t）平均泵平均泵挂挂(m)(m)平均平均泵效泵效(%)(%)占总产占总产比例比例(%)(%)检泵检泵周期（周期（d d）机抽井机抽井267267（48%48%）186186（45%)45%)12.0412.042574257470.870.822.5%22.5%526526全厂油水井全厂油水井55455441541525.4925.492706270677.877.8100%100%505505机抽井工机抽井工艺指指标概况表概况表 随着油田开发深入，原油物性随着油田开发深入，原油物性变稠变稠、能量下降、能量下降供液不足供液不足、含水上升含水上升，我厂机抽井井数，我厂机抽井井数逐步逐步上升上升，对机抽井泵型及杆柱设计要求也逐步升高；，对机抽井泵型及杆柱设计要求也逐步升高；20132013年年1-31-3月由自喷、电泵井月由自喷、电泵井转机抽转机抽共计共计3333井次，平均每月转机抽井次，平均每月转机抽1111井次。井次。面临面临“两超两超、五高五高”的复杂油藏，的复杂油藏，超稠油油藏的开采力度加大，超稠油油藏的开采力度加大，我厂我厂机抽井形成了机抽井形成了以以液压反馈式液压反馈式抽稠泵抽稠泵为主的稠油为主的稠油有杆泵有杆泵举升工艺。举升工艺。管式泵管式泵反馈式反馈式抽稠泵抽稠泵长冲程反馈长冲程反馈 式式 抽抽 稠稠 泵泵进油和下行困难进油和下行困难机杆泵改进机杆泵改进改进为大、小柱塞结改进为大、小柱塞结构、油管液压助下行构、油管液压助下行 一一、泵型及杆柱设计原则泵型及杆柱设计原则管式泵抽稠泵 应应用于用于非非掺稀或掺稀比极小的油井中，主要掺稀或掺稀比极小的油井中，主要在在6 6、7 7区的稀油井区的稀油井；目前在用的目前在用的管式泵管式泵有有3232、3838、4444、5656四种，排量范围四种，排量范围17-8917-89m m3 3/d/d。应用于应用于各区块各区块稠油掺稀井稠油掺稀井；目前在用的有目前在用的有56/3856/38、70/4470/44、70/3270/32、83/4483/44四四类液压反馈式抽类液压反馈式抽稠泵，排量稠泵，排量范围范围28.65-179.228.65-179.2m m3 3/d/d。1 1、机抽井概况、机抽井概况有杆泵各区各区块机抽井分布情况机抽井分布情况泵类别泵类别六区（口）六区（口）七区（口）七区（口）十区（口）十区（口）十二区（口）十二区（口）螺杆泵螺杆泵2 2/管式泵管式泵4 41515/1 1抽稠泵抽稠泵464620206969110110合计合计525235356969111111 一一、泵型及杆柱设计原则泵型及杆柱设计原则螺杆泵应用于应用于原油易乳化原油易乳化、供液充足供液充足的油井中，其独特结的油井中，其独特结构具有抗乳化、砂卡的特点；构具有抗乳化、砂卡的特点；目前采油某厂在目前采油某厂在用用2 2井次井次(T606CXT606CX、某某625625)，应用效果较好。，应用效果较好。1 1.电机电机 机型：机型：YBVP200L-4YBVP200L-4功率：功率：30KW30KW电源：交流电源：交流380V380V，50HZ50HZ2 2.螺杆泵螺杆泵泵型：泵型：375DT40375DT40定子上部连接扣型：定子上部连接扣型：4NUE4NUE 3.3.泵泵挂深度挂深度16001600米米定子下部连接扣型：定子下部连接扣型：3-1/2EUE3-1/2EUE4.4.抽油杆抽油杆级别：级别：H H级外径级外径28mm28mm插接式抽油杆插接式抽油杆转子连接扣型：转子连接扣型：1-9/161-9/16抽抽油油杆扣杆扣 5.5.油管油管泵上泵上3-1/2EUE3-1/2EUE油管油管泵下泵下2-7/8EUE2-7/8EUE油管油管配电：专用配电：专用螺杆泵螺杆泵变频变频控制柜控制柜转子扶正筒转子扶正筒转子扶正筒转子扶正筒套管套管套管套管转子转子转子转子定子定子定子定子尾管尾管尾管尾管油管锚油管锚油管锚油管锚螺杆螺杆泵主要参数及配套工具主要参数及配套工具1 1、机抽井概况、机抽井概况 一一、泵型及杆柱设计原则泵型及杆柱设计原则2 2、设计原则、设计原则 总原则总原则：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：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，性合理确定机杆泵组合，满足油藏开发要求满足油藏开发要求，确保油井稳定生产确保油井稳定生产。机抽井方案设计主要包括：确定机抽井方案设计主要包括：确定泵型泵挂泵型泵挂、杆柱组合杆柱组合设计、确定设计、确定抽油机型号抽油机型号、选择相应选择相应配套工艺配套工艺。确定泵型、泵挂选择抽油机配套工艺杆柱组合设计主要采用 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。根据原油物性、供液能力、注采比、稀稠比等。机机机机杆杆杆杆泵泵泵泵设设设设计计计计 汇汇 报报 提提 纲纲第二部分第二部分 前期选泵及杆柱设计方法前期选泵及杆柱设计方法第四部分第四部分 存在问题及下步工作存在问题及下步工作第三部分第三部分 泵型及杆柱设计优化泵型及杆柱设计优化第一部分第一部分 泵型及杆柱设计原则泵型及杆柱设计原则 二二、前期选泵及杆柱设计方法前期选泵及杆柱设计方法1 1、泵型及泵挂确定方法、泵型及泵挂确定方法油井油井原油物性及原油物性及地质情况地质情况前期生产情况及运行寿命前期生产情况及运行寿命 措施后效果及潜能分析措施后效果及潜能分析邻井对比及配套工艺邻井对比及配套工艺目前机杆泵库存情况目前机杆泵库存情况选泵选泵方法方法泵泵 型型泵常数泵常数理论排量理论排量(方方/天天)泵泵 型型泵常数泵常数理论排量理论排量(方方/天天)管式泵管式泵5*35*35*45*45*55*5抽稠泵抽稠泵5*35*35*45*45*55*5CYB-38CYB-381.631.6324.5 24.5 32.6 32.6 40.8 40.8 CYB-56/38CYB-56/381.91.928.7 28.7 38.0 38.0 47.8 47.8 CYB-44CYB-442.192.1932.9 32.9 43.8 43.8 54.8 54.8 CYB-57/38CYB-57/382.12.130.8 30.8 42.0 42.0 51.3 51.3 CYB-56CYB-563.543.5453.1 53.1 70.8 70.8 88.5 88.5 CYB-70/44CYB-70/443.43.450.3 50.3 68.0 68.0 83.8 83.8 CYB-57CYB-573.673.6755.1 55.1 73.4 73.4 91.8 91.8 大排量泵大排量泵泵常数泵常数8*1.68*1.68*2.88*2.88*48*4CYB-70CYB-705.545.5483.1 83.1 110.8 110.8 138.5 138.5 CYB-70/32CYB-70/324.374.3755.9 55.9 97.9 97.9 139.8 139.8 CYB-83CYB-837.797.79116.9 116.9 155.8 155.8 194.8 194.8 CYB-83/44CYB-83/445.65.671.7 71.7 125.4 125.4 179.2 179.2 有杆有杆泵排量参考表排量参考表根据原油原始粘温数据作图找出粘温拐点；根据原油原始粘温数据作图找出粘温拐点；结合杆柱受力及泵最大抽深能力确定泵挂。结合杆柱受力及泵最大抽深能力确定泵挂。根据油藏地温梯度找出拐点温度对应深度；根据油藏地温梯度找出拐点温度对应深度；泵型、泵挂确定泵挂：确定泵挂：二二、前期选泵及杆柱设计方法前期选泵及杆柱设计方法泵型、型、泵挂及地面配套机型挂及地面配套机型组合参考表合参考表 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现的生产或机械举升等难题选择相应配套工艺配套工艺。供液供液（地产）地产）掺稀比掺稀比泵型泵型抽油机抽油机泵挂泵挂30t/d30t/d2.5-3.02.5-3.070/3270/3210001000型型260026001.0-2.51.0-2.570/3270/32900900型型1.51.570/3270/321616型型15-30t/d15-30t/d2.5-3.02.5-3.070/3270/321616型型260026001.5-2.51.5-2.570/4470/441616型型1.51.570/4470/441414型型15t15t2.5-3.02.5-3.070/4470/441414型型280028002.52.556/3856/381414型型50t/d50t/d不掺稀不掺稀56561414型型2400240030-50t/d30-50t/d44441414型型2800280015-30t/d15-30t/d38381414型型3000300015t15t32321414型型350035001 1、泵型及泵挂确定方法、泵型及泵挂确定方法防脱防脱器器尾管尾管悬挂悬挂混配混配器器助抽助抽器器减载减载器器配套配套工艺工艺 二二、前期选泵及杆柱设计方法前期选泵及杆柱设计方法2 2、前期、前期杆杆柱受柱受力分析力分析油田缺乏专用的稠油有杆泵井杆柱设计软件。由于油田缺乏专用的稠油有杆泵井杆柱设计软件。由于油稠油稠、泵挂深泵挂深，故我厂全采，故我厂全采用用H H级级高强度抽油杆，杆柱设计主要为高强度抽油杆，杆柱设计主要为 11、7/87/8及及3/43/4三级组合三级组合或或11及及7/87/8两两级杆柱组合级杆柱组合，杆柱比例（，杆柱比例（3:4:33:4:3）参考）参考采油技术手册采油技术手册推荐的推荐的H H级抽油杆组合方式。级抽油杆组合方式。在受力分析上，主要考虑在受力分析上，主要考虑杆柱载荷杆柱载荷、液柱载荷液柱载荷及及惯性载荷惯性载荷来计算各级杆的受力来计算各级杆的受力情况：情况：上上冲冲程最大载荷程最大载荷计算：计算：下下冲冲程最小载荷程最小载荷计算：计算：该公式为稀油井载荷计算的经验公式。二二、前期选泵及杆柱设计方法前期选泵及杆柱设计方法 我厂稠油井混合液粘度高，前期杆柱我厂稠油井混合液粘度高，前期杆柱我厂稠油井混合液粘度高，前期杆柱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，受力计算未考虑稠油粘滞阻力及沉没压力，受力计算未考虑稠油粘滞阻力及沉没压力，受力计算未考虑稠油粘滞阻力及沉没压力，以以以以70/4470/4470/4470/44抽稠泵为抽稠泵为抽稠泵为抽稠泵为例：例：例：例：上冲程：上冲程：载荷决定于载荷决定于70mm泵径，泵径，与与70mm管式泵管式泵类似（液柱类似（液柱载荷载荷+杆柱载荷杆柱载荷+惯性载荷）；惯性载荷）；下冲程：下冲程：决定于决定于44mm泵径，即下冲程载荷包括泵径，即下冲程载荷包括液柱中杆重液柱中杆重、惯性载荷和惯性载荷和液柱液柱载荷。载荷。我厂我厂抽稠泵井抽稠泵井全为全为掺稀井掺稀井，力学分析与，力学分析与管式泵管式泵存在差异，存在差异，前期前期开发的小软件只适合不掺稀油井管式泵，开发的小软件只适合不掺稀油井管式泵，未未考虑对考虑对稠稠油井油井有有较大影响的较大影响的摩擦载荷摩擦载荷及高沉没度产生的及高沉没度产生的沉没压力；沉没压力；因此，直接挪用于我厂稠油有杆泵井因此，直接挪用于我厂稠油有杆泵井杆柱杆柱设计设计中并中并不合适不合适。结论：结论：2 2、前期、前期杆杆柱受柱受力分析力分析 泵上杆柱存在拉、压交变载荷，使用系数设置为泵上杆柱存在拉、压交变载荷，使用系数设置为0.80.8，常规，常规设计思路有设计思路有2 2种种：二二、前期选泵及杆柱设计方法前期选泵及杆柱设计方法 用用修正古德曼图方法修正古德曼图方法进行受力评价，得出在经验进行受力评价，得出在经验3:4:33:4:3三级杆柱结构下的三级杆柱结构下的最大抽深最大抽深：泵型泵型修正古德曼图方法修正古德曼图方法目前目前平均平均泵泵 挂深度（挂深度（m m）11：7/87/8：3/43/4 最大抽最大抽深深(m)(m)56/3856/3830:40:3030:40:30258025802802280270/4470/4430:40:3030:40:30154015402421242170/3270/3230:40:3030:40:301330133025202520 各各类型型泵最大抽深与最大抽深与实际下深下深对比表比表1 1）杆柱受力计算）杆柱受力计算不完全不完全，未考虑对稠油有杆泵井影响较大的，未考虑对稠油有杆泵井影响较大的摩擦载荷摩擦载荷及高沉没度产生的及高沉没度产生的沉没压力沉没压力，必然，必然会导致抽油井设计与实际情况产生较大的会导致抽油井设计与实际情况产生较大的误差误差；3 3）下泵）下泵深度深度远远超过抽油杆远远超过抽油杆抗拉强度抗拉强度，随着，随着动液面动液面逐渐逐渐下降下降，载荷逐步，载荷逐步上升上升，杆柱拉伸，导致冲程损失，杆柱拉伸，导致冲程损失大大、泵效低泵效低，超出杆柱抗拉强度，超出杆柱抗拉强度，杆柱断脱杆柱断脱问题将越来越问题将越来越突出突出。3 3、存在问题、存在问题 为什么沉没度还高，为什么沉没度还高，就出现载荷高、电流就出现载荷高、电流高，油井不出液高，油井不出液2 2）杆柱组合设计比例）杆柱组合设计比例3:4:33:4:3是稀油井是稀油井管式泵管式泵杆柱设计的经验方法，缺乏针对杆柱设计的经验方法，缺乏针对稠油井稠油井皮带机皮带机-特种泵杆柱组特种泵杆柱组合设计方法；合设计方法；二二、前期选泵及杆柱设计方法前期选泵及杆柱设计方法3 3、存在问题、存在问题抽油杆抽油杆脱扣脱扣杆柱杆柱受力弯曲及旋转受力弯曲及旋转导致抽油杆导致抽油杆中下部脱扣中下部脱扣。悬绳器毛悬绳器毛辫子扭转辫子扭转使抽油杆使抽油杆中上部脱扣中上部脱扣。油稠、泵间隙小油稠、泵间隙小（2.52.5级）阻力大级）阻力大抽油杆抽油杆断裂断裂供液能力变差、供液能力变差、沉没度下降沉没度下降油稠粘度大、下油稠粘度大、下行阻力大行阻力大 20122012年机抽井杆柱断脱年机抽井杆柱断脱2828井次，占总检泵井次井次，占总检泵井次44.4%44.4%，其中杆，其中杆断裂断裂1212井次，井次，脱扣脱扣1616井次。井次。目前油田稠油有杆泵井杆柱在井筒中受目前油田稠油有杆泵井杆柱在井筒中受拉应力拉应力状态及状态及交变应力交变应力状态远远状态远远超过预计超过预计，这必，这必将会大大将会大大降低降低抽油杆的抽油杆的使用寿命使用寿命，导致抽油杆频繁，导致抽油杆频繁断脱断脱，降低降低油井油井检泵周期检泵周期。汇汇 报报 提提 纲纲第二部分第二部分 前期选泵及杆柱设计方法前期选泵及杆柱设计方法第四部分第四部分 存在问题及下步工作存在问题及下步工作第三部分第三部分 泵型及杆柱设计优化泵型及杆柱设计优化第一部分第一部分 泵型及杆柱设计原则泵型及杆柱设计原则常规常规70/4470/44抽稠泵抽稠泵 针对常规抽稠泵排量小针对常规抽稠泵排量小难以满足提液需求难以满足提液需求、稠油井、稠油井滞后率高、杆脱扣滞后率高、杆脱扣等矛盾，我厂结合等矛盾，我厂结合泵厂家再常规泵厂家再常规70/4470/44泵的基础上进行了泵的基础上进行了3 3项项技术改进，成功研制技术改进，成功研制侧向进油侧向进油70/3270/32大排量抽稠泵大排量抽稠泵。32mm 小柱塞小柱塞 44mm 小柱塞小柱塞 5级级 泵间隙泵间隙 2.5级级 泵间隙泵间隙 42mm侧向进油阀侧向进油阀 23mm柱塞进油阀柱塞进油阀对比项目对比项目70/4470/44液压反馈液压反馈70/3270/32短冲程短冲程70/3270/32长冲程长冲程泵排量系数泵排量系数3.353.354.374.374.374.37进油方式进油方式小柱塞内径进油（进油通道小柱塞内径进油（进油通道7m7m）侧向进油（进油通道侧向进油（进油通道0.2m0.2m）侧向进油（进油通道侧向进油（进油通道0.2m0.2m）冲程范围冲程范围3 3、4 4、5 54.24.2、4.84.8、5.55.51.8-8m1.8-8m任意调整任意调整冲次范围冲次范围3 3、4 4、5 53 3、4 4、5 51-41-4次任意调整次任意调整泵间隙泵间隙2.52.55 55 5、8 8地面配套地面配套1414型型1616型型长冲程抽油机长冲程抽油机最大排量最大排量8484120120139139三、泵型及杆柱设计优化三、泵型及杆柱设计优化1 1、优化改进、优化改进泵型泵型突破技术瓶颈突破技术瓶颈，改制大，改制大排量抽稠泵排量抽稠泵改进后改进后70/3270/32大排量抽稠泵大排量抽稠泵70/3270/32大排量大排量泵推广运用情况推广运用情况某某12253X井（井（25万万mpa.s）自喷转）自喷转70/32泵泵（8级间隙）级间隙）生产曲线生产曲线自喷自喷转转70/3270/32泵，泵，泵挂泵挂2404m2404m稀稠比稀稠比1.41.4日液日液35.4t35.4t，泵效，泵效92%92%已推广应用已推广应用6969井次井次，大排量泵具有大排量泵具有排量大排量大、抗稠油性能高抗稠油性能高的优势，大大的优势，大大降低降低了了滞后率滞后率及杆及杆断脱断脱现象，大排量泵增油现象，大排量泵增油7.197.19万万吨（老井吨（老井3.683.68万吨），减缓递减万吨），减缓递减0.680.68%。某某12321井井电泵电泵转转70/32泵泵生产曲线生产曲线转转70/3270/32泵，泵，泵挂泵挂2620m2620m日液日液30.2t30.2t，泵效，泵效84.6%84.6%100/3500100/3500电泵电泵,泵挂泵挂3527m3527m日液日液26.3t26.3t，泵效，泵效117.6%117.6%三、泵型及杆柱设计优化三、泵型及杆柱设计优化1 1、优化改进泵型、优化改进泵型推广运用效果突出推广运用效果突出类型类型井次井次应用前应用前应用后应用后对比对比泵径泵径泵深泵深平均平均排量排量日液日液 日油日油稀稀稠稠比比泵效泵效泵深泵深平均平均排量排量日液日液日油日油稀稀稠稠比比泵效泵效平均平均泵效泵效日液日液稀稀稠稠比比mmmmm mm m3 3t/dt/dt/dt/d%m mm m3 3t/dt/dt/dt/d%m m3 3t/dt/d换大泵换大泵7 770/4470/44 251425146161161611113.63.68080261726177575303018182.12.182822 21414-1.5-1.5替代电泵替代电泵2525100100289028908585272720202 27575255425547878232317171.91.979794 4-4-4-0.1-0.1自喷自喷 转转抽抽转抽稠泵转抽稠泵2121/212115152.52.5/25242524/232320201.41.48484/替代电泵替代电泵1616/242418182.92.9/28402840/252521211.61.68989/小计小计6969/265326538080232317172.52.57777251825187777262621211.81.885858 83 3-0.7-0.7进油口直进油口直径径51mm大柱塞直大柱塞直径径83mm泵径规格泵径规格70/4470/4470/3270/3283/4483/44冲程范围冲程范围（m m）5.1-7.25.1-7.25.1-9.35.1-9.3进油口直径进油口直径（mmmm）232342425151泵常数泵常数K K（m m3 3/h)/h)3.353.354.374.375.65.6最大排量（最大排量（m m3 3）8484140140179179连接连接油管油管3 3寸寸半半4 4寸寸半半最大外径最大外径（mmmm）107107150150178178最大下泵深度最大下泵深度（m m）2800280030003000三、泵型及杆柱设计优化三、泵型及杆柱设计优化1 1、优化改进、优化改进泵型泵型设计制造设计制造83/4483/44大排量抽稠泵大排量抽稠泵 设计思路设计思路：在：在70/4470/44、70/3270/32基础上基础上进行改进：进行改进：增大大柱塞直径增大大柱塞直径，泵排量相较，泵排量相较70/4470/44提提高高63%63%，较，较70/3270/32提高提高25%25%；侧向进油侧向进油，降低井液入泵阻力，降低井液入泵阻力，提高泵充满程度提高泵充满程度。某某1215012150：管柱采用管柱采用4 1/2NUE4 1/2NUE油管，泵挂油管，泵挂2509m2509m，地面配，地面配10001000型皮带机，杆柱采用型皮带机，杆柱采用7/87/8和和1 1两两级组合（级组合（60:4060:40），目前生产稳定，），目前生产稳定，泵工况正常泵工况正常。6mm 6mm 自喷自喷转转83/4483/44，泵挂，泵挂2509m2509m日产液日产液46.8t46.8t，稀稠比，稀稠比1.181.18日产液日产液49.6t49.6t，稀稠比，稀稠比1.121.12，泵效，泵效90%90%某某1215012150井自喷转井自喷转83/4483/44泵生产曲线泵生产曲线2 2、优化杆、优化杆柱柱设计设计受力分析前期杆柱计算存在问题：前期杆柱计算存在问题：仅考虑杆柱、液柱、惯性载荷，未考虑稠油井影响较大的仅考虑杆柱、液柱、惯性载荷，未考虑稠油井影响较大的摩擦载荷摩擦载荷，导致设计与实际不符；，导致设计与实际不符；未考虑我厂油井高沉没度产生的未考虑我厂油井高沉没度产生的沉没压力沉没压力；在在下行程下行程中，考虑了杆柱及液柱的惯性载荷，而液柱不随杆柱一起运动，因此中，考虑了杆柱及液柱的惯性载荷，而液柱不随杆柱一起运动，因此液柱无惯性载荷液柱无惯性载荷；缺乏缺乏特种抽油泵特种抽油泵（液压反馈式、浸入式）杆柱受力计算方法；（液压反馈式、浸入式）杆柱受力计算方法；三、泵型及杆柱设计优化三、泵型及杆柱设计优化 在前期的杆柱受力基础上，以在前期的杆柱受力基础上，以抽抽油杆及柱塞整体油杆及柱塞整体作为研究对象，全面作为研究对象，全面考虑抽油杆在油管液柱中上下运动受考虑抽油杆在油管液柱中上下运动受到到静载荷静载荷、动载荷动载荷、摩擦载荷摩擦载荷及及其它其它载荷载荷四个方面的力。优化后计算载荷四个方面的力。优化后计算载荷与实测载荷对比，误差率在与实测载荷对比，误差率在5%5%以内。以内。目前我厂有杆泵井沉没度均较高，计算忽略其他载荷，如冲击载荷等。液压反馈式抽稠泵杆柱受力分析液压反馈式抽稠泵杆柱受力分析模型模型 建立建立建立建立受力模型完善载荷分析：受力模型完善载荷分析：受力模型完善载荷分析：受力模型完善载荷分析：上上冲冲程最大载荷程最大载荷计算：计算：下下冲冲程最小载荷程最小载荷计算：计算：静载荷：静载荷：杆柱在液柱中的重力杆柱在液柱中的重力 作用在柱塞上液柱载荷作用在柱塞上液柱载荷 井口回压产生的载荷井口回压产生的载荷P Ph h 沉没压力产生的载荷沉没压力产生的载荷P Pi i动载荷：动载荷：杆柱最大惯性载荷杆柱最大惯性载荷I I u u液柱最大惯性载荷液柱最大惯性载荷I I u u震动载荷震动载荷F Fz z 摩擦载荷：摩擦载荷：液柱与油管之间的摩擦载荷液柱与油管之间的摩擦载荷F Ftltl柱塞与泵筒之间的摩擦载荷柱塞与泵筒之间的摩擦载荷F Fp p三、泵型及杆柱设计优化三、泵型及杆柱设计优化2 2、优化杆、优化杆柱柱设计设计 根据液压反馈式抽稠泵杆柱受力分析模型，计算出抽油杆在油管液柱中上、下运动过程根据液压反馈式抽稠泵杆柱受力分析模型，计算出抽油杆在油管液柱中上、下运动过程中最上部一根杆柱受到的中最上部一根杆柱受到的最大载荷最大载荷及及最小载荷最小载荷：载荷计算三、泵型及杆柱设计优化三、泵型及杆柱设计优化2 2、优化杆、优化杆柱柱设计设计稠油有杆泵井载荷构成分析：稠油有杆泵井载荷构成分析：稠油有杆泵井，在稠油有杆泵井，在泵深、杆柱结构一定泵深、杆柱结构一定的情的情况下，况下，动液面深度动液面深度（液柱载荷）、（液柱载荷）、工作制度工作制度（动（动载荷）、载荷）、混合液粘度混合液粘度（摩擦载荷）是影响稠油有（摩擦载荷）是影响稠油有杆泵井载荷最敏感的三个因素。杆泵井载荷最敏感的三个因素。某某1212312123井液面井液面1000m1000m时杆柱受力评价时杆柱受力评价某某1212312123井液面井液面1200m1200m时杆柱受力评价时杆柱受力评价下调工作制度或关井间开等措施。粘度不变800mpa.s制度不变杆柱不变敏感性分析1）沉没度下降导致最大及最小载荷同时增加，但最大载荷的增加幅度远大于最小载荷的增加幅度；2）粘度增加导致最大载荷增加、最小载荷减小，且最小载荷的减小幅度大于最大载荷的增加幅度；3）沉没度下降及混合液粘度增加均会导致杆柱交变载荷增加，降低杆柱的寿命。在泵挂深度、杆柱结构、工作制度一定的情况下，则在泵挂深度、杆柱结构、工作制度一定的情况下，则动液面深度动液面深度和和混合液粘度混合液粘度是稠油有杆泵载荷的最是稠油有杆泵载荷的最敏感敏感因素。因素。三、泵型及杆柱设计优化三、泵型及杆柱设计优化2 2、优化杆、优化杆柱柱设计设计3 3、机杆泵组合机杆泵组合评价评价井号井号实测载荷实测载荷优化前优化前优化后优化后最大值最大值最小值最小值最大值最大值最小值最小值最大值最大值误差误差最小值最小值误差误差最大值最大值 最小值最小值最大值最大值误差误差最小值最小值误差误差kNkNkNkNkNkNkNkN%kNkNkNkN%S71S71117.6117.671.771.7110.6110.695.595.5-5.9-5.933.233.2121.3121.374.974.93.13.14.44.4某某771X771X137.8137.895.495.4139.3139.31091091.11.114.214.2138.7138.791.891.80.70.7-3.7-3.7某某1023910239152.9152.974.074.0132.3132.395.895.8-13.5-13.529.429.41511517272-1.2-1.2-2.7-2.7某某12328CH12328CH132.9132.954.254.2101.0101.089.489.4-24.024.065.065.0128.1128.154.454.4-3.6-3.60.40.4平均值平均值135.3135.3 73.873.8120.8120.897.497.4-10.6-10.635.535.5134.8134.8 73.373.3-0.25-0.25-0.4-0.4优化前后化前后计算算载荷与荷与实测载荷荷误差差对比表比表 对不同泵型、机型有杆对不同泵型、机型有杆泵井优化前后的泵井优化前后的计算载荷计算载荷与与实实测载荷测载荷对比发现，对比发现，优化后优化后计算计算载荷误差平均载荷误差平均-0.25%-0.25%及及-0.4%-0.4%，远远，远远低于优化前低于优化前平均平均-10.6%-10.6%及及35.5%35.5%；应用新设计方法后应用新设计方法后误差更小误差更小。井号井号测试测试日期日期测试载荷测试载荷动液面动液面粘度粘度优化前优化前优化后优化后最大最大最小最小117/87/83/43/4117/87/83/43/4117/87/83/43/4117/87/83/43/4应力范围比应力范围比与许用应力比值与许用应力比值应力范围比应力范围比与许用应力比值与许用应力比值（修正古德曼图）（修正古德曼图）（奥金格疲劳图法）（奥金格疲劳图法）（修正古德曼图）（修正古德曼图）（奥金格疲劳图法）（奥金格疲劳图法）kNkNkNkNm mmPa.smPa.s%S71S717-137-1311811871271298698610001000242427272929454548484949606059595858818179797878某某771X771X6-296-29138138959521422142100100565664647373747482829292686870707575878789899595某某10239102397-227-221521527474158015801500150063637373868681819191104104101101101101109109117117118118129129某某12328CH12328CH7-207-2013313354541501501700170028282626/49494646/858587871041048787/平均平均1351357474121512151075107548485555636363636767828278787575818197979393101101优化前后杆柱受力状况分析化前后杆柱受力状况分析评价价对比比用修正古德曼图方法及奥金格疲劳图法对优化前后各级杆柱应力状况进行评价：用修正古德曼图方法及奥金格疲劳图法对优化前后各级杆柱应力状况进行评价：1 1）用）用修正古德曼图修正古德曼图法计算的法计算的杆柱应力范围比杆柱应力范围比较优化前较优化前更准确更准确；2 2）用）用奥金格疲劳图奥金格疲劳图法计算的法计算的折算应力折算应力与与许用应力许用应力比值更接近比值更接近实际值实际值、更准确更准确。实例计算与验证实例计算与验证 实际已超标，及时采取措施。三、泵型及杆柱设计优化三、泵型及杆柱设计优化三、泵型及杆柱设计优化三、泵型及杆柱设计优化3 3、机杆泵组合机杆泵组合评价评价泵径泵径mmmm泵深泵深m m液面液面m m地面地面抽油机抽油机杆柱组合比例杆柱组合比例%1 1杆杆7/87/8杆杆3/43/4杆杆56/3856/38 2800 2800180018001616型型3030505020201300-18001300-18001414型型303050502020800-1300800-13001414型型2525454530300-8000-8001414型型20204545353570/4470/4426002600130013001616型型35356565/700-1300700-13001414型型303048482222500-700500-7001414型型2525454530300-5000-5001414型型20204040404070/3270/3226002600900-1300900-13001616型型40406060/9009001616型型35356565/稠油有杆稠油有杆泵井杆柱井杆柱组合推荐比例合推荐比例 根据根据优化后优化后杆柱受力计算公式，取混合液粘度杆柱受力计算公式，取混合液粘度800800mpa.smpa.s，将，将动液面动液面取最大值（取最大值（极限抽深极限抽深）进行地面配套抽油机及杆柱设计系统优化，结合进行地面配套抽油机及杆柱设计系统优化，结合奥金格疲劳图奥金格疲劳图和和修正古德曼图法修正古德曼图法进行评价，进行评价，得出稠油有杆泵井得出稠油有杆泵井杆柱组合推荐比例杆柱组合推荐比例，用于指导机杆泵设计，目前运用的较为普遍，后期将，用于指导机杆泵设计，目前运用的较为普遍，后期将不断修正完善。不断修正完善。分别采用分别采用H H级抽油杆级抽油杆3:4:33:4:3三级组合与三级组合与优化后优化后杆柱组合，在确保杆柱组合，在确保抽油机抽油机及及杆柱安全杆柱安全情况下，计算不同情况下，计算不同泵泵型型、粘度粘度情况下最大抽深，为生产管理提供一个宏观的参考依据：情况下最大抽深，为生产管理提供一个宏观的参考依据：稠油有杆稠油有杆泵优化前后化前后最大抽深最大抽深对比比表表4 4、优化前后效果对比、优化前后效果对比三、泵型及杆柱设计优化三、泵型及杆柱设计优化抽抽稠稠泵泵型号型号 混合液混合液 粘度粘度优化前优化前优化后优化后举升能力举升能力增加增加杆柱组合杆柱组合最大抽深最大抽深杆柱组合杆柱组合最大抽深最大抽深mPa.smPa.s117/87/83/43/4m m117/87/83/43/4m mm m56/38 56/38 （2800m2800m）500500303040403030258025801818444438382770277019019010001000303040403030245024502323454532322590259014014015001500303040403030222022203030505020202330233011011070/44 70/44 （2600m2600m）5005003030404030301540154025254545303017701770230230100010003030404030301460146030304848222216401640180180150015003030404030301390139035356565/1550155016016070/32 70/32 （2600m2600m）5005003030404030301330133030307070/16201620290290100010003030404030301260126035356565/15101510250250150015003030404030301190119040406060/14001400210210A.A.随着混合液随着混合液粘度粘度逐步逐步增加增加，各抽稠泵最大，各抽稠泵最大抽深抽深均呈均呈下降趋势下降趋势；C.C.优化后优化后56/3856/38、70/4470/44、70/3270/32泵，在粘度为泵，在粘度为10001000mPa.smPa.s下，最大抽深分别为下，最大抽深分别为27702770m m、17701770m m、16201620m m；D.D.抽稠泵杆柱组合优化后较前期杆柱抽稠泵杆柱组合优化后较前期杆柱3:4:33:4:3经验组合的经验组合的举升能力举升能力平均平均增加增加200200m m；B.B.随着随着泵径的增大泵径的增大，在混合液粘度一定情况下，在混合液粘度一定情况下，最大抽深最大抽深深度快速深度快速下降；下降；对比对比结果结果三、泵型及杆柱设计优化三、泵型及杆柱设计优化70/44/70/44/2607 2607 m m70/32/70/32/2416 2416 m m某某1232912329井机杆井机杆泵优化前后效果化前后效果对比比某某1232912329井井：1212年年6 6月因抽油杆断检泵，进行机月因抽油杆断检泵，进行机-杆杆-泵优化设计，泵优化设计，换大泵换大泵，采用，采用1 1和和7/87/8两级两级杆柱组合，上提泵挂杆柱组合，上提泵挂200m200m，泵下，泵下加深加深600m600m尾管尾管，将掺稀点，将掺稀点下移下移，目前生产稳定，效果显著。，目前生产稳定，效果显著。某某1232912329井生井生产曲曲线实 例70/4470/44泵生生产1212年年5 5月月2727日功日功图转70/3270/32泵生生产后后6 6月月8 8日功日功图4 4、优化前后效果对比、优化前后效果对比项目项目泵径泵径泵深泵深掺稀点掺稀点杆柱比例杆柱比例工作工作制度制度理论举理论举 升能力升能力日产液日产液日产油日产油稀稠比稀稠比泵效泵效m mm m117/87/83/43/4m mt tt t%检泵前检泵前70/4470/4426072607260026003838343428285.5*45.5*412601260242424242.32.38282检泵后检泵后70/3270/32241624163000300046465454/5.5*45.5*414001400313131311.81.88888对比对比-190-1904004008 82020-28-280 01401407 77 7-0.5-0.56 65 5、认识及成果、认识及成果三、泵型及杆柱设计优化三、泵型及杆柱设计优化前期受力前期受力计算考虑不完全计算考虑不完全导致设计存在偏差，杆柱系统受力超过预计，导致抽油杆导致设计存在偏差，杆柱系统受力超过预计，导致抽油杆频繁断频繁断脱脱，通过优化使杆柱受力分析更加准确，有效，通过优化使杆柱受力分析更加准确，有效减少减少了抽油杆了抽油杆断脱断脱现象。现象。在前期受力分析基础上，对稠油有杆泵井受力进行更准确的分析计算，找出在前期受力分析基础上，对稠油有杆泵井受力进行更准确的分析计算，找出动液面深动液面深度度及及混合液粘度混合液粘度分别是稠油有杆泵井拉应力及交变载荷变化的分别是稠油有杆泵井拉应力及交变载荷变化的最敏感性参数最敏感性参数。杆柱比例设计杆柱比例设计3:4:33:4:3是稀油井管式泵的是稀油井管式泵的经验方法经验方法，在我厂稠油井特种泵组合设计不适，在我厂稠油井特种泵组合设计不适用，通过受力分析优化计算出用，通过受力分析优化计算出稠油有杆泵井稠油有杆泵井杆柱组合推荐比例。杆柱组合推荐比例。在新的计算方法的基础上，确保机、杆安全，对现有机杆泵组合进行了分析评价，得在新的计算方法的基础上，确保机、杆安全，对现有机杆泵组合进行了分析评价，得出了各组合下出了各组合下最大抽深深度最大抽深深度，为工艺设计提供一个宏观的参考依据。，为工艺设计提供一个宏观的参考依据。机杆泵组合设计更加合理，优化后有效机杆泵组合设计更加合理，优化后有效提升提升有杆泵举升能力达有杆泵举升能力达200200m m，为后期生产管理提供，为后期生产管理提供了更为准确的理论基础。了更为准确的理论基础。汇汇 报报 提提 纲纲第二部分第二部分 前期选泵及杆柱设计方法前期选泵及杆柱设计方法第四部分第四部分 存在问题及下步工作存在问题及下步工作第三部分第三部分 泵型及杆柱设计优化泵型及杆柱设计优化第一部分第一部分 泵型及杆柱设计原则泵型及杆柱设计原则1 1、目前存在问题、目前存在问题三、存在问题及下步工作三、存在问题及下步工作软件问题 1 1）粘度场模型粘度场模型需要校核确定，粘温曲线需要校核确定，粘温曲线计算与我们的计算与我们的井筒温度场井筒温度场结合；结合；2 2）需要增加油田常用）需要增加油田常用抽稠泵计算抽稠泵计算部分，部分，软件只有管式泵计算方法；软件只有管式泵计算方法；3 3）需与我厂机抽井的杆柱结构相结合，）需与我厂机抽井的杆柱结构相结合，稠油井杆柱设计稠油井杆柱设计柱塞上需加柱塞上需加100m100m一寸杆一寸杆；4 4）抽油机选项需加上我厂常用抽油机型）抽油机选项需加上我厂常用抽油机型号（号（1414型型、1616型型游梁式抽油机，游梁式抽油机，900900型型、10001000型型皮带式抽油机，皮带式抽油机，2020型金威力型金威力抽油机，抽油机，2222型型直线抽油机，直线抽油机，2424型型抽油机）。抽油机）。油田缺乏专用的稠油有杆泵井杆柱设计软件，西南石油大学为我厂研制的六、七区深抽优化设计软件油田缺乏专用的稠油有杆泵井杆柱设计软件，西南石油大学为我厂研制的六、七区深抽优化设计软件稠油深抽与设计诊断软件稠油深抽与设计诊断软件和乌鲁木齐惠丰顺达公司研制的和乌鲁木齐惠丰顺达公司研制的抽油机系统生产参数优化设计软件抽油机系统生产参数优化设计软件都存在都存在问题，还不能完全用于指导工艺设计，目前正在改进中。问题，还不能完全用于指导工艺设计，目前正在改进中。存在问题存在问题存在问题存在问题1 1、目前存在问题、目前存在问题三、存在问题及下步工作三、存在问题及下步工作措施后效果不明确，选泵困难措施后效果不明确，选泵困难稠油有杆泵井深抽能力受限稠油有杆泵井深抽能力受限 酸化、酸压、堵水等酸化、酸压、堵水等储层改造后转抽储层改造后转抽井，对油藏认识程度不够，井，对油藏认识程度不够，措施效果措施效果尚不明确，地层尚不明确，地层供液能力供液能力不确定，不确定，产能、含水产能、含水变化大，此类油井选泵选型较困难。变化大，此类油井选泵选型较困难。目前机目前机-杆杆-泵协同能力的提升瓶颈是抽油杆的泵协同能力的提升瓶颈是抽油杆的疲劳负载能力疲劳负载能力，且抽油杆规范，且抽油杆规范管理管理还是个盲区（如杆还是个盲区（如杆柱废弃时间）。柱废弃时间）。稠油区块井设计仍不够完善稠油区块井设计仍不够完善 优化优化皮带机皮带机-抽油杆抽油杆-特种泵特种泵设计需做进一步针对性研究和评价，还没有形成一套设计需做进一步针对性研究和评价，还没有形成一套成熟成熟的设计方法，的设计方法，特种泵特种泵工况诊断问题工况诊断问题还有待解决；还有待解决；平衡稠油入泵及杆柱系统安全难度大平衡稠油入泵及杆柱系统安全难度大 为满足原油入泵，不得不加深泵挂至粘温拐点对应深度以下，但在稠油井下泵深度已远为满足原油入泵，不得不加深泵挂至粘温拐点对应深度以下，但在稠油井下泵深度已远超出超出杆柱抗杆柱抗拉强度，拉强度，稠油举升稠油举升与杆与杆柱强度受限柱强度受限矛盾突出。矛盾突出。1 1、目前存在问题、目前存在问题三、存在问题及下步工作三、存在问题及下步工作动液面下降，载动液面下降，载动液面下降，载动液面下降，载荷高，杆柱受力荷高，杆柱受力荷高，杆柱受力荷高，杆柱受力拉伸、超标拉伸、超标拉伸、超标拉伸、超标油井供液不足，油井供液不足，油井供液不足，油井供液不足，有杆泵需深抽有杆泵需深抽有杆泵需深抽有杆泵需深抽稠油有杆泵井最稠油有杆泵井最稠油有杆泵井最稠油有杆泵井最 大抽深能力有限大抽深能力有限大抽深能力有限大抽深能力有限与设备承载能力有限，有杆泵（与设备承载能力有限，有杆泵（3232、3838、4444、56/3856/38）深抽排量小矛盾；）深抽排量小矛盾；与油藏粘温拐点深泵挂深、动液面变与油藏粘温拐点深泵挂深、动液面变化大，杆柱受力超标矛盾；化大，杆柱受力超标矛盾；与泵效低，油藏开发要求上调工作制与泵效低，油藏开发要求上调工作制度提液矛盾；度提液矛盾；存存在在问问题题矛 盾采油工程指标考采油工程指标考采油工程指标考采油工程指标考核低（检泵周期、核低（检泵周期、核低（检泵周期、核低（检泵周期、躺井率、长寿井）躺井率、长寿井）躺井率、长寿井）躺井率、长寿井）与用稀油井考核指标考核稠油区块油与用稀油井考核指标考核稠油区块油井指标矛盾。井指标矛盾。细化深入研究细化深入研究强化杆柱设计强化杆柱设计及受力分析及受力分析完善机、杆、泵完善机、杆、泵设计及配套工艺设计及配套工艺提高有杆泵井提高有杆泵井采油时率采油时率三、存在问题及下步工作三、存在问题及下步工作 1 1）进一步）进一步强化大型抽油机强化大型抽油机-抽油杆抽油杆-特种抽油泵工特种抽油泵工艺设计艺设计优化优化，寻找寻找抽油杆抽油杆承载均衡承载均衡点点，避免避免在杆薄弱在杆薄弱点发生点发生断裂断裂，解决，解决有杆泵的深抽问题，有杆泵的深抽问题，提高提高供液不足供液不足油井的油井的采出程度采出程度。强化方案优化强化方案优化强化现场优化强化现场优化 强化参数检测强化参数检测强化配套工艺研究强化配套工艺研究强化制度完善强化制度完善2 2、下步工作、下步工作一、一、一、一、继续继续继续继续强化、完善杆柱设计及优化机杆泵组合方案强化、完善杆柱设计及优化机杆泵组合方案强化、完善杆柱设计及优化机杆泵组合方案强化、完善杆柱设计及优化机杆泵组合方案 2 2）协助软件商，对）协助软件商，对稠油深抽与设计诊断软件稠油深抽与设计诊断软件和和抽油机系统生产参数优化设计软件抽油机系统生产参数优化设计软件进行进行改进改进，使之使之适用于适用于油田稠油有杆泵井方案设计，指导生产管油田稠油有杆泵井方案设计，指导生产管理。理。二、二、二、二、超稠油有杆泵举升工艺技术研究超稠油有杆泵举升工艺技术研究超稠油有杆泵举升工艺技术研究超稠油有杆泵举升工艺技术研究推广推广减载器，减载器，提高深抽能力；提高深抽能力；运用运用防脱器防脱器，释放脱扣扭矩；，释放脱扣扭矩；应用评价应用评价助抽器助抽器，提高泵效；，提高泵效；泵挂与掺稀点泵挂与掺稀点分离设计，分离设计，下移掺稀点下移掺稀点，使混配，使混配点加深点加深678m678m；a.a.提高泵强度，提高泵强度，加深尾管加深尾管；b.b.可上提泵挂，可上提泵挂，改善杆柱受力改善杆柱受力；c.c.泵吸入点下移使液面抽得泵吸入点下移使液面抽得更深更深。继续改进推广配套工艺：继续改进推广配套工艺：三、存在问题及下步工作三、存在问题及下步工作2 2、下步工作、下步工作 1 1）继续研究）继续研究优化优化有杆泵结构，有杆泵结构，提高提高有杆泵在超稠油区块的有杆泵在超稠油区块的适应性适应性及及举升能力举升能力；2 2）建立粘度场、温度场模型，与厂家共同研究开发）建立粘度场、温度场模型，与厂家共同研究开发新型混配器，提高新型混配器，提高稀稠油稀稠油混配能力混配能力；3 3）提高泵筒抗拉）提高泵筒抗拉强度强度（70/3270/32、70/4470/44达到达到40t40t）实现泵下）实现泵下加深尾管加深尾管20002000m m以上，下移掺稀点；以上，下移掺稀点；4 4）继续进行泵型优化设计，达到以下目的：）继续进行泵型优化设计，达到以下目的：排量提升至排量提升至150150m m3 3；深抽能力提升深抽能力提升3030%，大于，大于20002000m m。配套工配套工艺运用情况运用情况统计类型类型井次井次备注备注减载器减载器2 2载荷载荷31%31%，深抽能力，深抽能力500500m m助抽器助抽器4 4提高泵效、混配效果提高泵效、混配效果防脱器防脱器1818脱扣井脱扣井次明显下降次明显下降混配点加深混配点加深5353平均稀油节约率平均稀油节约率7.5%7.5%杆柱设计优化杆柱设计优化8686组合、下深设计更优组合、下深设计更优小计小计1631632 2、下步工作、下步工作三、存在问题及下步工作三、存在问题及下步工作1 1 1 1）完善）完善）完善）完善采油某厂三采油某厂三采油某厂三采油某厂三抽设备分级管理办法抽设备分级管理办法抽设备分级管理办法抽设备分级管理办法 分分类管管理理，从从源源头控控制制躺躺井井率率，对旧旧抽抽油油杆杆分分批批管管理理、定定期期检测，严格格对旧旧抽抽油油杆杆进行行清清洗洗排排查检验工作，工作，强强制制废弃超弃超过使用年限的抽油杆使用年限的抽油杆；2 2 2 2）严格督促执行）严格督促执行）严格督促执行）严格督促执行试抽管理规定试抽管理规定试抽管理规定试抽管理规定 降降低低光光杆杆滞滞后后几几率率，泄