探究抽油泵基本原理及管理對(duì)策

劉翔宇，胡如意，丁建軍

（渤海石油裝備（天津）新世紀(jì)機(jī)械制造有限公司，天津 300280）

抽油泵在很多行業(yè)中都具有重要作用，針對(duì)抽油泵的基本原理進(jìn)行探究，可以促使抽油泵的實(shí)踐效果增強(qiáng)，并及時(shí)地發(fā)現(xiàn)抽油泵技術(shù)的不足，盡快地加以完善。抽油泵在實(shí)踐中的應(yīng)用效果受到了很多因素的影響，針對(duì)抽油泵泵效進(jìn)行提升，屬于當(dāng)前很多抽油泵生產(chǎn)企業(yè)以及抽油泵的應(yīng)用單位的共同目標(biāo)。深度探究抽油泵的基本原理，能夠?yàn)槌橛捅玫墓芾硖峁┟鞔_的方向，提高抽油泵的整體應(yīng)用水平，促使抽油泵發(fā)揮預(yù)期的作用。

1 抽油泵的基本原理

1.1 抽油泵的概念及其類型

抽油泵的應(yīng)用環(huán)境通常比較復(fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)在油井中，作為井下裝置，抽油泵的結(jié)構(gòu)也十分復(fù)雜。泵筒、排出閥、吸入閥、活塞等屬于抽油泵最關(guān)鍵的組成部分。不同的行業(yè)應(yīng)用需求、應(yīng)用條件都有所不同，為此整體來看，抽油泵包括管式抽油泵、桿式抽油泵。桿式抽油泵與管式抽油泵在實(shí)踐應(yīng)用中具有不同的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)。例如，很多液面相對(duì)比較低的油井中，桿式抽油泵的應(yīng)用效果更好，能夠滿足大部分的應(yīng)用需求。分析桿式抽油泵會(huì)發(fā)現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)和性能具有明顯的特點(diǎn)。桿式抽油泵相較管式抽油泵，在很多產(chǎn)量相對(duì)較少的油井中應(yīng)用價(jià)值更高，因?yàn)槠浔脧?、泵排量等都比較小，加之桿式抽油泵的工作筒包括內(nèi)部、外部?jī)蓪樱鋺?yīng)用過程中出現(xiàn)故障也可以快速地完成檢修，整體維修管理效率比較高。

與桿式抽油泵相比，管式抽油泵也具有明顯的優(yōu)勢(shì)，屬于油田作業(yè)中應(yīng)用范圍比較廣的儀器之一。管式抽油泵的應(yīng)用成本比較低，因?yàn)橄噍^桿式抽油泵其結(jié)構(gòu)比較加單，與桿式抽油泵相比泵排量、泵徑都更大。由于管式抽油泵的這種設(shè)計(jì)原理，使得管式抽油泵在下井之前需要先組裝，但因?yàn)檎w效率比較高，目前十分受歡迎。應(yīng)用管式抽油泵的缺點(diǎn)是其檢修維護(hù)的時(shí)間成本、人力成本都比較高，一旦出現(xiàn)故障，則容易影響采油工作。管式抽油泵的檢修維護(hù)難度還與下泵深度、油井環(huán)境條件等有關(guān)。

1.2 抽油泵基本的工作原理

抽油泵的基本原理探究可以從其結(jié)構(gòu)、性能著手。

抽油泵包括泵筒、排出閥、吸入閥以及活塞等4 個(gè)組成部分。為此抽油泵的運(yùn)行過程中，其必然有一個(gè)組成部分承擔(dān)著主動(dòng)件的作用，抽油泵中的活塞就是主動(dòng)件。主動(dòng)件在抽油泵中主要是起到改變泵內(nèi)壓力的作用。有主動(dòng)件，就會(huì)有從動(dòng)件，在抽油泵中從動(dòng)件指的是泵閥，泵閥的啟動(dòng)受到了閥球上下壓力的影響。泵閥打開后，閥座孔內(nèi)會(huì)有液體流過。具體可以從抽油泵在上沖程、下沖程的工作狀態(tài)進(jìn)行分析。上沖程中抽油泵完成的工作室排出液體的任務(wù)，所以抽油泵要在油井內(nèi)吸入液體。操作的時(shí)候會(huì)通過抽油桿柱完成柱塞的拉動(dòng)任務(wù)，液柱的壓力會(huì)導(dǎo)致游動(dòng)閥關(guān)閉，如此便可以讓后續(xù)的一系列運(yùn)動(dòng)過程順利。原油要順利地吸入抽油泵的泵內(nèi)，柱塞下方的泵腔容積需要不斷地增大，達(dá)到降低泵內(nèi)壓力的時(shí)候，便可以確保原油吸入。液體這時(shí)候都積聚在抽油泵的柱塞上，抽油泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可以讓原油排到地面。即抽油泵的采油過程具有循環(huán)性，抽油泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)決定了采油的效率。抽油泵的泵內(nèi)會(huì)有一定的壓力，這一壓力與沉沒壓力要有壓力差，而且通常是前者低于后者，才能夠促使液體順利地進(jìn)入泵內(nèi)。

抽油泵的下沖程中抽油桿柱、柱塞自然都依然發(fā)揮著作用，而且與上沖程的運(yùn)動(dòng)方向相反。在下沖程中值得注意的是抽油泵的泵內(nèi)壓力與抽油泵的液柱壓力，只有當(dāng)這兩者存在壓力差，而且是前者大于后者的時(shí)候，泵排液才會(huì)產(chǎn)生。固定閥、游動(dòng)閥之間會(huì)存在液體，這些液體會(huì)受到柱塞的壓縮，繼而促使泵內(nèi)壓力不斷地增加，讓固定閥、游動(dòng)閥在需要的時(shí)候關(guān)閉、頂開，以達(dá)到排出泵內(nèi)液體的目的。抽油桿、油管在抽油泵的下沖程運(yùn)行狀態(tài)中的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)縮短、伸長(zhǎng)的情況，這與柱塞上的液體壓力轉(zhuǎn)移有關(guān)。

2 抽油泵泵效的影響因素及其對(duì)策

2.1 影響因素

影響抽油泵泵效的因素非常多，涉及主客觀兩個(gè)方面。抽油泵在應(yīng)用過程中由于應(yīng)用環(huán)境十分復(fù)雜，應(yīng)用過程缺乏規(guī)范性，抑或者抽油泵本身的結(jié)構(gòu)和性能存在問題，便會(huì)導(dǎo)致抽油泵在使用過程中出現(xiàn)漏失現(xiàn)象，甚至在一些具體的情況下，還會(huì)發(fā)生閥門關(guān)閉滯后等問題，抽油泵的泵效會(huì)明顯降低。很多抽油泵的應(yīng)用人員在抽油泵下井前對(duì)抽油泵的檢修不到位，以至于抽油泵的漏失問題沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，下井后漏失現(xiàn)象嚴(yán)重。很多油井的井斜相對(duì)比較大，應(yīng)用抽油泵的時(shí)候抽油泵會(huì)因此受到較大程度的磨損，抽油泵的泵效明顯降低。針對(duì)抽油泵的清理維護(hù)效果較差，也會(huì)導(dǎo)致很多抽油泵內(nèi)存在雜質(zhì)污垢，影響泵內(nèi)壓力，繼而導(dǎo)致排出液體的效果較差。

抽油泵運(yùn)行過程中，無(wú)論是上沖程還是下沖程，其油管以及抽油桿都會(huì)伸長(zhǎng)或者縮短，會(huì)產(chǎn)生沖程損失，影響到抽油泵的泵效。分析抽油泵的材料力學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)，其在運(yùn)行過程中上下沖程的損失十分明顯，一旦沒有及時(shí)地調(diào)控抽油泵的關(guān)鍵技術(shù)，可能導(dǎo)致抽油泵的泵效遠(yuǎn)不如預(yù)期。當(dāng)操作人員控制不當(dāng)，導(dǎo)致抽油泵的沖程過大的時(shí)候，抽油泵會(huì)因?yàn)閼T性載荷而泵效降低。抽油桿作為抽油泵十分重要的組成部分，當(dāng)其性能不佳的時(shí)候，會(huì)引起沖程滯后性等問題。不同的油井環(huán)境與條件不同，原油的性質(zhì)存在一定的差別，當(dāng)原油的黏度過高的時(shí)候，抽油泵泵效也會(huì)受到消極影響。抽油泵的抽油桿柱會(huì)因?yàn)槠浔脙?nèi)壓力而變形、彎曲，沒有及時(shí)檢修，輕則出現(xiàn)沖程損失，重則導(dǎo)致抽油泵故障，無(wú)論哪種情況，都會(huì)降低抽油泵的泵效。

沉沒度低也屬于抽油泵泵效降低的影響因素，因?yàn)槌翛]度低會(huì)導(dǎo)致泵筒液體無(wú)法順利充滿，自然地排出地面的液體就會(huì)比預(yù)期少。分析此種影響因素，可以發(fā)現(xiàn)泵筒容積會(huì)受到氣體的影響，當(dāng)氣體壓力越大對(duì)泵筒容積的擠壓就越大，泵筒容積不斷地縮小，能夠進(jìn)入泵筒內(nèi)的液體就會(huì)越少，抽油泵的泵效當(dāng)然無(wú)法達(dá)到預(yù)期。抽油泵在不斷地使用的過程中，其各個(gè)組成部分都會(huì)受到應(yīng)用環(huán)境與條件的影響，各個(gè)零部件之間也會(huì)磨損，繼而出現(xiàn)不同程度的磨損、腐蝕，對(duì)抽油泵整體性能產(chǎn)生消極的影響，導(dǎo)致抽油泵的泵效降低。

2.2 對(duì)策

為了確保抽油泵的泵效達(dá)到預(yù)期的水平，應(yīng)當(dāng)針對(duì)抽油泵的采購(gòu)、檢修以及操作各環(huán)節(jié)的工作加以控制，提高抽油泵的整體管理水平。抽油泵應(yīng)用過程中沖程的沖距對(duì)其泵效存在直接的影響，為了避免產(chǎn)生沖程損失，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況，調(diào)整抽油泵的沖距，促使其始終處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)中。應(yīng)用抽油泵之前，應(yīng)當(dāng)對(duì)應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用條件等進(jìn)行勘測(cè)研究，基于精準(zhǔn)的參數(shù)指定應(yīng)用方案，以確保抽油泵泵掛的深度科學(xué)、合理，能夠促使抽油泵泵效達(dá)到預(yù)期。抽油桿、桿柱作為抽油泵重要的組成部分，兩者之間的組合要合理，并且要在抽油泵下井之前進(jìn)行試驗(yàn)，確定其符合應(yīng)用方案之后方可以投入使用。油井的深度較大的時(shí)候，為了確保抽油泵泵效良好發(fā)揮，應(yīng)當(dāng)采用油管錨提高抽油泵的應(yīng)用穩(wěn)定性。很多油井內(nèi)部的氣體含量相對(duì)比較高，應(yīng)用氣錨可以解決一定的問題。原油的性質(zhì)對(duì)抽油泵的泵效影響也比較大，所以當(dāng)遇到了黏度比較高的原油時(shí)，要選擇有效降低黏度的手段。不同的抽油泵適用不同情況的油井，提前做好勘測(cè)計(jì)算工作，可以選擇最佳的抽油泵開展采油工作。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，提高抽油泵的泵效，以及延長(zhǎng)抽油泵的使用壽命，都可以通過低沖次、長(zhǎng)沖程的操作方式來達(dá)成。

3 抽油泵的常見故障及其管理對(duì)策

3.1 常見故障

液擊、氣體等都屬于抽油泵在運(yùn)行過程中比較常見的問題，對(duì)抽油泵泵效的影響非常大。抽油泵上沖程的時(shí)候，容易受到很多因素的影響而出現(xiàn)供液不足的問題，也會(huì)出現(xiàn)抽油泵其他組成部分堵塞的現(xiàn)象，泵排量因此受到較大的影響。抽油泵的泵腔內(nèi)只有充滿液體的時(shí)候，其排出地面的液體才會(huì)達(dá)到預(yù)期。但是，當(dāng)此類故障存在的時(shí)候，泵腔內(nèi)往往液體不足，泵腔頂部的氣壓會(huì)與泵腔液體充滿時(shí)不一樣，發(fā)生低氣壓頂問題的概率比較大。加之抽油泵處于長(zhǎng)沖程的狀態(tài)中，這種問題對(duì)泵效的影響不明顯，但是一旦進(jìn)入下沖程，抽油泵的游動(dòng)閥會(huì)關(guān)閉，液壓在這樣的情況下升高速度非?？?，抽油泵的游動(dòng)閥又會(huì)打開，這樣反復(fù)循環(huán)，抽油泵會(huì)發(fā)生故障，導(dǎo)致抽油泵無(wú)法正常使用。

氣體是抽油泵出現(xiàn)氣鎖現(xiàn)象的重要誘因。抽油泵在運(yùn)行過程中，其泵筒內(nèi)部的氣體會(huì)發(fā)生變化，會(huì)受到油井內(nèi)部的游離氣體的影響，泵筒內(nèi)部的容積減小，則會(huì)導(dǎo)致泵筒內(nèi)的液體納入不足，影響抽油泵的泵效。很多抽油泵的檢修維護(hù)力度不夠，會(huì)導(dǎo)致抽油泵的泵筒內(nèi)以及其他部分或縫隙存在余油或者雜質(zhì)污垢，以至于在應(yīng)用過程中出現(xiàn)氣鎖現(xiàn)象，導(dǎo)致抽油泵出現(xiàn)不同程度的故障，消極影響比較多。固定閥、游動(dòng)閥都屬于影響抽油泵泵效的重要部件，而固定閥、游動(dòng)閥的開啟、閉合會(huì)影響泵筒內(nèi)的氣體，一旦這部分零部件的協(xié)作存在問題，抽油泵的泵效必然受到影響。

3.2 管理對(duì)策

為了確保抽油泵的泵效達(dá)到預(yù)期，延長(zhǎng)抽油泵的使用壽命，降低抽油泵的使用成本，應(yīng)當(dāng)根據(jù)抽油泵的結(jié)構(gòu)性能、應(yīng)用環(huán)境與條件等制定抽油泵管理對(duì)策。在實(shí)踐中針對(duì)應(yīng)用過的抽油泵進(jìn)行定期的檢修、維護(hù)，及時(shí)地清除抽油泵各個(gè)零部件的雜質(zhì)和污垢，按照要求和標(biāo)準(zhǔn)清洗抽油泵。針對(duì)抽油泵的使用方法要加以規(guī)范，降低抽油泵的故障率。例如，在操作過程中合理控制抽油泵的沉沒度，確保抽油泵的使用效果達(dá)到最佳。很多單位在應(yīng)用抽油泵的時(shí)候，對(duì)抽油泵的清洗不到位，以至于抽油泵的泵筒容積變小，充滿度較差。安排專業(yè)的人員定期清洗一方面可以提高清洗的效果，另一方面，可以做好各種記錄，能夠更好地控制抽油泵的泵效。碰泵的方法實(shí)施的時(shí)候，要選擇泵徑合理的大泵，也要針對(duì)抽油泵的實(shí)際情況進(jìn)行分析，當(dāng)其存在脫節(jié)器的時(shí)候，不能采用碰泵這種方法。

優(yōu)化抽油泵的應(yīng)用環(huán)境與條件，可以提高抽油泵的泵效，也可以降低抽油泵的故障率。通常情況下，積極開展洗井工作，可以為一系列的施工創(chuàng)造有利的條件。對(duì)抽油泵的使用而言，洗井可以讓那些會(huì)影響抽油泵運(yùn)行效率的雜質(zhì)、污垢，尤其是鐵銹、蠟等及時(shí)地清除。洗井的過程中，要安排專業(yè)的技術(shù)人員操作，避免造成不良后果。井筒內(nèi)的洗井液的注入方式、注入量等都要合理，以避免對(duì)油井造成破壞。洗井液的選擇要結(jié)合洗井的需求加以確定，一些油井內(nèi)部的砂礫較多、油層較厚，控制油管出口與井底兩個(gè)部位的壓力差，能夠增強(qiáng)洗井的效果。在抽油泵的使用過程中積極地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，針對(duì)抽油泵的檢修維護(hù)記錄加以分析，能夠?yàn)槌橛捅玫慕Y(jié)構(gòu)性能優(yōu)化提供客觀的數(shù)據(jù)，促使抽油泵的技術(shù)水平不斷地提升，能夠在應(yīng)用實(shí)踐的過程中發(fā)揮出預(yù)期的泵效，延長(zhǎng)抽油泵的使用壽命，促使采油企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，深入地探究抽油泵的基本原理，可以促使應(yīng)用抽油泵的工作人員及時(shí)地、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)抽油泵存在的問題，結(jié)合基本原理采取最規(guī)范的使用方法，提高抽油泵的應(yīng)用效果。探究基本原理對(duì)抽油泵維護(hù)管理也具有積極的作用，技術(shù)人員與管理人員溝通、交流，全面地把握抽油泵的實(shí)際情況，抓住抽油泵管理的重點(diǎn)、難點(diǎn)，制定完善的管理方案，能夠降低抽油泵的故障率，降低抽油泵的應(yīng)用成本，促使抽油泵創(chuàng)造最大化的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。