新型空心液力反馈稠油泵及其结构优化设计

石油机械设计计算新型空心液力反馈稠油泵及其结构优化设计崔之健12胡洪平2蒋树农3陈子光3胡元太23（1.西安石油大学石油工程学院2.华中科技大学力学系3中南大学力学与传感技术研究所）反馈、空心抽油杆和强启闭柱塞等诸多优点。提出实际抽油量最大化的结构优化法，运用这种方法对稠油泵的反馈泵泵筒直径和工作泵泵筒直径进行了优化匹配设计，可以在最大抽油泵外径固定的情况下，使抽油泵的实际抽油量最大。理论分析和数值计算表明：新型空心液力反馈稠油泵比普通抽油泵大大提高了理论排量；对不同的工作泵泵筒直径选择最优的反馈泵泵筒直径与之匹配，可使单行程实际抽油量达到最大。

　　其反馈泵泵筒直径和工作泵泵筒直径进行了优化匹由于稠油的粘度高，流动阻力大，用常规抽油泵抽取稠油时，常发生抽油杆柱下行困难和杆管偏磨现象，稠油进泵困难，泵的充满系数低，阀球关闭滞后，造成泵效较低，影响油井的生产效率。针对稠油抽取时经常遇到的问题，设计出一种新型空心液力反馈稠油泵（以下简称新型稠油泵），并对结构及液力反馈工作原理结构新型稠油泵结构如所示。空心抽油杆贯穿整个抽油管道，加热电缆在空心抽油杆内，和空心抽油杆组成加热回路。

　　2液力反馈的工作原理反馈柱塞与工作柱塞之间的空间称为工作腔。

　　上冲程时，空心抽油杆带动反馈柱塞和工作柱塞向上运动，两柱塞之间的距离不变，由于反馈柱塞的直径小于工作柱塞，此时工作腔容积减小，压力增大，游动阀关闭，反馈阀与反馈柱塞之间被强制开启，泵内液体经反馈阀排入油管直至地面。

　　下冲程时，由于摩擦力作用，反馈柱塞受重力向下的运动滞后于空心抽油杆，一部分油流仍能通过反馈柱塞进入泵上部。直到空心抽油杆带动反馈阀下行，反馈阀与反馈柱塞被强制关闭，油管内反馈柱塞以上稠油形成液柱压力作用在反馈柱塞上，对抽油杆产生一个向下的拉力（即液力反馈），它解决了抽油杆下行困难和杆管偏磨的问题。在此同时，工作腔容积增大，且由于工作柱塞的直径较大，故压力降低相对也较大。在沉没压力作用下，游动阀打开，油流顺利进入工作腔，解决了稠油进泵困难问题。

　　须注意：反馈阀与工作泵筒中游动阀的启闭形式不同，前者是在空心抽油杆带动下和反馈柱塞之间强制启闭的。

　　新型稠油泵综合了适合稠油开采方式的强启闭柱塞、空心抽油杆和液力反馈等优点。

　　空心抽油泵的反馈阀是采取机械强制性地开启和关闭11，可以防止气锁和增大过流面积，从而减小液体通过时的阻力，提高泵效。

　　当工作柱塞上行时，由于反馈柱塞与工作柱塞的直径差，造成工作腔内压力大，有利于原油上行，提高工作腔抽油效率121.在下行程时，油管内的液柱压力作用在反馈柱塞上，对空心抽油杆产生向下的拉力，使抽油杆柱在下行过程中处于受拉状态，从而解决了抽油杆柱在稠油井中下行难问题，有效地防止了抽油杆弯曲，减小了冲程损失和杆管偏磨，提高了泵效12.同时由于反馈柱塞和工作柱塞直径差，工作腔内压力与泵沉没压力之差增大，克服了稠油进泵困难。

　　采用空心杆过泵（或不过泵）电热开采技术实现了从泵下、泵内到泵上对油井产液的全过程加热，有利于稠油和高凝油的开采131.可不动管柱，通过空心抽油杆向泵下注入热载体和降粘剂，使原油粘度降低。通过空心抽油杆还可进行井下测试和对稠油层注入蒸汽，实施蒸汽吞吐工艺111.性能分析及结构优化新型稠油泵的当量泵径为=38.10mm，代入的弹性模量，-下泵深度，D当量泵径，m.惯性载荷对活塞冲程的影响入i所以在行程和冲次相同的情况下，HLB型抽油泵和新型稠油泵的理论排量之比为HLB型抽油泵的当量泵径为71994-201ChmaAcSei考虑静载荷和动载荷后的工作柱塞冲程故载荷下的泵效率n为气体对泵效的影响程度，用充满系数卩来表示，R表示泵内气油比，k表示余隙比，故气体下的泵效率n为如忽略漏失量的影响，单行程实际抽油量为700m，冲次n=10mn-1.在冲次和光杆冲程相同时，只需比较计算抽油泵的单行程实际抽油量。由上述推导可得出：在固定工作泵泵筒直径105mm时，不同的泵内气油比下，单行程实际抽油量随反馈泵泵筒直径的变化曲线见不同工作泵泵筒直径下单行程实际抽油量随反馈泵泵筒直径的变化曲线作泵泵筒直径下，单行程实际抽油量随反馈泵泵筒直径的变化曲线。由图可知，对不同的工作泵泵筒直径应选择不同的反馈泵泵筒直径最优值与之相匹配，使单行程实际抽油量达到最大。

　　由式（5）可知，反馈泵泵筒直径越小，P越大，单行程的理论采油量越大。同时也可知，越大，冲程损失越大，载荷泵效率越小，由式（7）得，工作柱塞的实际行程越小，此单行程的实际米油量也越小。由也可以看出，存在最优的反馈泵泵筒直径使得单行程抽油量最大。图中反馈泵泵筒内径最优值D1=50mm单行程抽油量最大值=2.26X10-2m3，而且泵内气油比R越大，D1应越小。所以在工作泵泵筒直径相同时，可以通过对反馈泵泵筒直径进行匹配优化，使抽油量达到最大。

　　结束语采取机械强制性启闭阀、液力反馈、空心抽油杆、电流或蒸汽加热降粘和降粘剂降粘等方法是抽取稠油的有效方法。在相同的径向尺寸下，新型稠油泵比普通抽油泵大大提高了理论排量。通过结构优化，可使反馈泵泵筒直径与工作泵泵筒直径相匹配，从而使抽油量达到最大。