气液混抽泵设计.docx

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气液混抽泵设计

气液混抽泵设计

摘要：

随着社会的快速发展，我国的各行各业均得到迅猛发展，尤其在石油行业。

抽油泵是油田开发过程中的主要设备之一,往往油井中含有大量的气体而使抽油泵发生气锁，导致抽油泵不能正常工作，抽油效率下降。

本次设计在普通抽油泵的基础上，在开有小孔的泵筒上增加了中空管组件来改变了泵在抽油时的油气比，因而有效地改善了抽油泵的性能，提高了油田的原油产量,增加了油田开发的经济效益。

本文结合我国油田中普遍存在的油气比大的油井，这些油井中含有大量的溶解气体对抽油泵效率有明显影响，从现有的防气抽油泵为出发点开始研究。

首先介绍了国内外防气抽油泵的发展现状，接下来讨论了本次毕业设计的气液抽油泵的工作原理，初步确定了气液抽油泵的整体结构。

然后对气液抽油泵的整体结构、尺寸进行了设计计算，确定了泵的外径和泵筒的长度。

最后对抽油泵的主要零件，如泵筒、柱塞、泵阀、阀罩等进行了设计计算以及校核，并对抽油泵的排量进行了估算。

最终确定所设计的气液抽油泵能够有效防止气锁而正常工作。

关键词：

抽油泵；防气锁；气液抽油泵；结构设计

DesignofaGas-liquidmixingpump

Abstract:

Withthedevelopmentofsociety,theindustriesarerapiddevelopmentinchina,particularlyintheoilindustry.Pumpisoneofmainequipmentintheprocessofoilfielddevelopment.OftenitcontainslargeamountsofgasinoilWellsandmakesthepumpoccurgas-lock,whichcausedthepumpnottoworknormallyandtheefficiencyofpumpingdescend.Onthebasisofthepump,thedesignaddsthecentralhollow-outthetubecomponentstotheordinarypumpcylinderthatithassomeholestochangetheoiltogasratiointhepump,thusimprovetheperformanceofthepump,soastoeffectivelyimproveoilfieldoilproductionandtheeconomicbenefitofoilfielddevelopment.

Inthispaper,basedonthebigoil-gasratiosexistinginWellsinourcountry,whichcontainsalotofdissolvedgastohaveobviousinfluencefrompumpefficiency,andstartstudyingfromtheexistingpumpthatpreventsgas-lock.Firstly,itintroducesthepumppreventedgas-lockdevelopmentpresentsituation,thendiscussedthegraduateddesign,theworkingprincipleofthegastoliquidpump,andpreliminarilydeterminestheoverallstructureofthegastoliquidpump.Nextitdesignedandcalculatedthegastoliquidpumptotheoverallstructureanddimensions,determinedthepumpdiameterandthelengthofthepumpcylinder.Intheend,themainparts,suchaspumpcylinder,pumpplunger,pumpvalveandvalvecover,aredesigned,calculatedandcheckedforpump,thentheoutputvolumeiscalculated.Eventually,itdeterminesgastoliquidpumpwhattheydesigncanpreventeffectivelygas-lockandworknormally.

Keywords:

Pump;Preventgas-lock;Gastoliquidpump;Structuredesign

1绪论1

1.1课题背景及目的1

1.2抽油泵的发展概况1

1.3论文的研究内容3

1.4创新点3

2气液混抽泵的结构及工作原理4

2.1气液混抽泵的基本结构4

2.2气液混抽泵的工作原理4

3气液混抽泵的设计5

3.1抽油泵总体尺寸计算5

3.1.1油管直径与泵径的匹配5

3.1.2抽油泵长度5

3.2抽油泵的主要零件的设计与计算5

3.2.1古德曼图5

3.2.2泵筒的设计与计算8

3.2.3柱塞的设计与计算18

3.2.4泵阀的设计与计算21

3.2.5阀罩的设计与计算24

3.2.6中空管的设计与计算28

3.3泵的排量计算29

4结论31

参考文献32

致谢33

1绪论

1.1课题背景及目的

在石油开发过程中，油田多居于极复杂的环境，具有断层多，油、气、水分布复杂，油藏埋藏深、井况差、原始油气比高等特点，由于这些特点,使得油田在开发过程中地层压力、液面下降快，产量递减快。

随着油田的深入开发,气体对油井影响日益明显,泵效较低，甚至发生气锁等现象；较低的泵效严重影响着原油生产任务的顺利完成,气体影响是抽油机井泵效低的主要原因。

对于含气油井,消除或减少气体的影响是采油工程的主要任务之一。

然而在任意一个抽油泵中，固定阀与游动阀之间必定存在一段距离，称“防冲距”，其空间称“余隙容积”，充满油气混合物。

当柱塞下行时，泵筒内压力升高，余隙容积内气体受压缩，并溶解于油液中，而柱塞上行时，泵筒内压力迅速减低，溶解的气体自油液中分离、膨胀，占据一定的空间。

含气量较少时，气体膨胀后所占空间不大，对泵效影响不大，但当含气量较大时，膨胀气体可能占据柱塞在泵筒内移动的空间，且压力仍然不低于套管中的沉没压力，使固定阀打不开，抽油泵无法吸入。

这时柱塞只是使气体处于交替的压缩和膨胀状态，抽油泵不工作，，产生所谓“气锁”。

发生气锁时，没有油液排出，抽油机和泵将做无用功。

更为有害的是，在这种含气井中工作，抽油泵还会发生液击现象，加速了抽油杆柱、游动阀罩、固定阀罩油管等井下设备的损坏。

因此，必须设计一种新型抽油泵，来较好的解决这一情况，提高石油产量。

这时，能够在高油气达到同样效果的抽油泵--气液抽油泵就是很好的研究方向。

通过设计这种气液混合抽油泵，可以达到排气抽油或油气混抽的正常采油目的，避免了低效率、耗时耗力的工作。

尤其在这种油井里发生气锁时，免除了抽油机做无用功，对抽油杆等井下设备的损害，较好的解决油田中高油气比的油井的开采工作，相信这种抽油泵一定会在我国的石油行业，尤其各个油田得到广泛应用！

1.2抽油泵的发展概况

回顾我国的抽油泵发展史，在50年代，我国开始仿制东欧、苏联、罗马尼亚等等国的衬套抽油泵。

60年代，我国科技人员开始设计制造一些特殊泵，如防砂泵、防腐泵等等，但对预防井底严重的气体影响还没有真正解决。

70年代开始制造长冲程泵、稠油泵以及其他新型的泵。

然而设计水平和制造工艺的落后，再加上原材料的品种较少，远远不能满足油田井下各种复杂情况的需要。

80年代末期，抽油泵制造水平逐步由衬套泵发展到批量生产整筒泵，制造工艺、热处理工艺有较大的提高，新型泵的品种也不断增加。

但与国外相比，抽油泵的结构设计改进较少，新品种欠缺。

目前我国使用的抽油泵，有两种结构型式的杆式泵和四种结构型式的管式泵，杆式泵的使用数量仅占管式泵的1%，且杆式泵只有顶部固定型式，适应能力较差.我国抽油井基本上采用标准型泵，不能适应稠油、含砂、含水量大、含硫化氢等腐蚀性较强、结蜡严重等油井的生产。

近几年为研制异型泵做了大量工作,如江汉油田研制了长冲程泵，泵总长8.5m，内径70mm，外径90mm，采用软活塞配整体泵筒结构.与华北油田Bn型增距式抽油机配套使用，平均泵效达91%.目前我国抽油泵泵筒仍由多节短衬套组合而成。

过去每节衬套只有150mm长，现已大批生产每节300mm长的衬套。

近两年玉门石油机械厂已小批量生产CYB70/1.8～SGZY长筒泵。

还给辽河油田生产了CYB57/6GZY长筒稠油泵。

胜利油田也已小批量生产CYB70/燕GLY和cyB83/3.3GY型长泵筒无衬套金属柱塞抽油泵。

在长泵筒制造工艺方面，玉门石油机械厂近几年搞出了两种整体泵筒制造工艺，即大泵筒内壁镀铬和中型泵筒内壁辉光离子氮化。

泵筒材料大多用20CrM。

，经热处理后硬度为HRC60~62，此硬度低于井内工作介质中所含石英砂的硬度，故泵筒内表面往往被拉伤，严重影响抽油泵的使用寿命.

然而国内对于在高油气比的油井开采，为使高油气比油井生产正常，各油田作了大量工作，采取的技术主要从减少进泵液体中的含气比和降低进泵游离气对泵阀开启的影响2个方面进行。

前者主要由增大沉没度，降低冲次和采用各种气锚和适时放掉套管气来实现；后者则靠加大冲程长度，减少余隙容积及采用特殊结构的防气抽油泵来达到。

其中的主要差别在于防气抽油泵的防气原理不同，例如采用机械强制开启的游动阀以减小游离气对游动阀开启的影响；采用气液置换的防气泵或采用两级压缩抽油泵则是降低压缩腔内的油气比来提高泵效。

所以，上述防气泵皆是在普通抽油泵基础上对阀体或腔体进行了一些改进，或增添特种结构而成的新型防气泵。

上述改进能较好地防止气锁，提高泵效，但加工难度大，寿命不容易提高，且增加了操作难度。

以往，解决抽油泵气锁问题采取如下措施：

①在泵的结构上，减小柱塞在下死点处和固定阀间的余隙容积,使用双游动阀和两级压缩抽油泵，使用标枪阀做游动阀下行程强制打开。

但此方法泵安全强度差，结构复杂，成本高；②利用气锚将原油中的游离气体在没有进人泵筒之前分离出来,进人套管,定期放气。

这种方法对减少气体对泵工作的影响有一定效果。

但事实上所有气锚都不可能将游离气体全部分离出去，不能彻底解决气锁问题,而且定期排放套管气,对天然气资源也造成了浪费。

美国HarbisonFischer公司研制了一种可在气锁情况下使用的新型有杆泵,其泵筒上部为逐渐增大的锥形。

当柱塞上行接近上死点进入该锥形区后,泵的漏失量增加。

其结果可均衡柱塞和游动阀上下的压力,在柱塞下行时泵筒内可立即达到高压,使游动阀强制打开,这就可从根本上消除泵气锁,使其在产气量大的油井上正常使用。

矿场示功图测试表明,采用该种新型防气泵抽油,光杆的最小载荷增大,抽油杆柱的谐振减小,泵上杆柱承受的压缩载荷降低。

由此可见,采用它可从根本上消除泵气锁,缩小杆柱的应力范围。

还可消除泵的气、液击,减轻泵的杆管磨损,保证气量大