浅谈气液混抽泵的设计

邓志坚

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。

关键词：抽油泵；防气锁；气液抽油泵；结构设计

一、绪论

（一）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。

因此，必须设计一种新型抽油泵，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。

二、气液混抽泵的结构及工作原理

（一）气液混抽泵的工作原理

柱塞上行时，井底原油经固定阀进入下部油室，由于低压和紊流，原油中气体膨胀，分离气泡上升至下部油室的顶部；而上一工作过程中存留于中间油室内的原油所含的气体处于受压缩状态，其气-液比低于下部油室；当柱塞脱离泵筒到达上止点时，中、下油室连通，两室混合液的气-液比介于连通前两室气-液比之间，低于井底原油的气-液比，因而使抽入的液体量增加。

柱塞下行时，固定阀关闭，上部油室中的气体向上运动，柱塞继续下行到一定位置，就有一部分液、气体被封闭在中间油室内；当下部油室内的液体压力等于或略大于柱塞腔内液体压力时，游动阀开启，下部油室中的液体通过柱塞流向上部油室；柱塞接近下止点时，上部油室与中部油室连通，中部油室液体中被压缩的气体逸出。直至下冲程结束，这样便完成了一个抽汲过程。

三、气液混抽泵的设计

（一）抽油泵总体尺寸

1、油管直径与泵径的匹配。管式抽油泵要与油管连接，故油管直径必须与抽油泵的泵型相匹配。（1）同一种泵型同一种规格的抽油泵可以与一种规格或者两种规格的油管相匹配，其目的是在空间允许的范围下提供较大的选择余地。（2）因为管式泵是插入式管，油管内径必须大于杆式泵最大外径，反映为油管尺寸代号比泵径尺寸代号前两位数值要大。

（二）抽油泵的主要零件的设计

1、泵筒的设计。泵筒是抽油泵的主要零件，柱塞在其内做往复运动，抽汲油液，它又是固定阀、泵筒接箍的支持件，因此加工难度较大。对泵筒的性能要求。第一、泵筒与柱塞形成一运动副，要保证柱塞运转和往复运动灵活无阻卡，且磨损均匀；第二、保证泵筒与柱塞之间有足够的密封能力；第三、要有足够的强度、刚度和疲劳强度，能适应深抽需要；第四、要有较好的耐磨性；第五、要有较好的抗腐蚀能力。2、柱塞的设计。柱塞是抽油泵重要零件，它与泵筒组成一个运动副，同时它又是游动阀、柱塞上部阀罩等零部件的支持件。对柱塞的性能要求。第一、柱塞的材料、强化工艺应与泵筒构成理想的匹配。第二、要有足够的强度、刚度；第三、要有较好的耐磨、抗腐蚀能力；第四、尽量减少液力损失。3、泵阀的设计。泵阀由阀球与阀座组成，是抽油泵重要组件和易损件。它对抽油泵的泵效与工作可靠性有很大的影响。（1）对泵阀的性能要求。第一、有良好的密封性能，以保证抽油泵在各种工况下正常工作；第二、有良好的密封稳定性，使球阀及时在异常力作用下仍能工作；第三、阀球启闭灵活、迅速，不得有阻滞现象，更不允许卡死；第四、阀座孔面积较大，入口处阻力较小；第五、阀球开启瞬间的过流面积较大，提高进油效能；第六、对阀座口上沉积物有较强的冲刷能力，保证工作可靠；第七、有较好的耐磨性能，较强的抗腐蚀能力和较大的密度。

4、阀罩的设计。（1）对阀罩的性能要求。第一、有良好的导向性能，减少球在球室内飘忽，提高抽油泵充满系数；第二、有适度的流道面积，减少液力损失；第三、合理的阀球回跳高度；第四、有足够的强度、适当的硬度与耐磨性，良好的抗腐蚀能力。（2）阀罩的材料。阀罩一般用碳钢、合金结构钢、不锈钢等材料制造，组合型阀罩的芯子也有用耐磨合金制造。

热处理用调质工艺，硬度HB229—269。

槽型球室型闭式阀罩，它是一种整体结构的闭式阀罩。选用球室内有四条圆弧状凹直槽，形成主要的液体流道。并选用钻与直槽相应的直孔出油孔。上游动阀罩选择开口阀罩，下游动阀罩选择四槽型球室的闭式阀罩，固定阀罩选择倒坛形的闭式阀罩，材料选择45# 镀镍碳素钢，热处理工艺使用调质，硬度为HB229 ～ 269。

5、中空管的设计。中空管也是气液抽油泵的主要零件之一，它和泵筒共同组合成中空管组件，为抽油过程中气体的流动开辟了空间，以实现气液混抽的目的。它装配在泵筒外边，相当于外泵筒，因此需要按泵筒的要求进行设计。（1）对中空管的性能要求。保证与泵筒之间有足够的密封能力；要有足够的强度、刚度和疲劳强度，能适应深抽需要；要有较好的抗腐蚀能力。

参考文献：

[1]李顺平，李华斌，吕瑞典，孙三朵.防气抽油泵防气原理研究[J].石油矿场机械，2008，37（5）：100.

[2]李繼志，陈荣振.石油钻采机械概论[M].山东：中国石油大学出版，2006：319-321.