2大庆油田有限责任公司第四采油厂第一油矿维修队 163000；
3大庆油田有限责任公司第四采油厂第二油矿五区五队 163000
摘要：抽油泵是目前石油开采中应用最为广泛的机械采油设备之一，在国内80%以上的油井采用抽油泵进行石油的开采，因此抽油泵的效率是影响石油开采成本重要的指标之一。目前国内大部分油田已进入开采后期，井下原油储量逐渐减少，气、水含量逐渐增大，同时新的驱油技术不断发展，都对抽油泵提出了新的要求。本文以抽油泵为研究对象，研究抽油泵气液两相流动机理，并借此探讨在高含气井中提高抽油泵容积效率和防止发生气锁的可能途径。
关键词：抽油泵；防气性能；气液两相流动
引言：在油田开发过程中，抽油泵仍然是最主要的人工举升设备，因此抽油泵的效率直接影响到油田的生产效率和生产成本。随着油田的不断开采，在油田开采中后期的油井或动液面低的油井，以及在CO2驱油井中抽油泵容积效率不超过30%，特别是高气液比的油井，气体是影响抽油泵容积效率的主要因素。
1.抽油泵内部气液两相流动特性
抽油泵内部气液两相流流动机理与垂直管气液两相流相似，但又有所不同。相同之处在于抽油泵工作部分的泵筒就是一个垂直管，气液两相介质从井下垂直向上流动，其结构形式与垂直管气液两相流相同。不同之处在于抽油泵泵筒内的气液两相流会随着抽油泵游动阀和固定阀的开启和关闭处于不同的流动状态。固定阀和游动阀处于关闭状态时，泵筒内的气液两相流处于密封状态，随着柱塞的运动，气体压缩或膨胀；固定阀开启游动阀关闭，井下气液两相流介质进入泵筒；固定阀关闭游动阀开启，泵筒内的气液两相流介质进入油管。正是由于以上原因，使得抽油泵内气液两相流流动更加复杂，不能直接应用垂直管气液两相流研究方法进行研究，而需要对抽油泵工作过程进行分析，研究在抽油泵在整个工作过程中气液两相的流动特性，得出抽油泵内部气液两相流流动机理，为抽油泵的提高容积效率、防止气锁提供理论支持。
2.防气抽油泵防气性能研究
防气抽油泵是为含气量较高的油井研制的特殊抽油泵。一般是在普通抽油泵的基础上进行了局部结构的改进设计，以满足高含气率的要求。防气抽油泵的的作用一方面在含气率很高时可以防止气锁的产生，另一方面在含气率不大时可以提高抽油泵的效率。下面分析几种常见的防气抽油泵的内部流动特性，研究其不同的工作特性和适用范围。通过对现有防气泵的研究发现目前防气泵主要分为两大类，一类是通过改变抽油泵本身的结构来实现防气锁，另一大类是通过额外增加一些附件，来强行开启游动阀或固定阀，实现防气锁功能。由于第二类防气泵结构与普通抽油泵完全相同，只是通过强开结构将泵阀强行开启。而第一类防气泵结构与普通抽油泵不同，使得气液两相介质在其中的流动特性发生变化，因此本章所研究的是第一类防气泵，包括：拔出式防气泵、中排气防气泵、中空防气泵，而多换气腔的液气混抽防气泵实际就是在中空防气泵的基础上，多设置几段中空段，原理完全相同，在此也不做研究。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于防气抽油泵的研究主要是对其防气锁能力的研究，除此之外还需要对其在正常工况下的容积效率继续研究，以保证防气抽油泵既能够防气锁，又可以高效率的运行。
2.1中排气防气泵
中排气防气泵是在泵筒中部开有与油套环空相连通的排气孔。所开孔的位置要保证在整个冲程范围内油管不能与套管连通，即在下死点时开孔要被柱塞挡住而不与油管相通，因此中排气防气泵柱塞的长度应该和冲程一样，或者差别不大。（1）井下含气率低。当井下含气率低时，中排气防气泵工作原理与普通抽油泵相差不大。从下死点开始，游动阀关闭，中排孔被柱塞挡住使得套管与泵筒无法连通，此时中排气防气泵与普通抽油泵相同。（2）井下含气率高。当井下含气率高时，中排气防气泵柱塞从下死点到中排孔位置时泵筒内压力仍然
未达到固定阀开启压力，固定阀和游动阀均关闭，抽油泵没有从井下吸入介质。当柱塞继续上行越过中排孔后，中排孔将泵筒与套管直接连通。连通瞬间泵筒内压力大于套管压力，泵筒内介质将通过中排孔排出到套管内。当泵筒内压力与套管压力相等后，随着柱塞上行，会有介质通过中排孔吸入到抽油泵。因此中排气防气泵可以解决普通抽油泵气锁后无法吸入介质的问题。
2.2中空防气抽油泵
中空防气抽油泵简称中空防气泵，将泵筒分成上下两段，上下两段之间用比泵筒直径更大的连接管连接，使泵筒中间有一个中空段。上冲程时，游动阀关闭。下死点处固定阀也关闭，经过柱塞一段上行后泵筒内压力降低到固定阀开启压力，固定阀开启并从井下吸入介质；此时由于中空段与油管连通，油管介质经过气液分离后在油管下端主要是分离后的液态介质，因此中空段内为含气率很低的气液两相介质。当柱塞下端面越过中空段时，中空段中的介质与泵筒内的介质进行混合，使泵筒内的介质含气率下降，同时由于气液的分离，中空段内的介质含气率比泵筒内的高，从而实现了气、液交换的目的；下冲程时，固定阀关闭。上死点处游动阀也关闭，经过柱塞一段下行后泵筒内压力升高到游动阀开启压力，游动阀开启并将泵筒内的介质排出到油管中。到下死点后，中空段又与油管连通，中空段中的高含气率介质与油管中的低含气率介质进行气、液交换，使中空段中的介质含气率下降。
2.3拔出式防气泵
拔出式防气泵是在泵筒上部有一个圆锥面，在接近上死点时，柱塞进入锥段，泵筒与柱塞间隙增大将泵筒与油管连通，使泵筒内压力等于液柱压力也即是游动阀开启压力。当柱塞开始向下运动时，泵筒内压力迅速升高，游动阀很容易开启。
结语：研究表明，中排气防气泵是通过在气锁时中排孔代替固定阀吸入井下介质，代替游动阀排出气相介质使泵筒内含气率逐渐降低最终解除气锁；中空防气泵发生气锁后，通过中空段将油管中获得的液相介质与泵筒内的气相介质交换，使泵筒内的介质含气率下降，到达解除气锁的目的；拔出式防气泵通过在每个上冲程的末期从泵筒中拔出，使泵筒与油管连通，将油管下端分离出的液相流入泵筒内，从而降低泵筒内的含气率，避免气锁。
参考文献：
[1]万国强，李法军，孙冰，et al.基于FLUENT的液气混抽泵动态模拟与现场应用分析[J].石油机械，2017（2）.
[2]徐德鹏.抽油机井合理沉没度技术界限研究[J].化工管理，2018.
论文作者:边庆伟1,吕洋2,刘璞3
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/26
标签：油泵论文; 气泵论文; 介质论文; 油管论文; 两相论文; 井下论文; 压力论文; 《基层建设》2019年第5期论文;