石油学报利用低摩阻柱塞抽油泵提高泵效及防偏磨技术的应用韩修廷1王德喜2王研3周录方1王秀玲1（1.大庆油田有限责任公司技术发展部黑龙江大庆163453；2.大庆油田有限责任公司采油六厂黑龙江大庆163114；3大庆油田有限责任公司采油一厂黑龙江大庆163114）磨机理进行了分析，研制并应用聚合物驱低摩阻柱塞泵解决了摩阻小、漏失量也小的难题。实施了防偏磨配套技术，研制了3种杆串在线测试仪，解决了杆菅偏磨的问题，延长了杆菅工作寿命，提高了泵效。
基金项目：黑龙江省重点科技攻关项目（GB03A502）资助。
工程师，研究方向为采油工程及机械采油。E-mail：hanxiutpetrochina 1抽油机井偏磨机理11抽油杆柱的机械摩阻抽油泵柱塞与泵筒均存在轴线度和椭圆度，并且柱塞与泵筒之间的间隙小，特别是在泵抽聚合物流体中含固相微粒较多时，抽油泵的摩擦阻力更大，室内试验发现，抽油机冲数和聚合物浓度变大，实测轴向压力也变大。对于高浓度聚合物驱油井，泵间隙小使柱塞下行阻力达6kN以上。大量实验证明，泵间隙越小，泵径越大，泵速越高，聚合物浓度越大，泵的机械摩阻也越大。
2抽油杆屈曲及磨损抽油杆柱的长度与直径比可达40 000，因而其轴向压力很大，杆柱极易发生失稳或正弦及螺旋弯曲。杆柱发生正弦屈曲和螺旋屈曲的临界长度及临界载荷计算公式为1二旋屈曲临界载荷作用下中位点到泵端的距离，m；q为杆柱的有效重量，N/m；/zx和Flx分别为正弦和螺旋屈曲临界载荷，N.当抽油杆柱的轴向压力大于正弦屈曲临界载荷时，抽油杆对管壁产生正压力。抽油杆接箍和油管之韩修廷等：利用低摩阻柱塞抽油泵提高泵效及防偏磨技术的应用间的侧向力计算式为侧向力，N/m；Fa为轴向压力，N；为抽油杆接箍和油管内壁之间的距离，m.正压力不同，杆管磨损量也不同。由屈曲产生的分布阻力fh由下式计算：用式（5）和式（6）计算了不同轴向压力时抽油杆和油管的磨损量。当轴向压力达到6kN时，fe2mm的抽油杆接箍的磨损量为1mm/a.抽油杆在油管内往复运动过程中，1 m长的弹性杆在载荷周期性的变化时会产生振动。测试研究发现，井下杆柱的振动力较大，*大值为259kN.杆柱受力中和点以下的部分受压状态也随振动而变化，*大受压值也随之增加，并形成瞬间的侧向力。由式（5）可知，偏磨程度加剧，使杆管摩擦力增大。
柱塞与泵筒间隙及过流通道的下行阻力作用在抽油杆上，底部*大，向上逐渐减小，到中和点为零载荷。
该力致使杆柱失稳，并产生侧向力。抽油杆柱的振动力影响中和点以下部位的受压状况，使*大受压值增加。聚合物驱油井抽油杆在相对流动的粘弹性液体中受到法向力作用，并且分布在整个杆柱上121.所以聚合物驱油井的抽油杆承受上述三种力；不含聚合物井的抽油杆主要受轴向力导致的侧向力的影响。
2高效低摩阻柱塞抽油泵1低摩阻柱塞泵的结构及原理低摩阻柱塞泵由柱塞、泵筒及游动凡尔和固定凡尔组成131，柱塞与泵筒间隙配合，游动凡尔通过丝扣连接在柱塞内，其特征是在柱塞外圆上加工多个环槽，增大了柱塞与泵筒的间隙，达到降低摩阻的目的。流体经过宽、窄槽部位，使其局部阻力增加，从而减少漏失。特别是采出聚合物粘弹性液体时，长分子链在低摩阻泵的缝隙中收缩、扩张，产生拉伸应力，增加了水力摩阻，减缓了聚合物流体在缝隙中的流动速度，从而减少漏失量。
流体在常规泵间隙中流动，单位长度的压力损失hw可用下式计算4：环行槽低摩阻泵单位长度压力损失为由于粘弹流体增加的阻力。
在柱塞表面增加大量环行槽，一个槽产生2次局部损失，总槽数为n时，将产生2n次局部损失。试验数据表明，在单位长度上，局部摩擦阻力远大于沿程摩擦阻力，特别是含聚合物的粘弹性流体的局部摩擦阻力更大。因而得出由式（7）和式（8）可导出2低摩阻泵漏失量的计算常规泵的漏失量计算公式为151环行槽低摩阻泵的漏失量计算公式为161长度的压力损失，MPa/mm；f为含聚合物介质的粘对比式（9）和式（10）得因泵的摩檫阻力与漏失量成反比，环行槽低摩阻低摩阻柱塞泵结构剖面泵压力损失较大，所以q， 因此，环行槽低摩阻泵可在降低漏失量的同时降低摩阻，进而可以减小偏磨、提高泵效和降低能耗。 4低摩阻泵参数优化设计低摩阻泵柱塞槽间距a槽宽b槽深d柱塞与泵筒间隙―Di为变量，对试验数据进行了回归。低摩阻泵在稳压10MPa时的摩阻和漏失统计模型为Qf776泵筒内径，mm；n为聚合物溶液的质量浓度，mg/L；Fi为低摩阻泵的摩阻，N.把实测的乃，乃，16、和值代入式（12）和式（13），可以求出QuFuQ和F，计算值和实测值的相对误差小于10%以柱塞的环形间隙及槽的几何参数为变量，以漏失量和摩阻*小为目标，进行了正交系方法方案优化。 计算出聚合物浓度为300mg/L、泵径为83mm低摩阻泵的优化结构尺寸为：槽宽b为2 9mm；槽间距a为8mm；槽深d为15mm；柱塞与泵筒间隙为0139mm.2 5低摩阻泵的漏失量和摩阻室内试验低摩阻泵与常规柱塞泵的漏失量和摩阻对比试验结果表明：在相同试验条件下，随着泵间隙的增加，两种泵的漏失量的差别逐渐增加，低摩阻泵漏失量明显低于常规泵以及API标准漏失量。间隙相同时，常规泵的摩阻远大于低摩阻泵。试验结果也证实，低摩阻泵降低漏失量的同时也降低了机械摩阻。这一现象在举升含聚合物流体时，效果尤为明显。 3抽油机井轴向受力测试为了测试井下抽油杆受力状况，发明了可实时在线测量抽油杆柱任意位置所受拉力、压力和侧向力的狈赋仪，解决了井下在线拉压、侧向力测试问题。 1测试原理拉压力及侧向力测试仪器w的测试原理：测试仪器的两端与抽油杆相连，记录杆柱运动时受力变化情况。测试完成后，取出仪器进行地面数据回放。将测试仪连接到不同的位置进行测试，可测得抽油杆柱不同位置的受力大小。 32抽油机井轴向受力现场测试分析对现场偏磨特别严重、聚合物浓度超过400mg/L、检泵周期约半年的井进行了测试，测试结果表明，该井抽油机下行摩阻较大。在大庆、吉林、胜利、中原等油田的抽油机井上进行了100井次的杆柱受力测试。 北1-3井采用扣3整筒柱塞泵，聚合物浓度为600mg/L，采用二级泵间隙。测试发现，该井抽油机光杆有时下行困难。在靠近柱塞处、600m、400m和井口处分别布设了4台受压测试仪。测试发现，轴向压力达5kN以上。北2-P27井应用了常规泵和低摩阻泵。I韩修廷等：利用低摩阻柱塞抽油泵提高泵效及防偏磨技术的应用bookmark17靠近柱塞端的拉力、压力测试结果表明，应用低摩阻泵的杆柱受力中和点下移150m改善了杆柱受力状况。 4现场应用效果及前景在聚合物驱井上大面积应用了低摩阻泵，并配套采用抽油杆扶正器等防偏磨措施，对570口低摩阻泵井的217口井统计结果表明，*大载荷减小9.7kN*小载荷增加2 3kN，泵效由53. 6%提高到63.5%，系统效率由247%提高到312%.主要应用在聚合物浓度300mg/L以上且受聚合物胶结物影响的井，检泵周期由300d增加到790d泵效一直保持在60%以上。该技术可用于大多数抽油机井，以减少偏磨影响，提高泵效，提高原油广量及节能降耗。