石油工程——毕业论文-抽油泵合理沉没度的研究

石油工程——毕业论文-抽油泵合理沉没度的研究 抽油泵合理沉没度的研究 抽油泵合理沉没度的研究 摘 要 机抽井泵的沉没度是影响泵效和系统效率的重要因素。通过分析有杆泵抽油系统的能耗，以机采系统效率最高为目标，确立了机采系统优化设计的目标函数和约束条件，同时分析泵效对机采系统效率的影响以及影响泵效的因素，给出了沉没度和其他抽汲 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 的优化设计方法。用结果表明，以优化设计方法来确定泵的沉没度，可明显降低能耗，提高系统效率和经济效益，为油田生产提供设计依据。 关键词:沉没度;系统效率;抽汲参数;优化设计 1 ABSTRACT The submergence depth of oil well pump is an important parameter that affects the rod pump efficiency and system efficiency. Energy consumption of the staff rod pumping system was analyzed. Regarding system efficiency as the optimal object, the object function and constraining conditions of the system optimal design were established. The effect of the pump efficiency on system efficiency and the factors affecting the pump efficiency were analyzed. The optimal design methods of submergence pump depth and other swabbing parameters were presented. The application results show that the system efficiency and the economic benefit are enhanced by the submergence depth optimal design. Keywords: submergence depth; system efficiency; swabbing parameter; optimization design 2 目 录 第一章 引 言 ............................................. 5 1.1 沉没度的定义 .......................................... 5 1.2 沉没度对油井生产的影响 ............................. 5 1.3 国内外研究现状及发展趋势 ........................... 7 1.4 提高机采系统效率的对策分析 ........................ 8 1.5 研究 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 及意义 ....................................... 9 第二章 泵效的影响因素 ................................ 10 2.1 柱塞冲程 .............................................. 10 2.1.1 静载荷作用下的柱塞冲程 .................... 10 2.1.2 考虑惯性载荷的柱塞冲程 .................... 12 2.1.3 抽油杆柱的振动对柱塞冲程的影响 .......... 13 2.2 泵的充满程度 ......................................... 14 2.3 泵漏失的影响 ......................................... 17 2.4 提高泵效的措施 ...................................... 19 第三章 理论模型与计算方法研究 ....................... 1 3.1 合理沉没度确定思路与主要设计方法 ................. 1 3.2 IPR计算 ............................................... 1 3.2.1 采液指数计算 ................................ 1 3.2.2 某产量下井底流压的计算 .................... 2 3.3 多相管流及物性参数计算 ............................. 3 3.3.1 物性参数计算 .................................. 3 3.3.2 多相管流压降计算 .......... 错误～未定义 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 签。25 3 3.4 悬点载荷计算 .......................................... 7 3.4.1 杆柱的重力 ................. 错误～未定义书签。26 3.4.2 液柱载荷 ....................................... 8 3.4.3 泵口压力对悬点载荷的影响 ................... 9 3.4.4 井口回压对悬点载荷的影响 ................... 9 3.4.5 惯性载荷 ...................................... 10 3.4.6 摩擦载荷 ...................................... 10 3.4.7 振动载荷 ...................................... 12 3.5 杆柱的等强度设计原则 ............................... 12 3.6 抽油机校核 ........................................... 14 3.6.1最大扭矩计算公式 ............................ 14 3.6.2电动机功率计算 ............................... 14 第四章 抽油泵合理沉没度的确定 ...................... 15 4.1 系统效率分析 ......................................... 15 4.2 建立最优目标函数 .................................... 18 4.3 求解数学模型 ......................................... 18 4.4 现场应用及结果分析 ................................. 19 第五章 结论 ............................................ 22 参考文献 ................................................. 23 4 第一章 引 言 1.1 沉没度的定义 泵下入动液面以下的深度，泵深与动液面的差值。 沉没度,泵挂深度—动液面深度 沉没度要根据油井的产量和动液面来确定当石油进入到深井泵之前，要克服过滤器，锚、砂锚和几尔(阀)的窄孔的阻力，就要求深井泵要下入到动液面以下一定的深度，造成一个压头(压头是指动液面与深井泵下入位置的差值的重力)。沉没度过小，降低泵的充满系数，没度过大，会增加抽油机的负荷。通过实践摸索即使油的粘度很大，服原油在井筒内运动的全部阻力不超过一个大气压，以一般沉没度为30~50米;重质粘度大的井不少于50米;原油含气大的井不少于80~100米;如不含气的轻质原油的井，没度有20米即可。 1.2 沉没度对油井生产的影响 有杆抽油系统是世界石油工业传统的采油方式之一，国内外80%以上的油井采用有杆泵采油系统进行生产。有杆泵抽油利用了一套连接井下泵和地面驱动装置的抽油杆柱，其主要类型是游梁式抽油。这类油井是本文的研究对象。正确地确定有杆抽油系统的抽汲参数制度(冲程、冲次、泵径和泵深)可令设备在经济寿命期内充分满足产液量需求并保证在 安全生产 安全生产管理档案一煤矿调度员先进事迹安全生产副经理安全生产责任最近电力安全生产事故安全生产费用投入台账 的前提下提高设备利用率，达到节能的目的。 影响有杆泵泵效及整个系统效率的因素很多。诸如:抽撮系统的生产能力与地层的供藏能力不匹配、油管滑失、固定阀和游动阀漏失、抽油杆断脱、抽油杆柱和油管弹性变形、气体影响等。其中，正常生产中上、下冲程的交变载荷引起的冲程损失与抽油杆柱的长度(泵挂深度)有直接的关系。在生产井具有稳定动液面的前提下，这种关系就表现为冲程损失与沉没度的关系，同时在气油比较大的井中，由于气体影响造成的泵效损失也不容忽视。因而沉没度的大小直接影响着泵的充满系敷。由此可见，在抽汲混气原油时，选择合理的沉没度是提高泵效的一个很重要的途径，但是，有关的书籍和资料对这个问题只是定性地提及，没有定量的数据说明和技术参考。 5 有杆泵往复式抽油系统应用广泛，但其系统效率一般较低,抽汲参数是否匹配、抽油泵沉没度是否合理对系统效率的影响相对较大。一般来说，在抽油井中，抽油泵在井底所输送的介质是有、气、水的混合物。其中，气体的存在对泵工作性能的影响很大，因此，研究天然气特别是自由气对抽油泵排量系数的影响是提高有杆抽油设备工作有效性的一个重要问题。为降低自由气对抽油泵工作的影响，通常采用的方法是增加泵的沉没深度，然而并非沉没度越大越好。 一般来说，在抽油井中，抽油泵在井底输送的介质是油、气、水的混合物，其中气体的存在对泵的工作效率有很大的影响。因此，研究天然气特别是自由气对抽油泵排量系数的影响是提高有杆抽油设备工作有效性的一个重要问题。为降低自由气对泵的工作性能的影响，通常采用的方法是增加泵的沉没深度。沉没度增加，则泵的入口压力增加，减少了自由气对泵工作性能的影响，使抽油泵的排量系数有所提高。但是，由于泵沉没度的增大会引起抽油杆长度的加长，相应的增加了抽油杆和油管的变形，这又会使抽油泵的排量系数有所降低。同时，改变了抽油杆的长度也就改变了下泵深度，这样也就改变了泵工作位置的温度和油的粘度，后者也会改变泵的排量系数。另外，增加下泵深度也会消耗多余的油管及抽油杆，增大了抽油机驴头悬点载荷和电机的容量，有时还增加了抽油杆的断脱事故和维修成本。因此，沉没度过大，虽然泵的充满系数较大，但是由于抽油杆弹性伸缩加大，泵效不一定提高，而且有可能降低。 众所周知，在中、高气油比的抽油生产过程中，有多种方法来减小气体的影响以提高泵效。例如:安装气锚、使用井下油气分离器以及增加沉没度(沉没压力)来减少泵入口的气体分离量等。假设已经使用了井下防气工具，那么增加沉没度，提高泵入口的沉没压力就成为增大泵效的主要途径。单纯地从这个角度来看，沉没度越大，越有利于提高泵效。然而，在地层供液能力充足，生产井具有稳定动液面的情况下，增加沉没度就意昧着增大泵挂深度。如前所述，这样做有可能对泵效产生不良影响。因为增大泵挂深度后，使抽油杆长度增加和上冲程时作用在活塞上的液柱载荷增加。而静液柱载荷越大，抽油杆长度越长，冲程损失就越严重，泵效就越低。这样，单纯从影响泵效的角度出发，就出现了矛盾的两个方面:一方面是增大沉没度可提高泵的充满系数而增加泵效;另一方面，增加沉没度、增大冲程损失而降低泵效。解决这一问题的唯一途径就是通过定量分析沉 6 没度对两个方面的影响程度，选择一个最佳的沉没度值。在这个最佳沉没度值下得到的泵效最大。 从生产状况看，大多数油井液面低、沉没度小、气体影响大、产量和系统效率低。要想充分发挥油层潜力，又要达到节能降耗的目的，必须将沉没度控制在合理范围内。在油田生产的中晚期，生产气油比下降、含水率大幅度上升。各采油厂原有的建立于油田生产初期的沉没度/泵深的确定准则已不再适应当前的油井工况。研究当前各油井沉没度及泵深的合理选择依据对于提高产液的经济性具有重要意义。 1.3 国内外研究现状及发展趋势 我国各油田对于抽油泵沉没度都有各自的推荐值或经验值，虽然并非符合各种油田，但是仍有借鉴价值。目前确定下井抽油泵合理沉没度的方法主要有三种: (1)以最大沉没度及最小沉没度确定合理的沉没度。抽油机采油时，要求泵必须有一定的沉没度。如果泵的沉没度太小，则泵的吸入压力太低，流体充不满泵筒，而使抽油效率降低。如果泵的沉没度太大，则油井可能带喷，因抽油泵举升，而使抽油效率也降低。因此，泵的合理沉没度应设在最小沉没度与最大沉没度之间。 (2)以系统效率最高为依据来确定合理的沉没度。系统效率是衡量抽油机井管理水平的综合性指标，合理的沉没度有利于提高系统效率。在已知实际的下泵深度、动液面高度、原油物性、油井的油压套压等参数的条件下，由井下和地面两部分的效率得出总的系统效率，再以总的效率最高为依据作为优化目标函数。 (3)以经济效益最高为依据来确定合理的沉没度。研究抽油井生产最大经济效益时的沉没度就是研究产出油的经济效益与举升流体的耗电费、污水处理费等投入费用之差所得到的纯经济效益最大时所对应的井底流压，合理控我国各油田对于抽油泵沉没度都有各自的推荐值或经验值，虽然并非符合各种油田，但是仍有借鉴价值。目前确定下井抽油泵合理沉没度的方法主要有三种: (1)以最大沉没度及最小沉没度确定合理的沉没度。抽油机采油时，要求泵必须有一定的沉没度。如果泵的沉没度太小，则泵的吸入压力太低，流体充不满泵筒，而使抽油效率降低。如果泵的沉没度太大，则油井可能 7 带喷，因抽油泵举升，而使抽油效率也降低。因此，泵的合理沉没度应设在最小沉没度与最大沉没度之间。 (2)以系统效率最高为依据来确定合理的沉没度。系统效率是衡量抽油机井管理水平的综合性指标，合理的沉没度有利于提高系统效率。在已知实际的下泵深度、动液面高度、原油物性、油井的油压套压等参数的条件下，由井下和地面两部分的效率得出总的系统效率，再以总的效率最高为依据作为优化目标函数。 (3)以经济效益最高为依据来确定合理的沉没度。研究抽油井生产最大经济效益时的沉没度就是研究产出油的经济效益与举升流体的耗电费、污水处理费等投入费用之差所得到的纯经济效益最大时所对应的井底流压，合理控制流动压力范围，让抽油机井处于较高的系统效率和产量状态下才是最合理的。 1.4 提高机采系统效率的对策分析 (1) 优化抽油机井参数提高系统效率。针对冲程、冲次、杆柱组合等生产参数对系统效率的影响。 (2) 优化抽油机型。抽油机型选择应考虑油井产能及长期生产的要求，满足油井最大产量需要，在一定抽汲参数下生产时，悬点载荷及减速箱输出轴的扭矩不能超过许用值，尽量避免大机小用的情况。在低产量井上，如产液量与机型不匹配，会造成过多能量浪费。因此在满足低产井生产(产量) 和技术(载荷) 前提下，通过优化机型可有效提高低产井系统效率。 (3) 高沉没度井实施提液优化沉没度。针对部分井随注采完善注水见效的情况，及时采取提液措施，保证抽油机井合理的沉没度。 (4) 优化采油方式，实现节能降耗。根据油井产能变化合理设计的采油方式是实现节能降耗的又一方法，随着有杆泵深抽配套技术的日益完善，对产液量低的油井考虑用大泵深抽代替小排量电泵，提高机采井系统效率。 (5) 对深抽井配套油管锚定技术减少悬点载荷，降低能耗。 (6) 试验应用碳纤维杆、减载泵等新技术减少悬点载荷，降低能耗。 (7) 在高气油比井上应用二级采油工艺。二级采油工艺是由井下开式分离器和自动配气阀组成的，该分离器能够使抽油泵基本不受气体影响。 8 自动配气阀用来实现天然气自动分级(一般为二级)举升，有效地利用了分离于油套环型空间的天然气能量，使配气阀以上油管内的液体得到二次举升，进一步提高举升能力，最终达到提高泵效的目的。 (8) 应用节能地面设备。随着技术的发展，各种新型的节能抽油机相继出现，包括旋转驴头抽油机、特型双驴头抽油机、异相曲柄平衡抽油机和摩擦换向抽油机等。 1.5 研究内容及意义 本课题在分析有关生产井油气水含量、采出液物性及油井产能等参数的基础上，以泵效、抽油系统效率和经济效益等综合参数为指标，研究抽油井的合理沉没度。根据有关生产井的相关资料，确定油井产量和动液面高度及其变化规律;以生产井的产量、示功图等现场数据资料确定测试井的最佳采用泵型及产液情况(包括对出砂、结蜡或供液不足等的分析)，并优选出几口试验井;研究分析生产井采出液物性，确定在采出条件下的油、气、水含量及气体含量对泵效的影响规律;分析套压、油压与泵效的直接关系及其对泵效的影响规律;综合考虑抽油井系统实际情况(包括电机功率、驴头载荷、抽油杆伸缩及油管变形等综合因素)，结合气体、漏失及冲程损失的影响，确定抽油泵的合理沉没度;以经济效益作为评价指标，在合理沉没度范围内优选出最佳沉没度。并得出相应的最佳沉没度经验公式;选取若干口实验井进行现场实验，对所得出的经验公式进行校核，确定其可用性并进行经济效益评价。 沉没度从多个不同的方面影响着油井的生产性能和开采成本。因此，合理的沉没度不仅影响抽油泵的效率,而且影响整个抽油系统的效率，如何确定合理的抽油泵下潜深度，是提高机采系统效率的重要环节，也具有研究的重要意义。 9 第二章 泵效的影响因素 η,Q/Q抽油泵的泵效η，是实际产量Q和理论产量Q的比值。即:。 tt 影响泵效的因素很多，从泵工作环节(柱塞让出体积、液体进泵和从泵内排出液体)来看，可归纳为3个方面:抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩、气体充 [2]不满、漏失。 实际产液量可写为: Qfsn,1440, (2-1) b 从上述三方面出发，泵效的一般表达式可写为: ,,,,,,,,, (2-2) ,1B ,,s/s式中 ——考虑抽油杆和油管柱弹性伸缩后的柱塞冲程与光杆冲程,p 之比，表示杆、管弹性伸缩对泵效的影响; ,,V/V 内的液体体积与柱塞让出的泵内体积之比，表示泵的充满程液活 度; , ——泵漏失对泵效影响的漏失系数; 1 ,1B/,, ——由于泵效是以地面产出液的体积计算，则是考虑地面原BB1 B油脱气引起体积收缩对泵效计算的影响。为吸入条件下被抽汲液体的1 体积系数。 2.1 柱塞冲程 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩主要是减小了柱塞冲程，使其小于光杆冲程，从而使泵效小于1。当弹性伸缩量越大，泵效就越低。然而抽油杆柱的弹性伸缩量的大小，和它受到的载荷有关。沉没度的变化，使抽油杆和液柱的静载荷、动荷载都会发生变化，影响了抽油杆柱的弹性伸缩量，从而影响了泵效。 2.1.1 静载荷作用下的柱塞冲程 由于作用在柱塞上的液柱载荷在上、下冲程中交替地分别由油管转移到抽油杆柱和由抽油杆柱转移到油管，从而引起杆柱和管柱交替地增载和减载，使杆柱和管柱发生交替伸长和缩短。 当驴头开始上行时，游动阀关闭，液柱载荷作用在柱塞上，使抽油杆柱弹性伸长。因此，柱塞尚未发生移动时，悬点已从下死点移到相对位移位置(B)， 10 ,这一段距离几位抽油杆柱的伸长。 r ,当悬点位置从B移至B’时，正是油管由于卸去载荷缩短一段距离的过r程。此时，柱塞与泵筒之间没有相对位移。这段缩短距离使悬点增加了一段无效位移。所以，吸入阀仍是关闭的。 当驴头从位置B’位移到上死点，柱塞才开始于泵筒发生相对位移，吸入阀开始打开并吸入液体，移至到上死点。有此看出:柱塞有效移动距离(柱塞 ,，,,,冲程)s比光杆冲程s小λ，而。 rtp 下冲程开始时，吸入阀立即关闭，液柱荷载由抽油杆柱逐渐移到油管上， ,,，,,,,使抽油杆柱缩短，而油管伸长。此时，只有驴头下行距离后，rtrt柱塞才开始与泵筒发生相对位移。因此，下冲程柱塞仍然比光杆冲程小λ值。 抽油杆柱和油管柱的自重伸长在泵工作的整个过程中式不变的，因此，它们不会影响柱塞冲程。由此，柱塞冲程: s,s,(,，,),s,, (2-3) prt ,式中 ——冲程损失。 ',由于液柱荷载引起的冲程损失使泵效降低的数值为: , ss,,p' (2-4) ,,,,ss λ值可根据胡克定律来计算: 'fLg,WLLL11p1f1 (2-5) ,，,，()(),EffEffrtrt 如果为多级抽油杆，则: mfLg,LL1pfi (2-6) ,(，),,Eff,1itri 式中 λ——冲程损失，m; 'W ——考虑沉没度影响后的液柱荷载，为上、下冲程中静载荷之差，1 ,; 'W,(p,p)f,,,L,g,f 1zzp1fp p ——泵的排出压力，Pa; z p ——泵的吸入压力，Pa; i 11 2fff 、、——柱塞、抽油杆及油管金属的横截面积，m; prt L——抽油杆柱总长，m; 3, ——液体密度，kg/m; 1 11 ——钢的弹性模量，2.0610Pa; E， ——动液面深度，m; Li ——抽油杆柱级数; m i L——第级抽油杆柱的长度，m; i 2fi ——第级抽油杆柱的截面积，m。 ri 由式(2-5)和(2-6)可以看出:柱塞面积越大越大，泵下的越深，则冲程损失越大。为了减小液柱载荷级冲程损失，提高泵效，通常不能选用过大的泵，特别是深井中选用直径较小的泵。 2.1.2 考虑惯性载荷的柱塞冲程 当悬点上升到上死点时，速度趋于零，单抽油杆柱有向下的(负的)最大加速度和向上最大惯性载荷，使稠油杆柱减载而缩短。所以。悬点到上死点后，抽油杆在惯性力的作用下还会带着柱塞继续上行，使柱塞比静载变形时间时向 ',上多移动一段距离。当悬点下行到下死点后，抽油杆的惯性力向下，使抽油 '',杆柱伸长，柱塞又比静载变形时向下多移动一段距离。因此，与只有静载变 ,形情况相比，惯性载荷作用使柱塞冲程增加: i ''',,,，, (2-7) i ,式中 ——惯性载荷作用使柱塞冲程增加的数值。 i 根据胡克定律: 2ILWsnLrrdr' (2-8) ,,,(1,)fEfEl22，1790rr 2ILWsnLrrdr'' (2-9) ,,,(1，)fEfEl22，1790rr 由于抽油杆柱上各点所承受的惯性力不同，计算中近似取平均值，取悬点 12 惯性载荷的一半。 ''',,将和代入式(2-7)中，得: 2WsnLr (2-10) ,,i1790fEr 考虑静荷载和惯性载荷后的柱塞冲程为: 2WsnLr (2-11) sss,,,，,,(1，),,pifE1790r 式(2-11)亦可以写成: 2s,s(1，,/2),, (2-12) p ,,,L/a式中 尽管惯性载荷引起的抽油杆柱的变形使冲程增大，有利于提高泵效，单增加惯性荷载会使悬点最大荷载增大，最小荷载减小，使抽油杆柱受力条件变坏。所以，通常并不用增加惯性载荷的办法来增加柱塞冲程。 2.1.3 抽油杆柱的振动对柱塞冲程的影响 根据前面的分析，液柱载荷周期性地作用在抽油杆柱上。在上冲程静变形结束后，液柱开始随抽油杆柱做变速运动，于是引起抽油杆柱的振动。在下冲程静变形后，也会发生类似现象。由于抽油杆柱本身振动而产生的附加载荷，使抽油杆柱在运动过程中发生周期性的伸长和缩短，从而影响泵效。如果在上冲程末抽油杆柱本身的振动恰好使抽油杆柱发生缩短，从而使柱塞有效冲程增加;相反，则减小了柱塞有效冲程。抽油杆柱本身振动越大，则上述变化越明显。根据理论分析和实践证明:抽油杆柱本身的振动的相位在上、下冲程中几乎是对称的，即如果上冲程末抽油杆柱伸长，则下冲程末抽油杆柱缩短;反之亦然。因此，无论是上冲程还是下冲程，抽油杆柱振动引起的伸缩对柱塞冲程的影响都是一致的，即要增加都增加，要减小都减小。至于究竟是增加还是减小，将取决于抽油杆柱的冲程、冲数范围内，增加冲数时，由于振动的影响，泵的排量增加不多，甚至不增加。这样，对于一定范围内的深井，有一个配合的不利区域。在此区域内，由于抽油杆柱本身的振动，将减小柱塞冲程。 13 2.2 泵的充满程度 泵在一定沉没度条件下，高于饱和压力时，气体对泵的影响不大。但是，目前国内大多数油井处于生产中后期，都是低于饱和压力下生产。因此，在抽汲的是气液混合物，气体必然会减少入泵液体量，从而降低泵效。 图2-1 有气体影响的示功图 如图2-1所示，由于在下冲程末余隙内还残存一定数量的溶解气和压缩气，上冲程开始后泵内压力因气体的膨胀而不能很快降低，使吸入凡尔打开滞后(点)，加载变慢。余隙越大，残存的气量越多，泵口压力越低，则吸入凡尔打开滞后得越多，即线越长。 下冲程时，气体受压缩，泵内压力不能迅速提高，使排出凡尔滞后打开(点)，卸载变慢。泵的余隙越大，进入泵内的气量越多，则线越长，示功图的“刀把”越明显。 通常采用充满系数β来表示气体的影响程度: 'V1 (2-13) ,,Vp V式中 ——上冲程活塞让出的容积; p 'V ——每冲程吸入泵内的液体体积。 1 充满系数β表示了泵在工作过程中被液体充满的程度。β越高，则泵效越高。 V，V,V，V (2-14) psg1 14 VV式中 、——活塞在上死点位置时，泵内液、气体积; 1g V——活塞让出的体积; p V ——活塞在下死点时，吸入阀与排出阀间的泵筒容积。 s VgV,R,V用R表示泵内气液比，即，则，那么: R,g1V1 V，V,R,V，V (2-15) ps11 即 V，Vps (2-16) V,11，R 'V,V，V (2-17) 11s 则 V，Vps' (2-18) V,,Vs11，R 'V式中 ——吸入泵内的液体体积; 1 'V将代入式(2-13)中，得: 1 'V，VVVpss1 (2-19) ,,,,V(1，R)VVppp Vs令K,表示余隙比，则: Vp 1，K1,KR,,K, (2-20) ,1，R1，R 分析式(2-20)可以得出如下结论: Vs,VK,(1)K值越小，值就越大。因，所以，要减小K值，可使尽sVpVp可能小和增大柱塞冲程以提高。因此，在保证柱塞不撞击固定阀的情况下， 尽量减小防冲距，以减小余隙。 ,(2)R越小，就越大，为了降低进入泵内的气液比，可增加泵的沉没度， 使原油中的自由气更多的溶于油中;也可以使用气锚，使气体在泵外分离。以 防止和减少气体进入泵。 如图2-2所示，充不满的图形特点是下冲程中悬点载荷不能立即减小，只 15 有当柱塞遇到液面时，则迅速卸载。所以，卸载线较气体影响的卸载线陡而直。 有时，当柱塞碰到液面时，因振动载荷线会出现波浪。快速抽汲时往往因撞击液面而发生较大的冲击载荷使图形变形得很厉害。 图2-2 充不满的示功图 V,0如果忽略余隙，即，则K=0，则公式(20)变为: s 1, (2-21) ,1，R (R,R)(1,f)psw (2-22) R,p，0.1i R式中 ——地面生产汽油比; p RR,ap ——泵内溶解气油比，; ssi a——溶解系数; p ——沉没压力，MPa; i f——体积含水率,%。 w 若油层能量低或原油粘度大使泵吸入时阻力很大，那么往往使活塞移动快，供油跟不上，油未来得及充满泵筒，活塞就已开始下行，出现所谓充不满现象，从而降低泵效。对于这种情况，一般可以加深泵挂增大沉没度，或选择合理的抽汲参数，以适应油层的供油能力。 16 2.3 泵漏失的影响 影响泵效的漏失因素包括: 排出部分漏失。柱塞与衬套的间隙漏失、游动阀漏失，都会减少从泵内排出的液量。 吸入部分漏失。固定阀漏失会减少进入泵内的液量。 其他部分的漏失。尽管泵正常工作，由于油管丝扣、泵的链接部分及泄油器密封不严，都会因漏失而降低泵效。 -3所示，上冲程时，泵内压力降低，柱塞两端产生压差，使柱塞上如图2 面的液体经排出部分的不严密处漏到柱塞下部的工作筒内，漏失速度随柱塞下面压力的减小而增大。 由于漏失到柱塞下面的液体有向上的“顶托”作用，所以悬点载荷不能及时上升到最大值，使加载缓慢。随着悬点运动的加快，“顶托”作用相对减小，直到柱塞上行速度大于漏失速度的瞬间，悬点载荷达到最大静载荷。 当柱塞继续上行到后半冲程时，因活塞上行速度又逐渐减慢。在柱塞速度小于漏失速度瞬间C'，又出现了漏失液体的“顶托”作用，使悬点负荷提前卸载。到上死点时悬点载荷已降至C"点。 图2-3 泵排出部分漏失的示功图 如图2-4所示，下冲程开始后，由于吸入凡尔漏失使泵内压力不能及时提高，而延缓了卸载过程。同时，也使排出凡尔不能及时打开。当柱塞速度大于漏失速度后，泵内压力提高到大于液柱压力，将排出凡尔打开而卸去液柱载荷。 17 下冲程后半冲程中因柱塞速度减小，当小于漏失速度时，泵内压力降低使排出凡尔提前关闭(A'点)，悬点提前加载。到达下死点时，悬点载荷已增加到A"。 由于磨损、砂卡、蜡卡及腐蚀所产生的漏失很难计算，可根据示工图来分析漏失的严重程度。新泵正常工作时的漏失量，一般可根据试泵时所测的漏失量来估算，亦可根据下面方法来计算和分析漏失量和抽汲参数之间的关系。 图2-4 吸入凡尔漏失的示功图 静止条件下: 3,Deg,Hq,, (2-23) 112,l 3q式中 ——静止条件下的间隙漏失量，m/s; 1 D——泵直径，m; 2, ——液体运动粘度，m/s; l ——柱塞长度，m; ,H ——柱塞两端的液柱压差，m; 2 g——重力加速度，m/s; e——柱塞与泵筒的径向间隙，m。 当活塞向上运动时往上带的液量: 18 1 (2-24) q,,Dev2p2 3q式中 ——柱塞运动向上带的液量，m/s; 2 v ——柱塞运动速度，m/s。 p 柱塞向上运动时的漏失量q为: 31,Deg,H (2-25) q,q,q,,,,Devp12122l, 因柱塞下行，柱塞与衬套间不存在漏失，故在整个冲程中的总漏失量为/2。 q 由公式(2-25)可以看出:低粘度深井中的漏失量最大;提高泵的配合等级可减少漏失量;快速抽汲可减少漏失量。 在抽汲过程中，因为磨损，间隙e是个变值，是时间函数，故漏失量将随时间而增加。 如果只考虑柱塞间隙漏失，则漏失系数: Bq1, (2-26) ,,,11,,Q,t ,s利用活塞冲程、满系数、和漏失量q的计算公式，就可以建立泵效与p 抽油杆长度、杆径、泵径、冲数、汽油比、含水、液体密度、溶解系数、沉没压力等参数的理论关系式，它不仅可以用于抽油技术设计，而且可以用于研究不同条件下抽汲参数对泵效的影响。 2.4 提高泵效的措施 泵效的高低是反映抽油设备利用效率和管理水平的一个重要指标。前面只就泵本身的工作情况进行了分析，谈到了相应的措施。实际上泵效同油层条件有相当密切的关系。因此，提高泵效的一个重要方面是要从油层着手，保证油层有足够的供液能力。 综合分析，影响泵效的因素又可以归结为以下三个主要方面的众多因素: 19 (1)环境因素:井深及井身结构、供液能力、流体物性(汽油比、饱和压力、含水、粘度和流体密度、含砂量、含蜡量、腐蚀性介质等)。 (2)机械因素(硬件):泵(结构、质量、材料、安装、泵隙、抗腐性介质等)。 (3)工作方式(软件):泵深、抽汲参数(D、S、n)、套压控制等。 实践证明:对于注水开发而采用抽油开采分油田，加强注水时保证油井高产量、高泵效生产的根本措施;在一定的油层条件下，使泵的工作同油层条件相适应是保证高效的前提。 为了提高泵效，在举升方面一般采取以下措施: (1)选择合理的工作方式 ?选用大冲程、小冲次，减小气体影响，降低悬点载荷，特别是稠油的井; ?连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用; ?深井抽汲时，S和N的选择一定要避开不利配合区。 (2)确定合理沉没度 可以降低泵口气液比，减少进泵气量，从而提高泵的充满程度。 (3)改善泵的结构 提高泵的抗磨、抗腐蚀性能，采取防砂、防腐蚀、防腊及定期检查。 (4)合理利用气体能量及减少气体影响 气体对泵效的影响程度因井而异。对刚由自喷井转抽井，初期尚有一定的自喷能力。可合理控制套管气，利用气体能量举液，使油井连喷带抽，提高产量和泵效。实践证明:对于一些不带喷的井合理控制套管气，可起到稳定液面和产量的作用，并可减少因脱气而引起的原油粘度的增高。 对于正常抽油的井，提高泵的充满系数的有效途径是尽可能降低进泵气液比和泵的余隙容积。其措施是改善泵的结构，确定合理的防冲距和沉没度。因为增大沉没度，一方面可以减少泵的吸入口处的自由气量，另一方面会增加下泵深度，增大悬点载荷和系统能耗及柱塞的冲程损失。 (5)使用必要的井下器具 ?油管锚。用于固定油管下端，以消除油管变形油管下端，以消除油管变形，减少冲程损失。一般认为对深井还可以消除内压引起的油管弯曲，避免因此而产生的柱塞冲程损失。 ?气砂锚。具有分离、阻止气体和挡住砂粒进入抽油泵的双重作用。在汽油比和含砂较高的油井中，泵下安装气砂锚可提高泵效和延长抽油泵工作寿 20 命。 ?砂锚。用于含砂较高的油井。 ?气锚或井下气液分离器。用于汽油比较高的油井。 21 第三章 理论模型与计算方法研究 3.1 合理沉没度确定思路与主要设计方法 合理沉没度确定方法主要分为两步: (1) 抽汲参数(泵径、冲程、冲次)的优选和抽油设备(主要指杆柱结构)的选择。本研究基于定产量设计出发，确保设计出得抽油系统产量不低于并接近原产量。以此为主线，求出不同泵深下最优的抽汲参数及对应的沉没度和泵效。通过计算当前抽汲参数下的经济效益，利用权重把两者结合起来作为目标函数，根据现场的实际情况设置不同的权重就可以设计出兼顾两者或有所侧重的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 来。由于目前计算机的主频和内存容量的提高，计算机的运算速度越来越快，在抽汲参数和下泵深度的组合上采用了枚举法，保证不丢失方案。 (2) 求出目标区块所有油井的沉没度、下泵深度之后，求出最大和最小沉 为今后该区块确定泵深和沉没度的参考标准。 没度，作 本课题按照等强度的设计方法进行研究。 3.2 IPR计算 油井流入动态是指油井产量与井底流压的关系，反映了油藏向该油井的供液能力，油井流入动态常采用IPR曲线表示。从单井来讲，IPR曲线反映了油藏的工作特性。因而，它既是确定油井合理的工作制度的依据，也是分析油井 Petrobras动态的基础。提出了计算综合IPR曲线的方法，本软件采用了这一方法。其基本思路是:根据油藏平均压力和一个油井产量与流压对应关系的测试点求采液指数;已知油层采液指数预测产量或流压。 3.2.1 采液指数计算 已知一个测试点:、和P、，若(1) 测试点的井底流压大于饱和rqPPwftesttestb 压力> PPwftestb qtest (3-1) J,P,Prwftest 3式中 J——油井采液指数，m/d/Pa; 1 3——测试点的产液量，m/d; qtest P——目前平均地层压力，Pa; r ——测试点的井底流压，Pa。 Pwftest (2) 测试点井底流压小于饱和压力(<) PPwftestb qtestJ, (3-2) PA,,b，，(1,F)P,P，，FP,P,,wrbwrwftest1.8,, 2PPwftestwftest,,,,式中 ; A,1,0.2,0.8,,,,PbPb,,,, ——含水率，小数; Fw ——饱和压力，Pa。 Pb <(3) 当油层压力低于饱和压力时(P) rPb当油层压力低于饱和压力时，令P=，代入上式可计算采液指数。下面的rPb 计算可按同样的方法处理。 3.2.2 某产量下井底流压的计算 IPR 先求出曲线上几个点的值: q,J(P,P) (3-3)brb JPb (3-4)q,q，omaxb1.8 qF89,omaxwqqFP (3-5) ()(),，,tmaxomaxwrJJ 3式中 ——饱和压力下的产液量，m/d; qb 3——油井最大产油量，m/d; q0max 3q——油井最大产液量，m/d。 t max (1) 030 c1=56.06， c2=1.187，c3=10.393 API?30 c1=27.64， c2=1.0937，c3=11.172 式中 R——在压力P和温度T下的溶解气油比; s P——压力，Pa; T——温度，K; API——原油的API重度; ——地面天然气的相对密度。 ,g c(3) 压缩系数 o 5.0Rs,1433，，17.2，，，1.8T，32,1180，12.61API,g0.178125 (3-11) C,，10oPC式中 ——原油的压缩系数; o 4 R——溶解气油比; s T——温度，K; ,——地面天然气的相对密度; g API——原油的API重度; P ——压力，Pa。 B(4) 体积系数 o 13cRcRAPIAPIss (3-12) ，，，，,1，，21.8,28，1.8,28BcTTod,,0.178120.17812gg -4-5-9其中 API>30 c1=4.67×10， c2=1.1×10，c3=1.337×10 -4-5 API?30 c1=4.667×10， =1.751×10， c2 -9 c3=-1.8106×10 ,C，，P,Pob B,B，eood B式中 ——“死油”的体积系数; od B——原油的体积系数; o ——原油的饱和压力，Pa; Pb P——压力，Pa。 ,(5) 原油粘度 o ? “死油”(脱气油)粘度 y (3-13) ,,10,1od ,1.163x1其中 ，，Y,10，1.8T，32 x,3.0324,0.02023，API1 式中 ——“死油”(脱气油)粘度，PaS; ,od,? “活油”粘度 5 B (3-14) ,,A，,ood ,0.515Rs,,其中 10.715100,，A,,0.17812,, ,0.3338Rs,, ,5.44，150B,,0.17812,, 式中 ——“活油”粘度，PaS。 ,o, (6) 水的粘度 ,w 2,,25,,1.003,1.4979，10，，，，1.8T，32，1.982，101.8T，32 (3-15) ,,ew 式中 ——水的粘度，PaS; ,w, T——温度，K。 (7) 油水混合物物性 按照混合物的体积含水率加权平均。 (8) 天然气粘度 g, Y，，,4X，K (3-16) ,,K，10eg 1.59.4，0.02M492，1.8T，，，， (3-17) K,701，1.9M，1.8T Y,2.4,0.2X (3-18) 986 (3-19) X,3.5，，0.01M496，1.8T M,28.96,g (3-20) 式中 M——天然气分子量。 (9) 天然气的压缩因子Z 6 2AAAAPR2356,,,,2 (3-21) Z,，A，，P，A，P，RR141,,,,33TRTRTRTR,,,, 0.27P492，1.8TPr其中 PR, TR, Pr,ZTr0.6，1.8TcPc A1,0.31505 , A2,,1.0467 , A3,,0.583 A4,0.5357 , A5,0.6123 , A6,0.6815 式中 T、——温度和临界温度，K; Tc P、P——压力和临界压力，Pa。 c 3.2 多相管流压降计算 Orkiszewski本文采用得到广泛应用、精度较高的方法进行压降计算。该方法计算中首先要判断流动型态，划分界限如表下所示。 流动型态 泡 流 段 塞 流 过 渡 流 雾 流 qgqg,LB ,LB,vg,LSLM,vg,LSvg,LM 界 限 qttq 根据摩阻系数和管壁的粗糙度，结合滑脱速度，可以求出截面含气率和摩阻压降梯度。 g，mf,,最后求出总压降: (3-22) ,Pk,[],hktgWq1,2APp 3.4 悬点载荷计算 悬点最大最小载荷的计算公式如下: P,W，W，I，P，F，F，P,P (3-23) maxrluhutlppvmaxi 'P,W，I,P,F,F,F,P (3-24) minrdhdrlppvvmax 7 3.4.1 杆柱的重力 ? 抽油杆在空气中重量: W,fgL,qgL, rrsr (3-25) W式中 ——抽油杆柱的重力，N; r 2G——重力加速度，m/s; 2f——抽油杆截面积，m; r 3,,,7850kgm——抽油杆材料(钢)的密度，; ss L——抽油杆柱长度，m; q——每米抽油杆的重量，kg/m。 r ? 抽油杆在液体中重量为: ''W,fL(,,,)g,qLg (3-26) rrslr 'q,q(,,,),,qb (3-2rrslsr 7) 'W式中 ——下冲程作用在悬点上的抽油杆载荷，N; r bb,(,,,),——考虑抽油杆受液体浮力的失重系数; sls 3,——抽汲液体的密度，kg/m。 l 3.4.2 液柱载荷 W,(f,f)L,g (3-28) lprl 8 式中 ——作用在柱塞上的液柱载荷，N; W1 2——活塞截面积，m。 wf 3.4.3 泵口压力对悬点载荷的影响 P,pf,(p,,p)f (3-2iipnip 9) 式中 P——吸入压力p作用在活塞上产生的载荷，N; ii p——吸入压力，Pa; i 2; ——活塞截面积，mfp ——沉没压力，Pa; pn ?p——液流通过吸入阀产生的阻力。 i 3.4.4 井口回压对悬点载荷的影响 P,p(f,f) (3-3huhpr 0) P,pf (3-hdhr 31) 式中 ——井口回压在上冲程中造成的悬点载荷，N; Phu ——井口回压在下冲程中造成的悬点载荷，N; Phd p——井口回压，Pa。 h 9 3.4.5 惯性载荷 22SNrSNrIIIWW (3-32) ,，,(1，)，(1，),urulurlll17901790 2SNr (3-33) IIW,,,(1,)drdrl1790 式中 ——上冲程悬点最大惯性载荷，N; Iu I——下冲程悬点最大惯性载荷，N; d ——上冲程抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷，N; Iru ——上冲程液柱引起的悬点最大惯性载荷，NI; lu N——下冲程抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷，; Ird Sm——冲程，; 1/minN ——冲次，; rm——抽油杆径，; lm——抽油杆长，; ——考虑油管过流断面变化引起的液柱加速度变化的系数 , f,fpr2m ,，其中，为油管的流通断面面积，。 ,ftff,ftfr 3.4.6 摩擦载荷 ? 抽油杆柱与液柱之间的摩擦力: 2，，m1,F2LV, (3-34) ,,rlmax,,22(m1)lnm(m1)，,,，， S,SN (3-35) ,,V,max260 10 式中 ——抽油杆柱与液柱之间的摩擦力，N; Frl L——抽油杆柱长度，m; µ——井筒内液体粘度，PaS; , dtm——油管内径与抽油杆直径比，; m,dr ——抽油杆柱最大下行速度，m/s。 Vmax ? 液柱与油管间的摩擦力: Frl (3-36) F,tl1.3 ? 液体通过游动阀产生的阻力: 3f,1pl2 (3-F,(SN)v22,729fo 37) 1.7N,10000,,0.225，0.325[lg(N),4] () (3-38) ReRe 0.6,,0.225，[lg(N),3]N,10000 () (3-39) ReRe dVof (3-40) N,Re, 式中 F——液体通过游动阀产生的阻力，N; v 3,——液体密度，kg/m; l 2f——阀孔截面积，m; o ξ——阀流量系数; N——雷诺数; Re d——阀孔直径，m; o V——液流速度，m/s; f 11 2——液体运动粘度，m/s。 , 3.4.7 振动载荷 由于振动载荷的方向不好确定，本研究中认为其大小为0。 3.5 杆柱的等强度设计原则 抽油杆柱设计主要是确定抽油杆柱长度、直径、组合及材料。抽油杆柱工作时承受着交变载荷，因此，在抽油杆内产生了由到,,maxmin的不对称循环应力。 FFmaxmin ,,;,,maxminfrfr 在交变载荷作用下，抽油杆往往由于疲劳而发生破坏，而不是在最大拉应力下破坏，因此，抽油杆柱设计必须根据疲劳强度来进行计算。 本系统中 采用了修正古德曼图进行抽油杆强度校核和杆柱设计。修正古德曼图的纵坐标为抽油杆柱的最大应力，横坐标为最小应力。,max,min图中的阴影区为疲劳安全区，抽油杆柱的应力点落在该区内时，抽油杆柱将不会发生疲劳破坏。根据修正古德曼图，抽油杆柱的许用最大应力的计算公式为: T (3-41) ,,(，0.5625,)SFallmin4 2式中 ——抽油杆许用最大应力，N/mm; ,all 2T——抽油杆最小抗张强度，N/mm; SF——使用系数。 12 图3-1 修正古德曼图 1— 取安全系数为4时抽油杆等疲劳寿命曲线 2— 取安全系数为4时抽油杆等疲劳寿命曲线 要保证抽油杆拄不发生疲劳破坏，抽油杆的最大许用应力不应超过许用最大应力，即: (3-42) ,,,maxall 从上式可以看出，抽油杆的许用应力不仅与杆和流体性质有关，而且与所受的最小应力有关，也就是说，修正古德曼图给出的是许用应力范围，在抽油杆柱设计中采用应力范围比PL，即: ,,,maxmin (3-43) PL,，100%,,,allmin 合理的抽油杆柱组合比例不仅应保证各级抽油杆的PL,100%，而且各级杆的PL值应比较接近。同时，为了有效地使用抽油杆，PL还应保持较高的数值。 等强度设计就是使得各级杆的PL值比较接近，提高安全性。杆柱设计时还有一个可以预设的量就是最大强度差，可以通过调整此值 13 达到设计最轻杆柱的目的(把此值设为100%)。 3.6 抽油机校核 3.6.1最大扭矩计算公式 M,1800S，0.202S(P,P) (3-44) maxmaxmin 3.6.2电动机功率计算 Mnmax (3-,Nr14388 45) M式中 ——抽油机最大负荷扭矩，N; max N——需要得电机额定功率，kW; r P——悬点最大载荷，N; max Pmin——悬点最小载荷，N; S——冲程，m; ——冲次，1/min。 n 如果计算的最大扭矩超过减速箱允许的最大扭矩或计算电动机功率超过电动机额定功率，则须改变抽油参数，重新设计。 14 第四章 抽油泵合理沉没度的确定 4.1 系统效率分析 由于能量在转换与传递过程中，总会发生不可避免的损失，所以有效功率小于输入功率。根据能量守恒定律，输入功率应当等ΔPP11 于输出功率(有效功率)与损失功率ΔP之和，即: P=Δ P +ΔP (4-1) 11 系统的有效功率为系统在举升产出液过程中消耗的功率，可表示为: gHQ,P (4-2) ,,86.4 3式中 ρ——油井产出液密度，kg/m; H——产出液举升的有效扬程，m; 3Q——油井产液量，m/d。 因此，有杆抽油系统效率又可表示为: ,PP,,P,P11 (4-3) ,,,,1,PPP111 由式(4-3)可知，有杆抽油系统效率值取决于损失功率与输入功率之比，即在输入功率一定的条件下，损失功率越大，有杆抽油系统效率越低，反之系统效率就越高。 根据有杆抽油系统组成情况，可以把有杆抽油系统的功率损失分 ,P,P为8部分，分别用,表示，因此有: 29 ,P,,P，,P，,P，,P，,P，,P，,P，,P (4-4) 23456789 15 ,P式中 ——电机损失，包括电机热损失和机械损失，kW; 2 ,P ——皮带损失，主要是皮带传动中的摩擦损失，kW; 3 ,P ——减速箱损失，主要是减速箱传动中的摩擦损失，kW; 4 ,P——四连杆损失，主要是轴承摩擦损失和钢丝绳变形损失，kW; 5 ,P ——盘根盒损失，主要是盘根盒的摩擦损失，kW; 6 ,P——抽油杆损失，主要是抽油杆摩擦损失和抽油杆弹性伸 7 缩损失，kW; ,P ——抽油泵损失，包括抽油泵的机械损失、容积损失与水8 力损失，kW; ,P ——管柱损失，主要为管柱的水力损失，kW。 9 每项损失又可以表示为: ,P(1,)N2 (4-5) ,P,2,N ,P,,P，,P (4-5) 33M3S ,P,P，P (4-6) 4TC ',P,P，P (4-7) TS5 ,P,F/1000 (4-8) 6v LTLT,,14,,2 (4-9) ,,，，，，P2{[(B1)]()dtdx(1B)dtdx},,711,,,,,,lnmtBt20000 ,P,,P，,P，,P (4-10) 8mVW '',P,,P，,P (4-11) 9VW 2m,1其中 ; B,,112lnm 16 22(m1), Bm1; ,,,2lnm r1。 m,r0 ,式中 ——电机的额定效率，kW; N P——电机输出功率，kW; 2 ,P——皮带传动的弯曲损失，kW; 3M ,P ——皮带传动传动的弹性滑动损失，kW; 3S P ——减速箱的轴承损失，kW; T P ——减速箱的齿轮损失，kW; C 'P ——四连杆机构轴承损失，kW; T P ——四连杆机构的钢丝绳变形损失，kW; S F——盘根盒与光杆出的摩擦力，N; v——光杆运动速度，m/s; L——抽油杆的总长度，m; t——时间，s; ,,f(x,t) ——抽油杆不同断面不同时间的位移，m; T——抽汲循环周期，s; x——抽油杆长度，m; , ——液体动力粘度，mPaS; , BB m、、——系数; 12 r ——抽油杆半径，m; 0 r ——油管半径，m; 1 17 ,P ——抽油机的机械摩擦损失功率，kW; m ,P ——抽油泵的水利损失功率，kW; W ,P ——抽油泵的容积损失功率，kW; V ',P ——由于油管漏失引起的管柱容积功率损失，kW; V ',P ——原油沿油管流动引起的水利功率损失，kW。 W 4.2 建立最优目标函数 在已知实际的下泵深度、动液面高度、原油物性、油井的油压等参数的条件下，由油井系统的效率，选择机、杆、泵的运行参数，从而使整个系统达到最优。 有杆抽油设计是一个混合离散变量最优化问题，变量有沉没度、 d泵径、冲程s、冲次n等，其中沉没度为连续变量，泵径、冲程、p 冲次为离散变量。建立如下优化目标函数: max,,f(S,d,s,n,...) (4-12) p 4.3 求解数学模型 (1) 用IPR曲线，由给定的产量Q计算流压; (2)按Q由流压沿井筒向上计算管流压降，得到不同深度处的压力分布; (3)初选管、杆直径，按Q由井口向下进行杆、管环空压力分布计算，得到不同深度处的压力分布; (4)初选管、杆直径，按Q由井口向下进行杆、管环空压力分 18 布计算，得到不同深度处的压力分布; (5)对某一抽汲参数组合:泵径、冲程、冲次、泵沉没度，求其产量。首先可可根据充满系数计算对应的泵下压力分布;设计抽油 'Q油杆;计算泵效率;从而计算出产量; 'Q,Q,(6)判断||<是否成立。若不成立，则换另一组抽汲参数，转步骤Q (5);若成立，按新杆、管尺寸，一般返回步骤(4)三次。超过三次，则求目标函数，转步骤(7); (7)通过计算多组抽汲参数的目标函数，比较后得到最佳函数的抽汲参数及相应的技术指标。 4.4 现场应用及结果分析 对8口检泵井的参数进行优化(见表4-1、续表4-1)，主要在泵径、冲程、冲次和沉没度方面采取优化措施，这些井的平均系统效率有作业前的30.2%提高到43.5%，降低了生产成本，提高了经济效益。 表4-1 优化前后结果对比 液沉提高 泵冲冲次量含水动液泵深没泵效效率 井 径 程 n/ Q/ 率 面/ h/ 度 η/ Δη 号 状态 Dp/ s/ 次f/ S/ / mm mm /min m/d % m m m % % 优化 前 95 4.2 4.5 145 95.5 505 992 487 75.2 1# 优化10.0 后 95 4.2 4.5 152 95.3 522 897 375 78.7 优化 前 56 3.7 4 36.6 92.9 1192 1497 305 69.8 2# 优化9.9 后 56 4.5 3 33.1 95.5 1186 1492 306 69.0 优化 前 56 4.2 5.5 52.9 95 775 1198 423 64.7 3# 优化13.8 后 70 4.2 3 49.9 90.9 931 1229 298 71.5 19 续表4-1 沉提高 泵冲冲次液量含水动液泵深没泵效效率 井 径 程 n/ Q/ 率 面/ h/ 度 η/ Δη 号 状态 Dp/ s/ 次f/ S/ / mm mm /min m/d % m m m % % 优化 前 44 6 6 39.1 83.8 916 1592 676 77.4 4# 优化7.5 后 56 4.5 4.5 47.7 82.2 1111 1397 286 83.4 优化 前 56 6.3 6.3 54.5 95.7 545 997 452 81.5 5# 优化6.2 后 70 4.8 4.8 66.8 95.6 626 999 373 83.7 优化 前 56 5 5 55.2 92.6 855 1218 363 74.3 6# 优化11.8 后 70 4 4 81.4 92.2 992 1250 258 87.5 优化 前 56 5 5 56.8 92.8 573 999 426 76.4 7# 优化11.1 后 70 3.5 3.5 65.6 92.5 656 804 148 80.6 优化 前 56 6 6 26.5 90.1 519 951 432 41.6 8# 优化27.6 后 70 6 6 71.5 90.1 514 950 436 71.7 当沉没度变化时，抽油泵的充满系数将发生变化，气泵效和系统效率也将变化。由图4-1、4-2可看出，随沉没度增加，抽油泵的泵效现增加后减小，系统效率也存在类似的情况，但是，其增大和减小的程度随沉没度的不同而变化。最高泵效出现在沉没度为335m位置，而最高的泵效不是最经济有效采油参数，为节约增效，应牺牲个别设备的效率来满足整个系统的效率。 20 图4-1泵效与沉没度的关系 图4-2 系统效率与沉没度的关系 图4-3 不同产液量下的最优沉没度和泵效 图4-3表示在满足优化目标函数(系统效率最高)条件下，不同产液量与沉没度、泵效的关系。随着地层供液能力的增强，下泵的深度先有所增大，然后减小;泵效的变化也存在类似的情况。可以得到,当油井供液能力很强时，可适当的减小沉没度来提高系统的效率。 21 第五章 结论 通过理论分析和现场应用得到如下结论: (1) 如果为提高泵效而增加抽油泵的沉没度，无限制地加大泵挂深度，只能使抽油泵的泵效提高很小或几乎不提高，而且还将消耗大量的抽油杆和油管，使井下抽油杆、油管及泵的断、脱、漏事故增多; (2) 气体对泵效有一定的影响，而主要的影响因素是漏失和冲程损失，具有一定油气比的油井，抽油泵的泵效有一个最大值，而且油气比愈大，抽油泵的泵效愈低; (3) 抽汲高粘原油时，可以采用增加沉没度的方法，以减弱液体粘度对抽油泵泵效的影响; (4) 对原油物性和油井工况差别较小的特定区块，可以通过对油井含水、泵效和沉没度等矿场数据研究分析，得出该区块油井不同含水下油井的最佳沉没度。比如，泵效与沉没度的变化趋势，符合多项式变化规律，含水越高，幂次越高; (5) 引起油井实际泵效比理论泵效小的主要原因是凡尔漏失或堵塞，油管结蜡或结盐，要提高泵效主要措施是解盐、防漏、清蜡。 (6) 在满足生产工艺和设备的条件下,以机采井系统效率最高为目标函数，优化设计沉没度是提高机采系统效率行之有效的方法。 (7) 合理的沉没度是指满足整个机采系统效率最高的下潜深度，而不是泵效最高时的下潜深度。当油井供液能力很强时，可适当减小沉没度来提高系统的效率。 22 参考文献 [1] 林日亿，孙茂盛，张邵东等.有杆抽油泵沉没度的优化设计方法.石油大学学报，2005，29(4):1. 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