一种新型杆泵偏心环库特流泄漏模型

1、 本科毕业设计（论文）外文翻译译文学生姓名： 院 （系）： 专业班级： 指导教师： 完成日期： 20 年 月 日 要 求1、外文翻译是毕业设计（论文）的主要内容之一，必须学生独立完成。2、外文翻译译文内容应与学生的专业或毕业设计（论文）内容相关，不得少于15000印刷符号。3.外文翻译译文用A4纸打印。文章标题用3号宋体，章节标题用4号宋体，正文用小4号宋体，20磅行距；页边距上、下、左、右均为2.5cm，左侧装订，装订线0.5cm。按中文翻译在上，外文原文在下的顺序装订。4、年月日等的填写，用阿拉伯数字书写，要符合关于出版物上数字用法的试行规定，如“2005年2月26日”。5、所有签名必须手

2、写，不得打印。一种新型杆泵偏心环库特流泄漏模型A New Eccentric Annular Leakage Model for Rod Pump with Couette-Poiseuille Flow 作者：Yanqiang Wu1, Xiaodong Wu1, Yining Wang1 and Yu Yuan起止页码：出版日期（期刊号）：Vol.6, No.6 (2013), pp.289-302出版单位：International Journal of Control and Automation摘要：提出了一种新的偏心环泄漏模型与库特流杆泵, 该模型不仅考虑了柱塞上覆液体对压力波动产

3、生的影响，而且也提出了库特流泄漏的方向这与泊肃叶泄漏方向是一致的。此外，对该问题波动效应的思考是必要的，确定的方向是合理的。利用泄漏率的关系分析，开发了泵送速度和泵深度，与现场观测结果是一致的。最后，建议与试验数据相比，模型更为准确。关键词: 提升装置，抽油泵，泄漏，泊肃叶流泄漏，库特流泄漏电子邮箱： ssj7391471,wuyan1897,, sarah_yuan87 1 介绍抽油机是石油工业中应用最广泛的人工举升方法，杆式泵（也叫井下往复泵）被认为是杆式抽油泵系统中最重要的部分，抽油泵的泄漏可以分为两类。一个是阀门泄漏包括移动阀和固定阀泄

4、漏，这是由于长期运行，泥砂的产生和腐蚀，另一个是环形泄漏。在柱塞与泵筒内壁之间，主要是所有的杆泵泄漏的组件的环形泄漏，。它也是影响泵输送系统的一个重要因素。因此，研究模型泵的泄漏是一个重要的步骤，以计算整个有杆抽油系统的产能和效率。到目前为止，石油工程师们对泵泄漏建模理论和实验方法方面已经做了大量的研究，在20世纪初，鲁滨逊（1）在1940年首先用实验法描述了泵的泄漏方程。(2) 研究了泵泄漏的第一个在环形通道内的传热的理论模型，从那以后，贝尔斯登（3）瑞克森（4），和李察凯尔（13，14）等提出了一些新的泵泄漏模型，在本文中，所有这些模型被称为第一类的泵泄漏模型，因为大多数的原因这些模型遵循

5、相同的基本形式： qv=KPDxy （1）其中D是柱塞直径，M.P是覆上的流体压力柱塞和泵的进气压力是内墙的平均宽度, m. 是混合粘度, s. l是柱塞长度, m. 和 K, x, y是一些不同理论模型或实验值不同的系数，上述公式在一定条件下具有较高的精度，特别是模型的精度较高，尤其是在李察凯尔，钱布利斯在他的出版物“抽油杆泵柱塞滑动方程的开发”（13）在2005年。文中所提到的模型考虑了温度与柱塞偏心当量泵泄漏对泵间隙系数的影响。不管怎样; 必须指出的是：任何公式具有相等的形式。抽油率没有任何参数特征，这意味着，所有这些模型认为抽水率不影响泵泄漏。或者至少是泄漏的影响太小，可能是完全被忽视

6、的。在本文中笔者认为，有2个问题，可以讨论如下。首先，以李察凯尔查姆布里斯的模型为例，实验检查后，可以发现，他的油泵进油深度浅于2000m（泵摄入深度他认为是约1170m和其他模型是相同的）它是不用怀疑的从实验的前提下提出的公式可以反映真实的泄漏率时，泵的吸入口深度超过2000m，甚至可以说最高的深度可以超过4000m，第二个至少有两个方面可能会影响理论上抽运率引起的泄漏。一方面，抽油率的大小影响覆土压力变化，这将直接导致泵泄漏的变化。在另一方面; 剪切漏失直接影响柱塞的运动与泵筒和柱塞的运动速度有关。到现在，没有精确的实验或理论，可以证明所有这2个方面可以被忽略。此外，泵深度对泄漏的影响并没

7、有反映这种泄漏模型，然而，没有证据可以证明，泵的深度很少或没有影响泵损耗。至少，我们可以讨论，活塞的运动变化只与泵深度变化有关。由于柱塞的运动引起的差速器，活塞上下压力，它将被用于泵泄漏的影响。因此，我们有必要对这一因素进行相应的研究。 在上世纪80年代，金。（11）建立了圆柱孔流模型的环形孔径用纳维-斯托克斯方程（N-S）计算流体质量。不同于公式一孔径流模型（看公式2）由两个部分组成：压差流和剪切流。张等（12）归纳出泄漏公式为有杆泵的形式泄漏计算，他们也做了一定程度的发展，并形成了两泵的泄漏量计算模型与公式一是不同的：qv=qpoi(P)±qcou()(2) qpoi(P)是由柱

8、塞两端压力差引起的泄漏即差压流量泄漏(泊肃叶流泄漏)。 qcou() 泄漏由柱塞的运动速度与泵筒有关，即剪切流引起的泄漏（库特流泄漏）。这种模式的优点是：V是抽油的功率。抽油率的变化会影响剪切泄漏量、此外，采用双分离计算结果（或减去）会反映出泊肃叶流泄漏和库特流泄漏的不同。到目前为止; 一些泄漏模型遵循这种形式（5-7，12）和同轴环隙损耗模型。文献11是二次表达形式中最完整的泵泄漏计算模型。虽然以前的研究人员已经取得对这种模型的改进与修正。目前的模型有2个方面的影响，抽油率没有得到很好的解决，第一，泵的活塞运动泄漏率对压差的影响在模型中没有得到体现；二，剪切流泄漏的方向仍然是有争议的（文献（

9、5）认为方向是向下的，而文献（5-7）认为方向是向上的）。如果这两者不能有一个很好的解决办法，这种泵损失模型也不能反映影响抽油率与抽油泵深度的原因，针对上述问题，本文继承了二次漏式的形式在分析上覆液体的基础上建立了一个新的压力波动和流动方向环形泄漏模型。2. 模型开发当抽油泵在地下工作，柱塞和泵筒将不能共轴的利用液体的动力发电。即; 柱塞将更接近上下移动时泵筒的一侧。因此，偏心模型能较好地模拟同轴模型的环形泄漏。参阅明金（11）新的偏心环泄漏模型，本文对库特流杆泵得出如下：   qvt=D3pl+pit121+3222+D(t)2其中D是柱塞直径，M.是平均宽度的柱塞和内泵

10、，M.是混合物的粘度，PA·是柱塞长度，M E是偏心，M，EPL是静压差覆流体在柱塞与泵进压力，PI(t) 是动态压力所产生的加速运动的上覆液流, Pa. v(t) 是柱塞速度. m/s公式3有两项在其右侧的。第一个是泄漏造成的在柱塞的压力差，这是泊肃叶流漏。二是柱塞与泵缸相对运动引起的库特流泄漏。该模型有2个优点。第一个是压力差（PL + PI），其中Pi（t）是由加速度产生的动态压在柱塞上的上覆流体，在大多数现有的泄漏模型中忽略了。详情见附录1。此外，该模型显示的方向剪切损失和压力差泄漏是相同的，这都是积极的。在附录2。更多的细节在文献9中提及。因此，对等式3补充方程如下：PL=

11、gHl-HSpi=ctat+t-a(t)t=u(L,t)t=-WOLsinwt+wp(L)coswtat=2u(L,t)t2=-w2OLcoswt-w2p(L)sinwt是混合在柱塞的密度，kg/m³, t是时间，S，C表示压力波传播速度，m/s, C值范围约为1100m/s 2000m/s.3新型偏心环泄漏模型的敏感性分析对新模型进行灵敏度分析的参数集在表中列出。1表1。敏感性分析参数泵深度m3813当前生产m3/d26油库静压力27.9电流脉冲形成线m1890油管内径mm62当前冲程4.96套管标识mm144目前的抽水速度，SPM3.23水切割86.1电流柱塞直径mm42.4气油

12、比(m3/stm3)147电流泵深度m2473电流管压力MPa0.43水比重1.055电流套管压力MPa0.22油比重0.8515相对气体比重1.022抽油杆柱杆径mm杆长m加重杆28144.8钢棒191083.9钢棒22726.4钢棒25512.343.1。泄漏率，泵送速度，泵级之间的关系图1显示了不同泵级泵送速度的函数的泄漏率。这里的泄漏率是一个平均泄漏率。可以看出，更高速度产生更大的泄漏率。此外，当泵级越高，泄漏将减少。图1。不同泵牌号泄漏率和泵送速度之间的关系图2显示的瞬时泄漏率在上升的曲线。从图2，我们可以看到，在中间的冲程和低冲程两端，泄漏率高是与柱塞运动一致的。图2。泄漏率与时间

13、的运动过程从图1和图2中，我们可以得出这样的结论：更高的泵送速度更大的泄漏率。因此，快速抽运不会减少泄漏，但加强泄漏的严重程度。这一结论可以证明我国一些研究机构的普遍认为提高抽油率可以减少泄漏是错误的。同时，这结论可以解释该领域的现象，对于那些高泵深度的威尔斯低地层能量，增加泵送速度只能提高生产速度比例。3.2。泄漏率与抽油泵深度的关系。图3显示了泵的深度与泵漏率之间的关系，从新模式看。我们可以看到泄漏率随泵送速度和行程泵深度的增加而增加。这是因为流体重量的压力差是恒定的，尽管Pi（t）在公式4上覆的加速度产生的动态压力随柱塞上的流体的振动振幅增大而增大。因此，该泵的流量系数主要取决于泄漏。当

14、泵位于深处时，当流体在泵深度的压力高于饱和压力时产生的泵流量系数较小。基于此，我们可以解释为什么生产速度不再增加，有时甚至下降，因为泵是在一个特定的深度，低于压力高于饱和油相压力。当然，也许我们不应该怀疑这是损失主要原因。解释一下，我们只想提出泄漏也是一个积极的原因。图3。泄漏率与泵的深度4。新的泄漏模型与试验结果的比较凌鼎（8）提出了一套实验室杆式泵提升模拟试验系统，该试验系统可准确测量不受其它因素影响的环形泄漏率。因此，在本文中，测试结果与新的泄漏模型之间的比较和计算。此外，不同的结果，通过不同的模型和结果与新的模型比较。当凌鼎发表了实验结果，没有具体的数字表示泵的间隙，所以在本文中我们把

15、数据1级间隙最常用的泵（0.02mm 0.07mm）在实际计算；以0.0045mm为泵间隙平均数。所用的模型如下：方法1：参考模型（13）方法2：参考模型（5）方法3：新模型结果如表2所示。表2显示：1）新提出的模型结果与实际测试结果最接近，平均相对误差约为5%。2）在试验过程中，随着泵送速度和行程的变化，泄漏率的变化趋势与试验中的变化趋势一致。我们必须承认，与这种方法相比，方法1的误差是非常小的（7.4%），这表明比方法2（13.9%）更高的精度。此外，考虑到泵间隙值的不确定度，实验结果不能证明方法2的准确率整体高于方法1。但该模型的实验结果与变化规律吻合，说明该模型在某些方面有一定的优势。

16、表2。不同泄漏模型的抽油杆泵泄漏仿真实验结果与计算结果的比较 打击m速度SPM试验泄漏率，10-6m³/s 泄漏率法110-6m³/s 相对误差泄漏率法210-6m³/s 相对误差新的泄漏率10-6m³/s 相对误差136.657.7616.76.088.66.873.3157.47.764.96.2116.17.531.7177.57.763.56.34237.427.764.66.2815.47.845.3平均误差7.413.95*6.8MPa,通过不同的活塞的压力是相同的*一个44mm直径的柱塞*用纯水清洗泵筒它被指

17、出该试验不能证明泵深度对泵泄漏的影响。这是一个遗憾，在该领域中，我们无法找到任何方法来准确测量泵的泄漏时，由于泵的深度太深。正如2章所使用的案例一样，它是中国的一个真实的井，来自中国的塔里木油田。虽然利用这个模型，我们可以解释一些现象，在该领域，我们无法利用获得的表面参数验证这个模型，如产量，泵的深度，冲程长度和泵送率。利用现场数据验证该泵泄漏模型是不可能的，因为有很多因素，如气体冲击，原油体积系数和震动的损失，不能忽视的深井。因此，本文的研究主要是在理论研究的基础上，泵的深度对泵泄漏的影响进行了分析研究。5。结论1）提出了一种新的偏心环泄漏模型与库特流杆泵，既考虑动压效应产生的覆液柱塞，也是

18、库特流漏的正确方向的测定。2）分析和计算表明，动态液压力对泄漏率有显著影响。忽视，会导致泄漏率的低估。3）严格的数学模型进行推导证明库特流漏有方向，与泊肃叶流漏相同。4）泵的速度是一个不可忽略的因素，对泵的泄漏影响很大。泵送速度通过影响柱塞的压差和影响剪切泄漏，影响泵的损耗。更快的抽速，会导致更严重泄漏。这些观点认为，提高抽油率可以减少泄漏是错误的。这一结论与现场观测相符。通过与实验数据的比较，本文提出的模型比先前公布的泄漏模型是更准确。5）随着抽油深度的增加。该泵深度影响活塞的运动和柱塞的运动，从而引起活塞的上下压差，这就是泵的深度对泵的泄漏的影响。这一结论也与现场观测相符。致谢我们要感谢国

19、家科技部重大项目（批准号：2011zx05009-005）。“关键控制技术及优化研究威尔斯有杆泵复杂结构”的设计，和我们为李兆文教授有价值的讨论的支持，非常感谢。工具书类1 B. H. Robinson,“Economics of pumping”,DrillAnd Prod.Prac.,(1935).2 E. S. Davis,“Heat Transfer and Pressure Drop in Annuli”,Trans. Of the American Society of Mechanical Engineers,vol.65,(1943).3G. M. Stearns,“An Ev

20、aluation of the Rate of Slippage of Oil Past Oil-Well Pump Plungers”,Drill. And Prod.Prac.,(1944). 4R. W. Reekstin,“An Experimental Investigation of the Volumetric Efficiency of Sucker-Rod Pumps”,The Petroleum Engineer,vol.32,(1960)April.5L.Pan,“A Discussion about Calculating Sucker-Rod Pump Leakage

21、 Calculation”,CPM, China,vol.17,no.4,(1989).6R.Liu,“Calculation of leakage and optimum pump clearance of sucker rod pumps”,CPM, China,vol.20,no.10,(1992). 7X.Wu,“Calculation of Pumping AnnularLeakage”, Journal of Jianghan Petroleum Institute, China,vol.25, no.1,(2003).8L.Ding,“Test research of oil p

22、ump leakage”,PetroleumInstruments, China,vol.21,no.5,(2007).9Y.Wu,X.Wu, L.WangandM.Zhu,"The Study on The Direction of Couetteand Poiseuille Flow for Rod Pump",CPM, China,(2012)August.10X.WuandQ.Zhang,“A NewMathematicalModelandSolutionforSucker-RodPumpingSystem”,ACTA PetroleiSINICA, China,v

23、ol.10,no.3,(1989).11C.Jin,(Ed.), “Hydraulic Fluid Mechanics”,Defense industry press, Beijing China, (1994), pp. 225-232.12Q.Zhang,(Ed.),“Principle and Design of Production Engineering”,China University of petroleum Press,(2000), pp.134-141.13 R.K.Chambliss,“Developing Plunger Slippage Equation for R

24、od-drawn Oil Well Pumps”, The thesis for Doctor Degree of Petroleum Engineering of Texas Tech University, (2005), pp. 9-23, pp. 77-79. 14 J. Patterson, et al., “Progress Report #4 in Fluid Slippage in Down-Hole Rod-Drawn Oil Well Pumps”, Presented at the 54th Annual Southwestern Petroleum Short Cour

25、se, Lubbock, Texas, USA, (2007) April 25-26.附录1 动压效应当活塞上升时，上侧和下侧的压差将导致柱塞泊肃叶流漏。压差可以表示作为：Pt=Plup+Pit-pLdown A1-1这里p（t）是流体静压力差和柱泵进气压力。（t）是加速度所产生柱塞与柱塞运动的动压力。Plup是液柱的压力柱塞；pLdown是压力活塞。PL表示静态压上流体在柱塞和泵的进气压力，它是PL =Plup-pLdown。方程（1-1）可以表示如下：Pt=PL+Pit A1-2当忽略流体的阻力时，被带进泵筒，其变化在柱塞Pt等于所引起的压力变化由两部分组成：流体柱的重量和当液体流过的柱

26、塞与柱塞移动时液体压力脉动本文采用下面的方法来计算后一部分，该部分被替换Pit表达更清楚。当柱塞加速向上时，柱塞和周围的流场和压力场产生波动。HL泵深度。假定弹性压缩液体是可以忽略的，S是压力波传播的距离。因此，根据动量原理，我们可以得到：PX1,t-p(x2,t)At=AsX1,t-(x2,t) A1-3这里Px,t，(x,t)分别为在X上的平均压力和平均速度t(t+t), 是在柱塞附近的混合物的密度x1=HL, x2= HLs考虑液体的弹性，上述方程可以简化为： p(x2,t)PX1,t-t(x2,t)(x2,t-t)PX1,t-PX1,t-tPX1,t-PX1,t-tX1,t-(x1,t

27、-t)X1,t-(x1,t-t) A1-4这里的P (x, t-t), v (x, t-t)分别是在X上的平均压力和平均速度， (t-t)t; 是公式a1-3. a1-4,的结合我们可以得到如下方程:PHL,t-PHL,t-tAt=AsHL,t-(HL,t) A1-5这就是 PHL,t-PHL,t-tAt=AsHL,t-(HL,t)t A1-6定义c=s/t表示压力的传播速度，从 A1-6可以得到如下公式：PHL,t-PHL,t-t=cHL,t-(HL,t) A1-7初始条件：为零，柱塞开始移动，速度和动态负载为零，即:PHL,0=0HL,0=0 A1-8结合公式A1-7 和A1-8液体的动态

28、负荷分配用迭代法确定了柱塞的不确定性，如果不需要很高的精度PHL,t也可以用以下公式计算：PHL,t=cHL,t A1-9其中HL,t是液体膜附着于柱塞上的速度，这等于柱塞运动速度。可以用三维波动方程计算如下：t=u(L,t)t=-wOLsinwt+wP(L)coswt a1-10这里的O（L）,P(L), 是关于单元悬浮点运动的2个相关参数套管程序,细节公式a1-12在附录3中给出。PI(t) 可以确定通过解决(a1-7), (a1-8和 (a1-10) 一起在活塞向上移动，这个结果将在A1.1上显示，我们能够通过p推断出公式a1-2比PI(t) 没有给定的参数高10。因此，忽略了压力的动态

29、负载可能会导致不可接受的错误。图A1.1。上侧压力差比较动态压力下柱塞向上移动的下侧柱塞没有动压2 泵筒的相对运动库特流泄漏模型与活塞的关系库特流动率可以表示为（11）qvi=±D2 A2-1当在相反方向上的孔的边界移动时，产生的剪切流例如库特流流量和移动边界方向一致（11）如果孔径同时有泊肃叶流动，当压力差方向和运动方向是一致的。有公式a2-1有积极的因素，并在负号的时候方向相反。在杆泵，柱塞外表面和内墙泵筒体为环形裂纹边界。为传统的库特流漏率，公式a2-1取负号，与柱塞运动方向相反的环形裂缝差异（12）这听起来合理，因为柱塞在移动从下向上和向下压差的方向是向下的。然而，方向的运动

30、速度V和在公式a2-1中的流动率qvi计算使用相同的参考，这是静态的边界。而泵的泄漏率是有意义的，当它以柱塞为基准。如果我们把活塞作为静态边界，该泵筒与柱塞的压力梯度方向相同这导致泊肃叶流的改变。因此，库特流标志应正在公式a2-1中在这个过程中的方向将进一步给出。S是泵筒内截面面积，Sp是柱塞的截面面积，Se是环形区域，他们的关系如下：S=SP+Se A2-2理论产量qt可以表示如下:qt=St1t2dt A2-3T1、T2分别是当柱塞开始移动，停在最高点的时间。V是在T1 T2时间之间任意的速度。忽略泊肃叶流漏，假定正方向是向上的。所以考虑渗漏问题q可以表示为：q=Spt1t2dt+Set1t2VXdt a2-4这里的VX是任意的速度在时间范围t1 到 t2静态边界条件下的孔剪切流速度为零，流体的流速为动边界的速度。对于牛顿流体，库特流在孔中速度分布是均匀的。因此vxv/2其方向与柱塞的相同。实际泄漏率qvi可以减去泄漏q得理论的产生率qt:qvi=qt-q= St1t2dt-Spt1t2dt-Set1t2vxdt=set1t2(v-vx)dt A2-5vvx , qvl0 和qtq. 所以我们可以得出这样的结论：库特泄漏率的方向向下和柱塞的方向相反，得到下面的计算方程：qvi=+D A2-6这里的v '=