提高有杆抽油系统效率的措施1

提高有杆抽油系统效率的措施有杆采油装置系统包括往复式有杆采油装置系统和旋转式有杆采油装置系统两类。其中往复式有杆采油装置系统又分为游梁式匹

1=1(常规式和前置式)和无游梁式(链条式、曲柄连杆式、滑轮增程式等)；旋转式有杆采油装置系统典型代表为地驱单螺杆泵采油装置。下面从两大类中分别以常规游梁式抽油机采油装置系统和地驱单螺杆泵采油装置系统为例来介绍一、往复式有杆采油装置1、常规游梁式抽油机采油装置系统组成匹

1=1地面一油机；中间——油杆、油管；井下——油泵2、抽油机井的系统效率2.1抽油机井的有效功率称有效功率，也称为有效的水力功率N,:是指在一定时间内，H将一定量的液体提升一定的距离所需要的功率：N_△pQ_(Pout-p“.)Q_PgHQH864008640086400式中Q油井产液量，m3/d；H的有效压头或泵对液体的有效提升高度，m；Nh抽油机井的有效功率，kw。泵的有效压头或泵对液体的有效提升高度H计算如下：.如果忽略沉没压力和回压的影响，有效提升高度等于下泵深度：H=L。.考虑沉没压力和回压的影响时，为了计算简单，忽略气柱

重力和进泵阻力的影响，并认为环空中和油管中的液体密度相同，有效提升高度为:P’g式中分别为回压和套压，MPa；p.式中分别为回压和套压，MPa；p.井中液体密度，kg/m3。当上式中用相对密度…，并且重力加速度取9.8时，P'，lH=L+102(P-P)/p'.考虑环形空间中与油管中的液体密度不同时，有效提升高度为:式中泵的沉没度pi式中泵的沉没度pigm。Pi2.2光杆功率光杆功率：即是抽油机悬点载荷做功的功率，是提升液体和克服井下消耗所需要的功率。可用示功图的面积计算:AsnCNP600AsnCNP6001式中光杆功率，kw；A—示功图载荷线包围的面积，cm2；S光杆冲程，m；n冲数，1/min；C动力仪力比，N/mm；l示功图上冲程长度，mm；

由于计算示功图麻烦，常近似地按理论静载荷计算悬点做功：NW「snp6X104式中W/转移载荷，N；s光杆冲程，m；n冲数，1/min；2.3抽油机井的效率・抽油机的效率门=二，是光杆功率与电动机功率N之比，它表达了抽油机工r作状况好坏及功率利用程度。.油井效率门=；，是有效功率与光杆功率之比，主要表达了抽油泵工作HNp状况的好坏及功率利用情况。即悬点做的功，除了提升液体做有效功外，还要克服井下摩擦、杆柱振动、漏失等机械损失、水力损失和容积损失做无效功。.抽油机井系统效率门=马，为本抽油机井输出功率与输入功率之比，表达了该抽油机tNr井的总体效益和能量的综合利用情况。3、抽油泵排量效率(现场又称泵效)的计算与分析i=j3、抽油泵排量效率(现场又称泵效)的计算与分析i=ji=泵效：油井日产液量与泵的理论排量的比值称为泵效。用公式表示为：Q||—Q3.1影响泵效的因素3.1.1地质因素.油井出砂：.气体的影响：充满系数：&—、V

P式中V上冲程活塞让出容积；PV,——每冲次吸入泵内的液体体积；如图3-41所示。TOC\o"1-5"\h\z图3-41中V表示余隙容积，V表示活塞在上死点时泵内的液体体Sl积，V表示泵内气体的体积，令R—V/V称泵内气液比，令K—V/V称gg1SP余隙容积比，将V,=V_V和R,K代入上式得：11S1-KR1+R分析上式可得出以下结论:A)K值越小，&值就越大。而减小余隙容积虻和增大活塞冲程以增大V都可以减小K值。因此在生产中应使用长冲程和在保证活p塞不碰固定阀的前提下，应尽量减小防冲距以减小余隙。匹

1=1匹

1=1B)R越小，&值就越大，因此为增加泵效，应尽量减少进泵的匹

1=1气体。进泵气液比可用下式计算:式中RPR=(Rp-R「(1-f)P+0.1地面生产气油比；泵吸入口处的溶解气油比;沉没压力，MPa；油井含水体积分数;fw(3).油井结蜡：由于活塞上行时，泵内压力降低，在泵的入口处及泵内极易结蜡，使油流进泵阻力增大，影响泵效。匹

1=1(4).原油粘度高：由于油稠，油流进泵阻力大，固定阀和游动阀不易打开和关闭，抽油杆下行阻力大，影响泵的冲程，降低泵的充满系数，使泵效降低。(5).原油中含腐蚀性物质，如硫化物、酸性水，腐蚀泵的部件，引起漏失降低泵效。3.1.2设备因素1).活塞的有效冲程:(1)静载荷作用下的冲程损失及活塞有效冲程如图3-42,s图3-42由于转移载荷W，上冲程从油管柱上转移到抽油杆柱上使抽油杆柱l伸长了人，油管柱缩短了人，悬点向上移动了—入+入一段距离后rtrt活塞和泵筒才有相对位移，悬点无效的冲程入称为冲程损失。活塞的有效冲程为s_s人，光杆冲程有效率为：s图3-42Sp—S—A门疽人s同理可以分析在下冲程中，由于转移载荷W,从抽油杆上转移到油l管上，使抽油杆柱缩短了人，油管柱深长了人，悬点向下移动了rt…C一段距离后活塞和泵筒才有相对位移，下冲程的冲程损失十和活塞有效冲程与上冲程相同，如图3-42所示。A-WiL(1+1)E，『f式中L抽油杆柱的总长度，m；E——钢的弹性模量，2・06X10uPa；油管的金属截面积，f二(D2—d2)，m2；t4

D、d分别是油管的外径和内径，m；其它符号同前。如果用多级抽油杆柱，抽油杆的变形要分段计算后相加，以二级组合杆柱为例:人=匕-（知+史+—）Efr1fr2ft式中f、f分别为各级抽油杆柱的截面积，m2；r1r2L1、L2一别为各级抽油杆柱的长度，m。由计算人的公式可以看出：冲程损失与转移载荷W,_fL°.成正W=JLpg比，即泵径越大，活塞截面积越大，冲程损失越大，当泵径超过一定的限度（引起的人八/2）之后，再增大泵径，不但不会增加产量，匕S而且产量会减小。同时，冲程损失还与抽油杆柱长度成正比，抽油杆柱越长，冲程损失越大。因而在深井中为了提高泵效和产量，常用的方法是用小泵深抽。（2）考虑惯性载荷后的活塞有效冲程与仅考虑静载变形相比，惯性载荷作用使活塞冲程增加了其中Wsn2LrrWsn2LWsn2L2x1790Wsn2Lr人〃=r(1+—)2x1790fEl=人'+人=人'+人”=Wsn2L1790fES=s—人+人=S(1+七〃2L)一人P'1790fE3.1.3泵的制造质量，安装质量的影响对于泵的正常间隙漏失影响下的泵效可用下式计算:1Bi兀De3gAHl—nXPQ12vi式中D一径，m；BiBi抽汲液体的体积系数;冲程有效率;泵的理论排量，m3泵的理论排量，m3/d；Qte——塞与衬套之间的间隙，m；AH——活塞两端的液柱压差，m；l活塞长度，m；液体的运动粘度，m2/s；U——塞运动速度，m/s。p3.1.4工作方式的影响抽汲参数选择不合理也会降低泵效：参数太大，造成供液不足，液体充不满泵筒影响泵效。泵挂太深，使冲程损失过大降低泵效考虑以上各种因素后的理论泵效为：式中n=土——考虑原油在地下和地面体积的差别的系数，为体积BBl系数的倒数。3.2提高泵效的措施3.2.1地层方面的措施⑴・对于注水开发的油田，加强注水，保持油层能量高，井中液面高，是保证油井高产量、高泵效生产的根本措施。井中液面高，沉没压力高，一方面增大了原油进泵的动力，另一方面，沉没i=i压力高于饱和压力，可防止原油脱气，减轻气体影响，增大泵的充i=i满系数。(2).采取有效的防砂措施，减轻砂粒对泵的磨损，减轻漏失的影响。另外如果系数的倒数。3.2提高泵效的措施3.2.1地层方面的措施⑴・对于注水开发的油田，加强注水，保持油层能量高，井中液面高，是保证油井高产量、高泵效生产的根本措施。井中液面高，沉没压力高，一方面增大了原油进泵的动力，另一方面，沉没i=i压力高于饱和压力，可防止原油脱气，减轻气体影响，增大泵的充i=i满系数。(2).采取有效的防砂措施，减轻砂粒对泵的磨损，减轻漏失的影响。另外如果砂子在井中沉积，掩埋油层，会增大油流入井阻匹

1=1力降低液面，也会降低泵效。3.2.2井筒方面措施1).选择合理的工作方式选择抽汲参数组合的一般原则是:(1)对于粘度不太大的常规抽油机井应选用大冲程、小冲数和较小泵径，这样既可减小气体影响，又可减小悬点的交变载荷。(2)对于原油比较稠的井，一般选用大冲程、大泵经、小冲数，可以减小原油经过阀座孔的阻力和原油与杆柱与管柱之间的阻力。(3)对于连喷带抽的井，则采用大冲程、大冲数、大泵经，快速抽汲可增大对井的诱喷能力。匹

1=1.确定合理的下泵深度和合理的沉没度能使P乘积最大的下泵深度和沉没度，即是合理的下泵深度和合项'理的沉没度。.使用油管锚减小冲程损失用油管锚或封隔器将油管下端固定，则可消除油管的弹性伸缩，减小冲程损失。深井中将油管下端锚定还可消除由于内压引起的油管螺旋弯曲，减小冲程损失。・采用井下油气分离和井口放套管气装置减轻气体影响如图3-43所示的是利用“回流效应”的简单气锚和带封隔器的井下油气分离器。图3-43井下气液分离装置1—孔眼；2—吸入管；3一夕卜管；4一中心管；5一夕卜筒；6一套管；7一封隔器3.2.3设备方面和管理方面的措H・改善泵的结构提高泵效针对油井出砂、结蜡、油稠的特殊情况，石油科研人员研制了许多特殊抽油泵。如用在出砂井的防砂卡抽油泵，用在含气多的井中的环阀式防气抽油泵，用在稠油井中的液压反馈抽稠泵。2）.改善泵的材料提高泵效采用耐磨材料加工成的泵可减轻砂磨引起的漏失，采用耐腐蚀的材料加工的泵防止泵受腐蚀引起的漏失和破坏。3）.加强检泵作业质量防止漏失检泵中下油管时按要求上紧丝扣，防止油管漏影响泵效。防止泵和泄油器等的连接部位漏失等。二、旋转式有杆采油装置系统效率分析1、地面驱动单螺杆泵采油装置的系统组成地面部分一一电动机及立式锥齿轮减速装置（提供动力并将水平运动变为垂直运动）；中间部分一一作旋转运动的抽油杆柱和油管柱（传递运动和动力；输送井液通道）；井下部分一一单螺杆泵（能量转化部分，将机械能转化为液体能）。2、地面驱动单螺杆泵采油装置的系统效率分析2.1地面子系统的效率门分析g地面子系统的效率门主要由三部分组成，即地面电动机的效率gs门、地面锥齿轮传动箱的效率门和由电机输出端至锥齿轮传动箱输入轴之间的传动装置（一般为皮带轮传动）效率门三者组成。gr地面子系统的效率门可通过锥齿轮传动箱输出轴一口抽gs油杆柱（它又是井下螺杆泵的主轴）具有的轴功率n与电动机的输ax

入功率N（通过三相功率表测得）之比求得，即(2-1)Din(2-1)gsJ=J.—.fFELNDoutKgZgrgD式（2-1）中,NZin锥齿轮减速箱水平输入轴具有的功率;地面电动机输出的功率。gsNZin锥齿轮减速箱水平输入轴具有的功率;地面电动机输出的功率。NDoutN可由下式求得:ax(2-2)NLgZ七'gD-NDn(2-2)的分析2.2井下机组子系统——即井下单螺杆泵效率njs的分析井下机组子系统主要是指井下单螺杆泵，它通过中间传动轴即抽油杆柱，亦即单螺杆泵的输入轴或主轴的机械能部分转化为液体能，从而实现抽油的目的。为了方便求得井下的子系统效率，我们可以不理会中间能量的转化和损失，只弄清两端的能量大小即可。所谓两端的能量就是指螺杆泵的排出口所具有的水功率（即井下机组子系统的有效功率或输出功率）和螺杆泵输入轴上所具有的功率（机械功率，上面已求得）。下面关键是求螺杆泵的有效功率，具体求解步骤如下:（1）求泵载荷一一即螺杆泵排出口与吸入口之间的压差应用垂直管流压降相关公式，以地面举升出的井液流量和油管流道为计算依据，叠代求出井口到泵排出口深度（即下泵深度）段上的压降及泵排出口压力〃；以地面举升液流量、射孔中段到螺jBout杆泵入口的油层套管高度段为计算依据，叠代计算出此段内的流体压降及泵入口压力p，然后求出螺杆泵上的泵载阮，即

APAPjB=PjBout一PjBin(2-3)确定螺杆泵内的平均流量根据采油工艺介绍的方法，由井口产液量Q推算出螺杆泵内的jB平均流量Q。近似计算时也可用井口产液量代替螺杆泵内的平均流jBjB求出螺杆泵的有效功率螺杆泵的有效功率亦即井下机组子系统的输出功率NjBoutN=△p-螺杆泵