【文章內(nèi)容簡介】 特點(diǎn)、油田抽油泵泵效影響因素分析、提高油田抽油泵泵效以及實例分析這幾大方面對于抽油泵泵效的影響 因素進(jìn)行了深入的研究調(diào)查。 王壯舉于 2020 年發(fā)表了一篇關(guān)于有桿泵 沖次 調(diào)整與泵效因素討論的文章。[8]文章中，他針對影響泵效的因素以及如何調(diào)整泵效進(jìn)行了研究討論。并談到影響油井泵效的地質(zhì)因素包括：油層結(jié)構(gòu)、油層能量以及產(chǎn)出液物性這幾個方面。在文章最后，他提到了關(guān)于提高泵效的一些方法，其中包括降低排出壓力和泵吸入壓力的比值；通過增加沖程從而提高抽油泵的壓縮比；減小泵內(nèi)余隙容積；降低 沖次 ；定期地清理掉套管里的氣體等方法。 由于傳統(tǒng)方法在計算泵充滿程度時或多或少存在不足，王衛(wèi)陽老師等人對以往模型做了進(jìn)一步的改進(jìn)和 完善，對于有桿泵充滿程度的計算模型做了更為準(zhǔn)確前言 8 的建立， 并于 2020 年發(fā)表 了一篇基于動態(tài)模擬的有桿泵充滿程度計算新方法的文章 [9] 。文章在建立模型時，先是根據(jù)定義，將泵效的計算公式進(jìn)行了變形，將公式中出現(xiàn)的體積轉(zhuǎn)換成了面積與位移的關(guān)系。隨后利用等溫壓縮系數(shù)的定義，分別討論了泵內(nèi)壓力和原油飽和壓力在不同大小關(guān)系時泵的動態(tài)壓力方程。接下來又考慮了泵內(nèi)的氣相方程，在方程的建立過程中，分析得出了 氣體是以四種形式存在于泵中的，這其中包括了泵內(nèi)原來就有的液體中溶解的氣體的溶解和分離；泵內(nèi)原來就有的氣體的壓縮和膨脹等等 。此后又建立了 可壓縮的流體在流過流動閥時的能量方程，即 流體進(jìn)泵的流量方程， 并得出了流量大小和密度、壓力、孔閥直徑的關(guān)系式。方程建立完成后，在考慮了固定閥的開啟與關(guān)閉條件后，應(yīng)用差分方程并聯(lián)立了上述各方程，最終求得了動態(tài)條件下的泵的充滿系數(shù)。 和以往新的泵的泵效計算方法相類似，用此方法計算而得的泵的充滿程度也比常規(guī)方法計算而得的充滿程度要小，究其原因，主要是由于動態(tài)法對于溶解氣析出造成的影響進(jìn)行了考慮，由于與溶解氣的析出會造成固定閥開啟要慢一些并且流體進(jìn)泵會有一定的阻力，所以計算結(jié)果要比常規(guī)的泵效的計算方法計算 出來的值偏小。 在文章的最后也提到了沖程、沖次、流體粘度等對于泵效的影響?？梢哉f這篇文章對于動態(tài)下泵充滿程度的研究算是目前研究領(lǐng)域中考慮因素比較周全，方程也相對比較成熟的一種計算方法了。 目前計算泵充滿程度的方法普遍只考慮了氣體對泵的影響，對于粘度較高或工業(yè)不足而造成泵充不滿的油井，最后計算而得到的泵效和實際值會存在著較大的偏差。狄敏燕，楊海濱等人于 2020 年在綜合考慮了原油性質(zhì)，泵的結(jié)構(gòu)以及抽汲參數(shù)對于泵效的影響后，推導(dǎo)出了計算泵充滿程度的修正方法。并采用這種方法和常規(guī)計算法分別對 17 口現(xiàn)場的井進(jìn)行了計算對 比，最后表明了這個方法比常規(guī)計算方法得到的充滿程度要低，泵效與實際值的偏差值與常用法相比降低。由于這個方法的建立考慮了諸多方面的因素，包括沖程、沖次、原油粘度、生產(chǎn)氣油比等參數(shù)，從而很大程度上減小了誤差，并且可以通過文章中的計算方法與常規(guī)的方法進(jìn)行良好的對比，所以選作本次研究設(shè)計的模型。 主要研究內(nèi)容 （ 1） 聚合物水溶液表觀粘度計算方法的調(diào)研； 前言 9 （ 2） 聚合物驅(qū)油井有桿泵充滿程度計算方法建立及求解； （ 3） 聚合物驅(qū)油井有桿泵充滿程度計算程序編制； （ 4） 聚合物驅(qū)油井有桿泵合理沖次分析； （ 5） 沉沒壓力 、流體粘度、地面氣油比、沖程對合理沖次的敏感性分析。 技術(shù)路線 主要技術(shù)路線如如 15 所示 ： 文 獻(xiàn) 調(diào) 研 與 總 結(jié)確 定 聚 合 物 水 溶 液 表 觀粘 度 計 算 方 法聚 合 物 驅(qū) 油 井 有 桿 泵 充 滿 程 度計 算 方 法 建 立 及 求 解計 算 程 序 編 制影 響 因 素 對 開 發(fā) 結(jié) 果 的 敏感 性 分 析合 理 沖 次 分 析沉沒壓力流體粘度沖程總 結(jié) 各 因 素 對 泵 充 滿 程 度的 影 響 圖 11 主要技術(shù)路線 聚合物水溶液表觀粘度計算方法研 究 10 第 2 章 聚合物水溶液表觀粘度計算方法研究 調(diào)研 聚合物溶液的宏觀流變性，是指溶液承受的剪切應(yīng)力與剪切速率之間的相互關(guān)系，亦稱本體流變性。一般用旋轉(zhuǎn)粘度計或流變儀來測定。通常用溶液視粘度(表觀粘度 )隨剪切速率的變化關(guān)系表示。宏觀流變特性決定了聚合物溶液在油層多孔介質(zhì)中的流動行為和傳輸性質(zhì)，同時也是聚合物驅(qū)工程設(shè)計、數(shù)值模擬和 動態(tài)預(yù)測的基礎(chǔ)依據(jù)。 下面將通過實驗來對于聚合物水溶液表觀粘度的計算方法進(jìn)行一個研究。 實驗 的準(zhǔn)備與過程 實驗?zāi)康? 測試聚合物 溶液在 不同溫度、聚合物濃度條件下的流變特性。 實驗設(shè)備及樣品 實驗設(shè)備： （ 1） 美國 Brookfield 公司生產(chǎn)的 Brookfield DVII+Pro 粘度計 。 （ 2） 恒溫水浴 ； （ 3） 電子天平 ：用于各種物質(zhì)的定量稱量，精確度為 ； （ 4） 容量瓶、燒杯、量筒、移液管、滴定管、溫度計 ； （ 5）控溫磁力攪拌器 。 實驗樣品： 實驗所用聚 合物為現(xiàn)場提供的 部分水解聚丙乙酰胺 ， 分子量 為 16001800萬。為了減少不同礦化度的水質(zhì)在配制聚合物溶液中對其粘度帶來的影響 ，實驗采用模擬水進(jìn)行配置聚合物溶液。 根據(jù) LittTnan 研究和推薦的混配方法，按照 API 標(biāo)準(zhǔn)步驟配制聚合物溶液。首先配置足夠量的 4000mg/L 質(zhì)量濃度的母液，然后用模擬水稀釋成所需質(zhì)量濃度的稀溶液，使用前在 壓差下經(jīng) 3μm濾膜過濾。 聚合物水溶液表觀粘度計算方法研 究 11 （ 1）將干粉聚合物放入真空干燥箱內(nèi)，在 70℃～ 80℃條件下恒溫 24 小時，取出放入室溫下干燥器中備用； （ 2）用電子天平稱取所需數(shù) 量的聚合物干粉（精確到 毫克），放入潔凈的容器瓶中； （ 3）向容器瓶中加入所需數(shù)量的 模擬 水，搖勻，放入燒杯中，調(diào)節(jié)攪拌器速度，將聚合物緩慢均勻放入； （ 4）用磁力攪拌器（速度控制在 200r/min 以下）攪拌 24 小時， 靜止一夜。 實驗參數(shù) 參考孤東油田采出液含聚濃度（ 100~800mg/L），配制不同參數(shù)的聚合物溶液，測定其在不同溫度、不同濃度下的流變性。實驗參數(shù)如下表 21 所示。 表 21 實驗參數(shù) 溫度 /℃ 50 60 70 濃度 /mg/L 200 400 600 800 1000 實驗步驟 （ 1）安裝粘度計，調(diào)節(jié)機(jī)身頂部的水平氣泡在黑色圓圈中，接通電源； （ 2）選擇轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)速組合，粘度 小 的樣品，使用面積 大 的轉(zhuǎn)子和較 高的轉(zhuǎn)速組合； 對于低粘度的樣品，情況相反，對于非牛頓流體，轉(zhuǎn)速 /轉(zhuǎn)子的改變會導(dǎo)致粘度讀數(shù)的變化。另外在讀數(shù)前應(yīng)隔一段時間讓讀數(shù)穩(wěn)定下來，時間的長短取決于聚合物的流體性質(zhì)； （ 3）將轉(zhuǎn)子浸入樣品中至轉(zhuǎn)子桿上的凹槽刻痕處 或以上 ，然后檢查粘度計是否處于水平狀態(tài)，轉(zhuǎn)子浸入深度是否合適； （ 4）取 適量 聚合物溶液放入筒中，將恒溫水浴加熱到所 需溫度，用 粘度計分別測取不同濃度的聚合物的流變性。按照不同轉(zhuǎn)速由低到高提高轉(zhuǎn)速，讀數(shù) 穩(wěn)定時即為聚合物溶液 的表觀粘度； （ 5）改變溫度，重復(fù)步驟（ 4）； （ 6）當(dāng)換轉(zhuǎn)子或樣品時，按“ MOTOR ON/OFF/ESCAPE”鍵關(guān)閉電源使電機(jī)關(guān)閉，測量完畢取下轉(zhuǎn)子，然后清洗干凈。 （ 7）繪制流變曲線。 聚合物水溶液表觀粘度計算方法研 究 12 實驗結(jié)果與分析 流變曲線及影響因素分析 聚合物溶液粘度隨濃度的變化規(guī)律曲線如下圖所示，圖 2圖 2圖 23分別為 50℃、 60℃、 70℃下的流變曲線圖。 圖 21 50℃下不同濃度聚合物溶液流變曲線 圖 22 60℃下不同濃度聚合物溶液流變曲線 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 200 400 600 800 1000 1200 剪切速率 /s1 200mg/L 400mg/L 600mg/L 800mg/L 粘度/mPas 0 1 2 3 4 5 6 0 200 400 600 800 1000 1200 剪切速率/s1 粘度/mPas 200mg/L 400mg/L 600mg/L 800mg/L 聚合物水溶液表觀粘度計算方法研 究 13 圖 23 70℃下不同濃度聚合物溶液流變曲線 （ 1）濃度的影響 由圖可以看出， 在相同溫度和剪切速率下，聚合物溶液的表觀粘度隨其質(zhì)量濃度的增加而呈增加的趨勢 ，這是因為聚合物的質(zhì)量濃度越高，單位體積內(nèi)的分子數(shù)越多，分子之間相互吸引和相互纏結(jié)的能力增強(qiáng)，所以視粘度越大。 聚合 物溶液的表觀粘度隨質(zhì)量濃度增加而增大的速率是不同的。當(dāng)聚合物溶液的質(zhì)量濃度較低時，表觀粘度隨質(zhì)量濃度增加而增大的速率較小，當(dāng)質(zhì)量濃度較高時，增加速率變大。原因是由于聚合物大分子具有較強(qiáng)的分子間引力，隨著聚合物溶液質(zhì)量濃度的增加，聚合物分子間的距離逐漸縮短，分子間引力逐漸加強(qiáng)，加劇了分子鏈段間及分子間相互纏結(jié)而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的效應(yīng)，從而使表觀粘度急劇增大，隨著剪切速率的增大，這種強(qiáng)化效應(yīng)逐漸減弱。 （ 2）溫度的影響 結(jié)合上述三個圖可以看出， 同一質(zhì)量濃度下隨著溫度的增加，聚合物溶液的視粘度均下降。 隨著溫度的增加， 聚合物分子在各自的溶液中運(yùn)動速度加快，分子間的作用力減弱，導(dǎo)致剪切變稀的特性逐漸減弱、非牛頓性逐漸減弱。 流變模式分析 由實驗結(jié)果可以得出，聚合物溶液在實驗范圍內(nèi)屬于冪律流體，其流變模型符合冪律模型。 0 1 2 3 4 5 0 200 400 600 800 1000 1200 剪切速率 /s 1 粘度/mPas 200mg/L 400mg/L 600mg/L 800mg/L 聚合物水溶液表觀粘度計算方法研 究 14 1n?? K? （ 21） 式中， μ為表觀粘度， mPas； K 為非牛頓流體稠度系數(shù)， mPasn； ? 為剪切速率， s1； n 為流態(tài)指數(shù)，無因次。 用 數(shù)學(xué)回歸法 對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出流變參數(shù) K、 n 值與聚合物濃度之間 的關(guān)系式如表 22 所示，式中 Cp:聚合物溶液濃度， mg/L： 表 22 流變參數(shù)與聚合物濃度的關(guān)系式 溫度 稠度系數(shù) K/mPa sn 流 態(tài) 指數(shù) n/無因次 50℃ peK ?? ? 60℃ peK ?? ? 70℃ peK ?? ? 視粘度計算 冪律流體在圓 管內(nèi)流動時視粘度可以用下式（ 22）計算： 1p 84 13????????????? ??nndvnnK? （ 22） 式中， μp 為冪律流體在圓管內(nèi)流動時的視粘度， mPa s； K 為稠度系數(shù)，mPa sn； n 為流態(tài)指數(shù)，無因次； v 為流體的平均流速， m/s； d 為管內(nèi)徑，cm。聚合物驅(qū)油井有桿泵充滿程度計算方法 15 第 3 章 聚合物驅(qū)油井有桿泵充滿程度計算方法 以上我們便對于聚合物驅(qū)有了一個初步的了解，本章中將在考慮氣體影響以及進(jìn)行公式修正后建立一個計算泵效的模型并求解。 氣體對于泵的充滿程度的影響 方法描 述 有桿泵的充滿程度 被定義為 毎沖程 吸入泵內(nèi)的液體體積與上沖程活塞讓出的容積的比值。一般情況下，用 β 來表示氣體的影響程度。充滿系數(shù) β 能夠體現(xiàn)出泵在工作時被液體充滿的程度。 β 越小則泵效也就越低。 氣體對泵充滿程度的影響的示意圖如圖 31 所示： 圖 31 氣體對泵充滿程度的影響示意圖 充滿系數(shù) β 可以采用 公式（ 31） 來表示： yp1= 1V KRVR? ?? ? （ 31） 上述式中： Vp 表示的是上沖程活塞讓出的體積 ， m3； Vy 表示的是毎沖程吸入泵內(nèi)的液體體積， m3； Vs 表示的是 活塞在下死點(diǎn)時，吸入閥與排出閥 間的泵聚合物驅(qū)油井有桿泵充滿程度計算方法 16 筒容積， m3； V Vg 分別表示活塞在上死點(diǎn)位置時，泵內(nèi)液、氣體積， m3； R為進(jìn)入泵筒的氣油比 ， m3/m3； K 為余隙系數(shù)，一般情況下可以忽略不計。 上面式子中的 R 的計算可以通過標(biāo)準(zhǔn)狀況下即原油在完全脫氣后所測得的地面氣油比 Rs 計算而得： 把 Rs 扣除掉泵在吸入時溶解到原油中氣體的體積，之后把所得到的差值換算到抽油泵吸入處相應(yīng)的狀態(tài)而得到，從而 R 可用公式（ 32） ： ? ? ? ? ? ?5010= 1 1scowocRpR Y T p m fb T p??????? ? ? ? （ 32） 上述式中： Rs 即為標(biāo)況下原油完全脫氣后計算所得地面氣油比 ， m3/m3； pc表示的是泵的入口壓力 ， Pa； α 表示的是溶解系數(shù)， m3/（ m3?Pa） ； fw 為含水率；bo 表示的是原油體積系數(shù)； T 表示的是泵入口處的溫度， K；