【文章內容簡介】 λt。 下沖程開始時，吸入閥立即關閉，液柱載荷由抽油桿柱逐漸移到油管上，使抽油桿縮短 λr，而油管伸長 λt。此時，只有驢頭下行λ＝ λr+λt距離之后，柱塞才開始與泵筒發(fā)生相對位移。因此，下沖程中柱塞沖程仍然比光桿沖程小 λ值。 抽油桿柱和油管柱的自重伸長在泵工作的整個過程中是不變的 ， 因此 ， 它們不用會影響柱塞沖程 。 由此 ， 柱塞沖程： 式中 λ— 沖程損失。 ??? ????? sss trp )(由于液柱載荷引起的沖程損失使泵效降低的數(shù)值為： λ值可根據虎克定律來計算： ssss p ??? ???39。???????? ??? tlflpL fLfLE gLfE LW ??39。如果為多級抽油桿 ， 則： ?????????????????? ??mi rifitflpfLfLEgLf1??由公式可看出：柱塞截面積愈大，泵下得愈深則沖程損失愈大。為了減小液柱載荷及沖程損失，提高泵效，通常不能選用過大的泵，特別是深井中總是選用直徑較小的泵。當泵徑超過某一限度 (引起的 λ≥s/2)之后，泵的實際排量不但不會因增大泵徑而增加，反而會減小。當 λ≥s時，活塞沖程等于零，泵的實際排量等于零。 （ 二 ） 泵的充滿程度 多數(shù)油田在深井泵開采期，都是在井底流壓低于飽和壓力下生產的，即使在高于飽和壓力下生產，泵口壓力也低于飽和壓力。因此，在抽汲時總是氣液兩相同時進泵，氣體進泵必然減少進入泵內的液體量而降低泵效。當氣體影響嚴重時，可能發(fā)生“氣鎖”，即在抽汲時由于氣體在泵內壓縮和膨脹，使吸人和排出閥無法打開，出現(xiàn)抽不出油的現(xiàn)象。 通常采用充滿系數(shù) β來表示氣體的影響程度： 式中 Vp— 上沖程活塞讓出的容積； Vl— 每沖程吸人泵內的液體體積 。 充滿系數(shù) β表示了泵在工作過程中被液體充滿的程度。 β愈高，則泵效愈高。泵的充滿系數(shù)與泵內氣液比和泵的結構有關。 PLVV 39。?? （ 三 ） 泵的漏失 影響泵效的漏失因素包括： (1)排出部分漏失 。 柱塞與襯套的間隙漏失 、游動閥漏失 ， 都會使從泵內排出的液量減少 。 (2)吸入部分漏失 。 固定閥漏失會減少進入泵內的液量 。 (3)其它部分的漏失 。 盡管泵正常工作 ， 由于油管絲扣 、 泵的連接部分密封不嚴 ， 都會因漏失而降低泵效 。 由于磨損 、 砂卡 、 蠟卡及腐蝕所產生的漏失很難計算 ， 可根據示功圖來分析漏失的嚴重程度 。 新泵正常工作時的漏失量 ， 一般可根據試泵時所測的漏失量來估算 ， 亦可根據下面方法來計算和分析漏失量與抽汲參數(shù)之間的關系 。 pDegDeq ????21123??式中 D— 泵徑 ， m； υ— 液體運動粘度 ， m2/s； L— 柱塞長度 ， m； ΔH— 柱塞兩端的液柱壓差 ， m； g— 重力加速度 ， m2/s’； e— 柱塞與泵筒的徑向間隙 ， m； υP—— 柱塞運動速度 ， m／ s。 （ 四 ） 提高泵效的措施 泵效的高低是反映抽油設備利用效率和管理水平的一個重要指標。前面只就泵本身的工作狀況進行了分析，談到了相應的措施。實際上，泵效同油層條件有相當密切的關系。因此，提高泵效的一個重要方面是要從油層著手，保證油層有足夠的供液能力。 下面簡要介紹為了提高泵效在井筒方面應采取的一般措施： （ 1） 選擇合理的工作方式 。 當抽油機已定，設備能力足夠大時，在保證產量的前提下，應以獲得最高泵效為基本出發(fā)點來調整參數(shù)。一般是先用大沖程和較小的泵徑，這樣，既可減小氣體對泵效的影響又可降低懸點載荷。對于油比較稠的井，一般采用大泵、大沖程、小沖數(shù)；而對于連噴帶抽的井則選用大沖數(shù)快速抽汲，以增強誘噴作用 （ 2） 確定合理沉沒度 ， 以降低泵口氣液比 ，減少進泵氣量 ， 從而提高泵的充滿程度 。 （ 3） 改善泵的結構 ， 提高泵的抗磨 、 抗腐蝕性能 ， 采取防砂 、 防腐蝕 、 防蠟及定期檢泵等措施 。 （ 4）使用油管錨減少沖程損失。如前所述，沖程損失是由于靜載變化引起抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮造成的。如果用油管錨將油管下端固定，則可消除油管伸縮，從而減少沖程損失。 （ 5）合理利用氣體能量及減少氣體影響。氣體對抽油井生產的影響隨油井條件不同而不同。對剛由自噴轉為抽油的井，初期尚有一定的自噴能力，可合理控制套管氣，利用氣體能量來舉油，使油井連噴帶抽，從而提高油井產量和泵效。實踐證明：對于一些不帶噴的抽油井，合理控制套管氣可起到穩(wěn)定液面和產量的作用，并可減少因脫氣而引起的原油粘度的增加。 對于一般含氣的抽油井 ， 要提高泵的充滿系數(shù)就必須降低進泵氣油比 ， 其措施之一是適當增加沉沒度 ， 以減少泵吸入口處的自由氣量 。但要增大沉沒度 ， 就必須增加下泵深度 。 因此 ，用增大沉沒度來提高泵效的措施總是受到某些條件的 高含氣抽油井減少氣體對泵工作影響的有效措施是在泵的人口處安裝氣錨 ，將油流中的自由氣在進泵前分離出來，通過油套管環(huán)形空間排到地面。 第二節(jié) 有桿抽油系統(tǒng)的計算 一 、 抽油桿強度的計算及桿柱設計 （ 一 ） 抽油桿的受力特征及強度計算方法 抽油桿的選擇主要包括確定抽油桿柱的長度、直徑、組合及材料。下泵深度確定后，抽油桿柱的長度就定了。為了保證抽油桿安全工作，必須根據材料及強度來確定其直徑。 抽油桿柱工作時承受著交變負荷 ， 因此 ， 在抽油桿內產生了由 σmax到 σmin。 的非對稱循環(huán)應力： σmax— 抽油桿柱頂部的最大應力； σmin— 曲油桿柱頂部的最小應力； Pmax— 懸點最大載荷； Pmin— 懸點最小載荷； fPm a xm a x ?? fPm inm in ?? 在交變負荷作用下，抽油桿柱往往是由于疲勞而發(fā)生破壞，而不是在最大拉應力下破壞。因為，如果在最大拉應力下發(fā)生破壞，那么抽油桿的斷裂事故將主要發(fā)生在拉應力最大的上部，但是礦場使用抽油桿的實踐表明：在上部、中部和下部都有斷裂。因此，抽油桿柱必須根據疲勞強度來進行計算。 根據研究，在非對稱循環(huán)應力下的抽油桿強度條件為： ? ? c?? ??1 ? ? K 11 ?? ? ?? m a x??? ac ?式中 :〔 σ1 〕 一許用應力； σ1一對稱循環(huán)疲勞極限應力 K一安全系數(shù)； σ1一折算應力； σa一循環(huán)應力的應力幅： fPPa 22m i nm a xm i nm a x ???? ??? 在確定抽油桿柱組合時，應該注意在活塞下行時，由于活塞與襯套的摩擦及液體通過游動閥的阻力，往往會使抽油桿柱下部發(fā)生縱向彎曲，產生彎曲應力。因此，有時下部抽油桿采用一段直徑較大的抽油桿 (或加重抽油桿 )。采用下部加重桿柱，一方面可提高剛度和增加強度；另一方面，這部分桿柱重量能夠克服活塞下行阻力，減小彎曲。 （ 二 ） 抽油桿柱設計方法 對于鋼桿抽油桿柱設計來說 ， 一般采用等強度原則 ， 即各級桿柱頂端面的應力范圍比或折算應力相等 。 但是隨技術研究的不斷深入，目前已不再進行這一類的設計，因此，等應力設計方法不再介紹。目前最為常用的是最大應力設計方法。即前面介紹的奧金格公式設計方法。 二 、 抽油機 深井泵抽油系統(tǒng)設計 有桿抽油系統(tǒng)包括油層 、 井筒流動 、 機 —桿 — 泵 。 有桿抽油系統(tǒng)設計主要是選擇機 、桿 、 泵 、 管以及抽汲參數(shù) ， 并預測其工況指標 ， 使整個系統(tǒng)高效而安全地工作 。 （ 一 ） 設計的原則 以油藏供液能力為依據 ， 以油藏與抽油設備的協(xié)調為基礎 ， 最大限度地發(fā)揮設備和油藏潛力 ， 使抽油系統(tǒng)高效而安全地工作 。 （ 二 ） 設計的內容 對剛轉為有桿泵抽油的井和少量需調整抽油機機型的有桿抽油的井，可初選抽油機機型。對大部分有桿抽油的油井，抽油機不變，為已知。對于某一抽油機型號，設計內容有：泵型、泵徑、沖程、沖次、泵深及相應的桿柱組合和材料，并預測相應抽汲參數(shù)下的工況指標，包括載荷、應力、扭矩、功率、產量及電耗等。 （ 三 ） 需要的基礎資料 有桿抽油井生產系統(tǒng)設計需要的基礎數(shù)據如下： (1)井深 ， 套管直徑 ， 油藏壓力 ， 油藏溫度 。 (2)油 、 氣 、 水密度 ， 油飽和壓力 ， 地面脫氣原油粘度 。 (3)含水率，套壓，油壓，生產氣油比，設計前油井的產量、流壓 (或動液面和泵深，或產液指數(shù) )。 （四）設計方法 有桿抽油系統(tǒng)設計方法可分為不限定產量和給定產量兩種情況下的設計。 1．不限定產量時的設計，不限定產量時的設計實際上是在一定的設備條件下，尋求發(fā)揮設備最大潛力的抽油設計方案， 此類設計一般由專業(yè)技術經濟管理人員進行 ,因而在此不再講述。 2． 給定產量時的設計 這是根據油井的配產任務 ， 尋求為完成規(guī)定產量使抽油系統(tǒng)在高效率下工作的抽油方案 。 其核心是確定合理的抽汲參數(shù) 。 設計步驟與不限定產量時的主要不同點是： (1)以規(guī)定的產量作為設計產量 ， 不再先假定產量 。 (2)進行桿柱設計時 ， 若桿柱超應力 ， 則應選高強度桿或重新確定能滿足規(guī)定的抽汲參數(shù)組合 (主要是 Dp、 S、 N)；若最后仍無法滿足 ， 則停止設計 ， 說明配產不合理 ， 有桿抽油方式無法實現(xiàn)配產任務 。 (3)如果抽油機超扭矩和超載荷 ， 則可更換大型抽油機 ，重新進行設計 。 (4)能夠基本滿足規(guī)定產量的抽汲參數(shù)可能會有多種組合，則應以系統(tǒng)的效率高、能耗低作為抽汲參數(shù)的選擇依據。 第三節(jié) 抽油機 深井泵抽油系統(tǒng)工況分析 油井生產分析的目的是了解油層生產能力、設備能力以及它們的工作狀況，為進一步制定合理的技術措施提供依據，使設備能力與油層能力相適應，充分發(fā)揮油層潛力，并使設備在高效率下正常工作，以保證油井高產量、高泵效生產。 抽油井分析應包括如下內容： (1)了解油層生產能力及工作狀況 ， 分析是否已發(fā)揮了油層潛力 ， 分析 、 判斷油層不正常工作的原因 。 (2)了解設備能力及工作狀況 ， 分析設備是否適應油層生產能力 ， 了解設備潛力 ， 分析 、 判斷設備不正常的原因 。 (3)分析檢查措施效果 。 總起來說，有桿抽油系統(tǒng)工況分析就是分析油層工作狀況及設備工作狀況，以及它們之間的相互協(xié)調性。 一 、 抽油機井的液面測試分析 （ 一 ） 液面測試技術的發(fā)展 液面測試技術近幾年來的發(fā)展主要是在數(shù)據錄取方面 。 其基本的測試原理沒有本質的變化 。如測試的聲仍然是開口子彈 。 普通的雙聲道回聲儀采用的是將聲波信號通過轉換使儀器表筆發(fā)熱，在恒速運動的記錄紙上記錄波形信號，之后進行測試資料的解釋。 目前的液面測試是將聲波信號轉換為電信號 ， 電信號通過計算機模擬形成數(shù)據信號 ，并存貯在測試儀器之內 ， 之后將測得的數(shù)據通過計算機軟件進行回放 ， 并進行解釋 。 解釋結果可直接在企業(yè)網上實現(xiàn)數(shù)據的傳輸和查閱 。 （ 二 ） 靜液面 、 動液面及采油指數(shù) 靜液面是關井后環(huán)形空間中液面恢復到靜止 (與地層壓力相平衡 )時的液面 ， 可以用從井口算起的深度 LS表示其位置 ， 也可以用從油層中部算起的液面高度 HS來表示其位置 。與它相對應的井底壓力就是油藏壓力 。 動液面是油井生產時油套環(huán)形空間的液面 ?？梢杂脧木谒闫鸬纳疃?LF表示其位置 ， 亦可用從油層中部算起的高度 HF來表示其位置 。與它相對應的井底壓力就是流壓 Pf。 與靜液面和動液面之差 (即 ΔH=HSHF)相對應的壓力差即為生產壓差 。 沉沒度是表示泵沉沒在 動液面以下的深度 ， 其大小應根據氣油比的高低 、 原油進泵所需的壓頭大小來定 。 與自噴井不同的是抽油井一般都是通過液面的變化，來反應井底壓力的變化。因此，抽油井的流動方程多采用下式來表示： )