【導(dǎo)讀】機(jī)抽井泵的沉沒度是影響泵效和系統(tǒng)效率的重要因素。通過分析有桿泵抽。用結(jié)果表明，以優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。多相管流壓降計(jì)算.............錯(cuò)誤!泵下入動(dòng)液面以下的深度，泵深與動(dòng)液面的差值。

　　

【正文】 4時(shí)抽油桿等疲勞壽命曲線 要保證抽油桿拄不發(fā)生疲勞破壞，抽油桿的最大許用應(yīng)力不應(yīng)超過許用最大應(yīng)力，即： all?? ?max (342) 從上式可以看出，抽油桿的許用應(yīng)力不僅與桿和流體性質(zhì)有關(guān)，而且與所受的最小應(yīng)力有關(guān)，也就是說，修正古德曼圖給出的是許用應(yīng)力范圍，在抽油桿柱設(shè)計(jì)中采用應(yīng)力范圍比 PL ，即： %100m inm inm a x ???? ?? ?? al lPL (343) 合理的抽油桿柱組合比例不僅應(yīng)保證各級抽油桿的 %100?PL ，而且各級桿的 PL 值應(yīng)比較接近。同時(shí)，為了有效地使用抽油桿， PL 還應(yīng)保持較高的數(shù)值。 等強(qiáng)度設(shè)計(jì)就是使得各級桿的 PL 值比較接近，提高安全性。桿柱設(shè)計(jì)時(shí)還有一個(gè)可以預(yù)設(shè)的量就是最大強(qiáng)度差，可以通過調(diào)整此值 14 達(dá)到設(shè)計(jì)最輕桿柱的目的（把此值設(shè)為 100%）。 抽油機(jī)校核 最大扭矩計(jì)算公式 )( m inm a xm a x PPSSM ??? (344) 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算 14388maxnMNr ? (345) 式中 maxM —— 抽油機(jī)最大負(fù)荷扭矩， N； Nr—— 需要得電機(jī)額定功率， kW； maxP —— 懸點(diǎn)最大載荷， N； minP —— 懸點(diǎn)最小載荷， N； S —— 沖程， m； n —— 沖次， 1/min。 如果計(jì)算的最大扭矩超 過減速箱允許的最大扭矩或計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率超過電動(dòng)機(jī)額定功率，則須改變抽油參數(shù)，重新設(shè)計(jì) 。 15 第 四 章 抽油泵合理沉沒度的確定 系統(tǒng)效率分析 由于能量在轉(zhuǎn)換與傳遞過程中，總會發(fā)生不可避免的損失，所以有效功率 ΔP 1小于輸入功率 P1。根據(jù)能量守恒定律，輸入功率應(yīng)當(dāng)?shù)扔谳敵龉β?(有效功率 )與損失功率 ΔP 之和，即： ΔP+ P Δ=P 11 (41) 系統(tǒng)的有效功率為系統(tǒng)在舉升產(chǎn)出液過程中消耗的功率， 可表示為： ??? (42) 式中 ρ —— 油井產(chǎn)出液密度， kg/m3； H—— 產(chǎn)出液舉升的有效揚(yáng)程， m； Q—— 油井產(chǎn)液量， m3/d。 因此，有桿抽油系統(tǒng)效率又可表示為： 11111 1 PPP PPPP ????????? （ 43） 由式 (43)可知，有桿抽油系統(tǒng)效率值取決于損失功率與輸入功率之比，即在輸入功率一定的條件下，損失 功率越大，有桿抽油系統(tǒng)效率越低，反之系統(tǒng)效率就越高。 根據(jù)有桿抽油系統(tǒng)組成情況，可以把有桿抽油系統(tǒng)的功率損失分為 8 部分，分別用 2P? ～ 9P? 表示，因此有： 98765432 PPPPPPPPP ????????????????? （ 44） 16 式中 2P? —— 電機(jī)損失，包括電機(jī)熱損失和機(jī)械損失， kW； 3P? —— 皮帶損失，主要是皮帶傳動(dòng)中的摩擦損 失， kW； 4P? —— 減速箱損失，主要是減速箱傳動(dòng)中的摩擦損失， kW； 5P? —— 四連桿損失，主要是軸承摩擦損失和鋼絲繩變形損失， kW； 6P? —— 盤根盒損失，主要是盤根盒的摩擦損失， kW； 7P? —— 抽油桿損失，主要是抽油桿摩擦損失和抽油桿彈性伸縮損失， kW； 8P? —— 抽油泵損失，包括抽油泵的機(jī)械損失、容積損失與水力損失， kW； 9P? —— 管柱損失，主要為管柱的水力損失， kW。 每項(xiàng)損失又可以表示為： NNPP ? ? )1(22 ??? （ 45） SM PPP 333 ????? （ 45） CT PPP ??? 4 （ 46） ST PPP ??? 39。5 （ 47） 1000/6 vFP ?? (48) })1(4)()]1(ln 1{[20 0 0 012217 dt dxtBBdt dxtBmP L T L T? ? ? ? ?????????? ???? (49) WVm PPPP ??????? 8 (410) 39。39。9 WV PPP ????? (411) 其中 1ln2 121 ??? mmB； 17 mmmB ln )1(1 222 ????； 01rrm? 。 式中 N? —— 電機(jī)的額定效率， kW； P2 —— 電機(jī)輸出 功率， kW； MP3? —— 皮帶傳動(dòng)的彎曲損失， kW； SP3? —— 皮帶傳動(dòng)傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)損失， kW； TP —— 減速箱的軸承損失， kW； CP —— 減速箱的齒輪損失， kW； 39。TP —— 四連桿機(jī)構(gòu)軸承損失， kW； SP —— 四連桿機(jī)構(gòu)的鋼絲繩變形損失， kW； F—— 盤根盒與光桿出的摩擦力， N； v—— 光桿運(yùn)動(dòng)速度， m/s； L—— 抽油桿的總長度， m； t—— 時(shí)間， s； ),( txf?? —— 抽油桿不同斷面不同時(shí)間的位移， m； T—— 抽汲循環(huán)周期， s； x—— 抽油桿長度， m； ? —— 液體動(dòng)力粘度， mPa? S； m、 1B 、 2B —— 系數(shù)； 0r —— 抽油桿半徑， m； 1r —— 油管半徑， m； 18 mP? —— 抽油機(jī)的機(jī)械摩擦損失功率， kW； WP? —— 抽油泵的水利損失功率， kW； VP? —— 抽油泵的容積損失功率， kW； 39。VP? —— 由于油管漏失引起的管柱容積功率損失， kW； 39。WP? —— 原油沿油管流動(dòng)引起的水利功率損失， kW。 建立最優(yōu)目標(biāo)函數(shù) 在已知實(shí)際的下泵深度、動(dòng)液面高度、原油物性、油井的油壓等參數(shù)的條件下，由油井系統(tǒng)的效率，選擇機(jī)、桿、泵的運(yùn)行參數(shù)，從而使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)。 有桿抽油設(shè)計(jì)是一個(gè)混合離散變量最優(yōu)化問題，變量有沉沒度、泵徑 pd 、沖程 s、沖次 n 等，其中沉沒度為連續(xù)變量，泵徑、沖程、沖次為離散變量。建立如下優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)： ,.. .),(m a x nsdSf p?? （ 412） 求解數(shù)學(xué)模型 （ 1) 用 IPR 曲線，由給定的產(chǎn)量 Q 計(jì)算流壓； （ 2）按 Q 由流壓沿井筒向上計(jì)算管流壓降，得到不同深度處的壓力分布； （ 3）初選管、桿直徑，按 Q 由井口向下進(jìn)行桿、管環(huán)空壓力分布計(jì)算，得到不同深度處的壓力分布； （ 4）初選管、桿直徑，按 Q 由井口向下進(jìn)行桿、管環(huán)空壓力分 19 布計(jì)算，得到 不同深度處的壓力分布； （ 5）對某一抽汲參數(shù)組合：泵徑、沖程、沖次、泵沉沒度，求其產(chǎn)量。首先可可根據(jù)充滿系數(shù)計(jì)算對應(yīng)的泵下壓力分布；設(shè)計(jì)抽油油桿；計(jì)算泵效率；從而計(jì)算出產(chǎn)量 39。Q ； （ 6）判斷 |Q 39。?|? 是否成立。若不成立，則換另一組抽汲參數(shù)，轉(zhuǎn)步驟（ 5）；若成立，按新桿、管尺寸，一般返回步驟（ 4）三次。超過三次，則求目標(biāo)函數(shù)，轉(zhuǎn)步驟 （ 7） ； （ 7）通過計(jì)算多組抽汲參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)，比 較后得到最佳函數(shù)的抽汲參數(shù)及相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。 現(xiàn)場應(yīng)用及結(jié)果分析 對 8 口檢泵井的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化（見表 4續(xù)表 41），主要在泵徑、沖程、沖次和沉沒度方面采取優(yōu)化措施，這些井的平均系統(tǒng)效率有作業(yè)前的 %提高到 %，降低了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益 。 表 41 優(yōu)化前后結(jié)果對比 井號 狀態(tài) 泵徑 沖程 沖次n/ 液量Q/ 含水率 動(dòng)液面 / 泵深h/ 沉沒度 泵效η/ 提高效率 Δη Dp/ mm s/ mm 次/min m/d f/ % m m S/ m % / % 1 優(yōu)化前 95 145 505 992 487 優(yōu)化后 95 152 522 897 375 2 優(yōu)化前 56 4 1192 1497 305 優(yōu)化后 56 3 1186 1492 306 3 優(yōu)化前 56 95 775 1198 423 優(yōu)化后 70 3 931 1229 298 20 續(xù)表 41 井號 狀態(tài) 泵徑 沖程 沖次n/ 液量Q/ 含水率 動(dòng)液面 / 泵深h/ 沉沒度 泵效η/ 提高效率 Δη Dp/ mm s/ mm 次/min m/d f/ % m m S/ m % / % 4 優(yōu)化前 44 6 6 916 1592 676 優(yōu)化后 56 1111 1397 286 5 優(yōu)化前 56 545 997 452 優(yōu)化后 70 626 999 373 6 優(yōu)化前 56 5 5 855 1218 363 優(yōu)化后 70 4 4 992 1250 258 7 優(yōu)化前 56 5 5 573 999 426 優(yōu)化后 70 656 804 148 8 優(yōu)化前 56 6 6 519 951 432 優(yōu)化后 70 6 6 514 950 436 當(dāng)沉沒度變化時(shí)，抽油泵的充滿系數(shù)將發(fā)生變化，氣泵效和系統(tǒng)效率也將變化。由圖 4 42 可看出，隨沉沒度增加，抽油泵的泵效現(xiàn)增加后減小，系統(tǒng)效率也存在類似的情況，但是，其增大和減小的程度隨沉沒度的不同而變化。最高泵效出現(xiàn)在沉沒度為 335m 位置，而最高的泵效不是最經(jīng)濟(jì)有 效采油參數(shù)，為節(jié)約增效，應(yīng)犧牲個(gè)別設(shè)備的效率來滿足整個(gè)系統(tǒng)的效率。 21 圖 41 泵效與沉沒度的關(guān)系 圖 42 系統(tǒng)效率與沉沒度的關(guān)系 圖 43 不同產(chǎn)液量下的最優(yōu)沉沒度和泵效 圖 43 表示在滿足優(yōu)化目標(biāo)函數(shù) (系統(tǒng)效率最高 )條件下，不同產(chǎn)液量與沉沒度、泵效的關(guān)系。隨著地層供液能力的增強(qiáng)，下泵的深度先有所增大，然后減小；泵效的變化也存在類似的情況。可以得到 ,當(dāng)油井供液能力很強(qiáng)時(shí)，可適當(dāng)?shù)臏p小沉沒度來提高系統(tǒng)的效率。 22 第 五 章 結(jié)論 通過理論分析和現(xiàn)場應(yīng)用得到如下結(jié)論： (1) 如果為提高泵效而 增加抽油泵的沉沒度，無限制地加大泵掛深度，只能使抽油泵的泵效提高很小或幾乎不提高，而且還將消耗大量的抽油桿和油管，使井下抽油桿、油管及泵的斷、脫、漏事故增多； (2) 氣體對泵效有一定的影響 ， 而主要的影響因素是漏失和沖程損失， 具有一定油氣比的油井，抽油泵的泵效有一個(gè)最大值，而且油氣比愈大，抽油泵的泵效愈低； (3) 抽汲高粘原油時(shí)，可以采用增加沉沒度的方法，以減弱液體粘度對抽油泵泵效的影響； (4) 對原油物性和油井工況差別較小的特定區(qū)塊，可以通過對油井含水、泵效和沉沒度等礦場數(shù)據(jù)研究分析，得出該區(qū)塊油井不 同含水下油井的最佳沉沒度。比如， 泵效與沉沒度的變化趨勢，符合多項(xiàng)式變化規(guī)律，含水越高，冪次越高； (5) 引起油井實(shí)際泵效比理論泵效小的主要原因是凡爾漏失或堵塞 ， 油管結(jié)蠟或結(jié)鹽，要提高泵效主要措施是解鹽、防漏、清蠟。 (6) 在滿足生產(chǎn)工藝和設(shè)備的條件下 ,以機(jī)采井系統(tǒng)效率最高為目標(biāo)函