【正文】 差所得到的純經(jīng)濟(jì)效益最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的井底流壓，合理控 我國(guó)各油田對(duì)于抽油泵沉沒(méi)度都有各自的推薦值或經(jīng)驗(yàn)值，雖然并非符合各種油田，但是仍有借鑒價(jià)值。在已知實(shí)際的下泵深度、動(dòng)液面高度、原油物性、油井的油壓套壓等參數(shù)的條件下，由井下和地面兩部分的效率得出總的系統(tǒng)效率，再以總的效率最高為依據(jù)作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。 (2)以系統(tǒng)效率最高為依據(jù)來(lái)確定合理的沉沒(méi)度。如果泵的沉沒(méi)度太 大，則油井可能帶噴，因抽油泵舉升，而使抽油效率也降低。抽油機(jī)采油時(shí)，要求泵必須有一定的沉沒(méi)度。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 我國(guó)各油田對(duì)于抽油泵沉沒(méi)度都有各自的推薦值或經(jīng)驗(yàn)值，雖然并非符合各種油田，但是仍有借鑒價(jià)值。各采油廠原有的建立于油田生產(chǎn)初期的沉沒(méi)度 /泵深的確定準(zhǔn)則已不再適應(yīng)當(dāng)前的油井工況。要想充分發(fā)揮油層潛力，又要達(dá)到節(jié)能降耗的目的，必須將沉沒(méi)度控制在合理范圍內(nèi)。在這個(gè)最佳沉沒(méi)度值下得到的泵效最大。這樣，單純從影響泵效的角度出發(fā)，就出現(xiàn)了矛盾的兩個(gè)方面：一方面是增大沉沒(méi)度可提高泵的充滿系數(shù)而增加泵效；另一方面，增加沉沒(méi)度、增大沖程損失而降低泵效。因?yàn)樵龃蟊脪焐疃群?，使抽油桿長(zhǎng)度增加和上沖程時(shí)作用在活塞上的液柱載荷增加。然而，在地層供液能力充足，生產(chǎn)井具有穩(wěn)定動(dòng)液面的情況下，增加沉沒(méi)度就意昧著增大泵掛深度。假設(shè)已經(jīng)使用了井下防氣工具，那么增加沉沒(méi)度，提高泵入口的沉沒(méi)壓力就成為增大泵效的主要途徑。 眾所周知，在中、高氣油比的抽油生 產(chǎn)過(guò)程中，有多種方法來(lái)減小氣體的影響以提高泵效。另外，增加下泵深度也會(huì)消耗多余的油管及抽油桿，增大了抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)載荷和電機(jī)的容量，有時(shí)還增加了抽油桿的斷脫事故和維修成本。但是，由于泵沉沒(méi)度的增大會(huì)引起抽油桿長(zhǎng)度的加長(zhǎng)，相應(yīng)的增加了抽油桿和油管的變形，這又會(huì)使抽油泵的排量系數(shù)有所降低。為降低自由氣對(duì)泵的工作性能的影響，通常采用的方法是增加泵的沉沒(méi)深度。 一般來(lái)說(shuō)，在抽油井中，抽油泵在井底輸送的介質(zhì)是油、氣、水的混合物，其中氣體的存在對(duì)泵的工作效率有很大的影響。其中，氣體的存在對(duì)泵工作性能的影響很大，因此，研 究天然氣特別是自由氣對(duì)抽油泵排量系數(shù)的影響是提高有桿抽油設(shè)備工作有效性的一個(gè)重要問(wèn)題。 6 有桿泵往復(fù)式抽油系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，但其系統(tǒng)效率一般較低 ,抽汲參數(shù)是否匹配、抽油泵沉沒(méi)度是否合理對(duì)系統(tǒng)效率的影響相對(duì)較大。因而 沉沒(méi)度的大小直接影響著泵的充滿系敷。其中，正常生產(chǎn)中上、下沖程的交變載荷引起的沖程損失與抽油桿柱的長(zhǎng)度 (泵掛深度 )有直接的關(guān)系。 影響有桿泵泵效及整個(gè)系統(tǒng)效率的因素很多。這類油井是本文的研究對(duì)象。 沉沒(méi)度對(duì)油井生產(chǎn)的影響 有桿抽油系統(tǒng)是世界石油工業(yè)傳統(tǒng)的采油方式之一，國(guó)內(nèi)外 80%以上的油井采用有桿泵采油系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)。 沉沒(méi)度過(guò)小 ， 降低泵的充滿系數(shù) ， 沒(méi)度過(guò)大，會(huì)增加抽油機(jī)的負(fù)荷。 液柱載荷 ....................................... 8 泵口壓力對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響 ................... 9 井口回壓對(duì)懸點(diǎn)載荷的影響 ................... 9 慣性載荷 ...................................... 10 摩擦載荷 ...................................... 10 振動(dòng)載荷 ...................................... 12 桿柱的等強(qiáng)度設(shè)計(jì)原則 ............................... 12 抽油機(jī)校核 ........................................... 14 最大扭矩計(jì)算公式 ............................ 14 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算 ............................... 14 第 四 章 抽油泵合理沉沒(méi)度的確定 ..................... 15 系統(tǒng)效率分析 ......................................... 15 建立最優(yōu)目標(biāo)函數(shù) .................................... 18 求解數(shù)學(xué)模型 ......................................... 18 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及結(jié)果分析 ................................. 19 第 五 章 結(jié)論 ......................................... 22 參考文獻(xiàn) .............................................. 23 5 第 一 章 引 言 沉沒(méi)度的定義 泵下入動(dòng)液面以下的深度 ， 泵深與動(dòng)液面的差值。 optimization design 3 目 錄 第 一 章 引 言 .......................................... 5 沉沒(méi)度的定義 .......................................... 5 沉沒(méi)度對(duì)油井生產(chǎn)的影響 ............................. 5 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) ........................... 7 提高機(jī)采系統(tǒng)效率的對(duì)策 分析 ........................ 8 研究?jī)?nèi)容及意義 ....................................... 9 第 二 章 泵效的影響因素 ............................... 10 柱塞沖程 .............................................. 10 靜載荷作用下的柱塞沖程 .................... 10 考慮慣性載荷的柱塞沖程 .................... 12 抽油桿柱的振動(dòng)對(duì)柱塞沖程的影響 .......... 13 泵的充滿程度 ......................................... 14 泵漏失的影響 ......................................... 17 提高泵效的措施 ...................................... 19 第 三 章 理論模型與計(jì)算方法研究 ...................... 1 合理沉沒(méi)度確定思路與主要設(shè)計(jì)方法 ................. 1 IPR 計(jì)算 ............................................... 1 采液指數(shù)計(jì)算 ................................ 1 某產(chǎn)量下井底流壓的計(jì)算 .................... 2 多相管流及物性參數(shù)計(jì)算 ............................. 3 物性參數(shù)計(jì)算 .................................. 3 多相管流壓降計(jì)算 ............. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 system efficiency。用結(jié)果表明，以優(yōu)化設(shè)計(jì)方法來(lái)確定泵的沉沒(méi)度，可明顯降低能耗，提高系統(tǒng)效率和經(jīng)濟(jì)效益，為油田生產(chǎn)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。 抽油泵合理沉沒(méi)度的研究 1 抽油泵合理沉沒(méi)度的研究 摘 要 機(jī)抽井泵的沉沒(méi)度是影響泵效和系統(tǒng)效率的重要因素。通過(guò)分析有桿泵抽油系統(tǒng)的能耗，以機(jī)采系統(tǒng)效率最高為目標(biāo)，確立了機(jī)采系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，同時(shí)分析泵效對(duì)機(jī)采系統(tǒng)效率的影響以及影響泵效的因素，給出了沉沒(méi)度和其他抽汲參數(shù)的優(yōu)化設(shè) 計(jì)方法。 關(guān)鍵詞 ： 沉沒(méi)度；系統(tǒng)效率；抽汲參數(shù)；優(yōu)化設(shè)計(jì) 2 ABSTRACT The submergence depth of oil well pump is an important parameter that affects the rod pump efficiency and system efficiency. Energy consumption of the staff rod pumping system was analyzed. Regarding system efficiency as the optimal object, the object function and constraining conditions of the system optimal design were established. The effect of the pump efficiency on system efficiency and the factors affecting the pump efficiency were analyzed. The optimal design methods of submergence pump depth and other swabbing parameters were presented. The application results show that the system efficiency and the economic benefit are enhanced by the submergence depth optimal design. Keywords: submergence depth。 swabbing parameter。 4 懸點(diǎn)載荷計(jì)算 .......................................... 7 桿柱的重力 .................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 沉沒(méi)度＝泵掛深度 — 動(dòng)液面深度 沉沒(méi)度要根據(jù)油井的產(chǎn)量和動(dòng)液面來(lái)確定當(dāng)石油進(jìn)入到深井泵之前，要克服過(guò)濾器 ， 錨、砂錨和幾爾（閥）的窄孔的阻力 ， 就要求深井泵要下入到動(dòng)液面以下一定的深度，造成一個(gè) 壓頭 (壓頭是指動(dòng)液面與深井泵下入位置的差值的重力 )。通過(guò)實(shí)踐摸索即使油的粘度很大 ， 服原油在井筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的全部阻力不超過(guò)一個(gè)大氣壓 ， 以一般沉沒(méi)度為 30~50 米；重質(zhì)粘度大的井不少于 50 米；原油含氣大的井不少于 80~100 米；如不含氣的輕質(zhì)原油的井 ， 沒(méi)度有 20 米即可 。有桿泵抽油利用了一套連接井下泵和地面驅(qū)動(dòng)裝置的抽油桿柱，其主 要類型是游梁式抽油。正確地確定有桿抽油系統(tǒng)的抽汲參數(shù)制度（沖程、沖次、泵徑和泵深）可令設(shè)備在經(jīng)濟(jì)壽命期內(nèi)充分滿足產(chǎn)液量需求并保證在安全生產(chǎn)的前提下提高設(shè)備利用率，達(dá)到節(jié)能的目的。諸如：抽撮系統(tǒng)的生產(chǎn)能力與地層的供藏能力不匹配、油管滑失、固定閥和游動(dòng)閥漏失、抽油桿斷脫、抽油桿柱和油管彈性變形、氣體影響等。在生產(chǎn)井具有穩(wěn)定動(dòng)液面的前提下，這種關(guān)系就表現(xiàn)為 沖程損失與沉沒(méi)度的關(guān)系，同時(shí)在氣油比較大的井中，由于氣體影響造成的泵效損失也不容忽視。由此可見(jiàn)，在抽汲混氣原油時(shí)，選擇合理的沉沒(méi)度是提高泵效的一個(gè)很重要的途徑，但是，有關(guān)的書(shū)籍和資料對(duì)這個(gè)問(wèn)題只是定性地提及，沒(méi)有定量的數(shù)據(jù)說(shuō)明和技術(shù)參考。一般來(lái)說(shuō)，在抽油井中，抽油泵在井底所輸送的介質(zhì)是有、氣、水的混合物。為降低自由氣對(duì)抽油泵工作的影響，通常采用的方法是增加泵的沉沒(méi)深度，然而并非沉沒(méi)度越大越好。因此，研究天然氣特別是自由氣對(duì)抽油泵排量系數(shù)的影響是提高有桿抽油設(shè)備工作有效性的一個(gè)重要問(wèn)題。沉沒(méi)度增加，則泵的入口壓力增加，減少了自由氣對(duì)泵工作性能的影響， 使抽油泵的排量系數(shù)有所提高。同時(shí)，改變了抽油桿的長(zhǎng)度也就改變了下泵深度，這樣也就改變了泵工作位置的溫度和油的粘度，后者也會(huì)改變泵的排量系數(shù)。因此，沉沒(méi)度過(guò)大，雖然泵的充滿系數(shù)較大，但是由于抽油桿彈性伸縮加大，泵效不一定提高，而且有可能降低。例如：安裝氣錨、使用井下油氣分離器以及增加沉沒(méi)度 (沉沒(méi)壓力 )來(lái)減少泵入口的氣體分離量等。單純地從這個(gè)角度來(lái)看，沉沒(méi)度越大，越有利于提高泵效。如前所述，這樣做有可能對(duì)泵效產(chǎn)生不良影響。而靜液柱載荷 越大，抽油桿長(zhǎng)度越 長(zhǎng)，沖程損失就越嚴(yán)重，泵效就越低。解決這一問(wèn)題的唯一途徑就是通過(guò)定量分析沉 7 沒(méi)度對(duì)兩個(gè)方面的影響程度，選擇一個(gè)最佳的沉沒(méi)度值。 從生產(chǎn)狀況看，大多數(shù)油井液面低、沉沒(méi)度小、氣體影響大、產(chǎn)量和系統(tǒng)效率低。在油田生產(chǎn)的中晚期，生產(chǎn)氣油比下降、含水率大幅度上升 。研究當(dāng)前各油井沉沒(méi)度及泵深的合理選擇依據(jù)對(duì)于提高產(chǎn)液的經(jīng)濟(jì)性具有重要意義 。目前確定下井抽油泵合理沉沒(méi)度的方法主要有三種： (1)以最大沉沒(méi)度及最小沉沒(méi)度確定合理的沉沒(méi)度。如果泵的沉沒(méi)度太小，則泵的吸入壓力太低，流體充不滿泵筒，而使抽油效率降低。因此，泵的合理沉沒(méi)度應(yīng)設(shè)在最小沉沒(méi)度與最大沉沒(méi)度之間。系統(tǒng)效率是衡量抽油機(jī)井管理水平的綜合性指標(biāo)，合理的沉沒(méi)度有利于提高系統(tǒng)效率。 (3)以經(jīng)濟(jì)效益最高為依據(jù)來(lái)確定合理的沉沒(méi)度。目前確定下井抽油泵合理沉沒(méi)度的方法主要有三種： (1