【正文】 Sp比光桿沖程小λ而且λ＝λrλt下沖程開始時吸入閥立即關(guān)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＝λrλt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(jù)虎克定律來計算 如果為多級抽油桿則式中 λ沖程損失m 一考慮沉沒度影響后的液柱載荷為上下沖程中靜載荷之差Nfpfrft柱塞抽油桿及油管金屬的橫截面積mL抽油桿柱總長度mρl液體密度kg／m3E鋼的彈性模量2．06X101PaLf動液面深度m m抽油桿柱級數(shù) Li第i級抽油桿的長度m fi第i級抽油桿的截面積m 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≥s2 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(chǎn)的即使在高于飽和壓力下生產(chǎn)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(nèi)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(nèi)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 每沖程吸人泵內(nèi)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(nèi)氣液比和泵的結(jié)構(gòu)有關(guān)設(shè)柱塞在上死點時泵內(nèi)體積為氣液充滿分別用VlVg表示余隙體積用Vs表示柱塞讓出的體積用Vp表示則用R表示泵內(nèi)氣液比即R＝Vg／Vl則Vg＝R Vl那么則 設(shè)泵吸入液體的體積為泵內(nèi)液體體積與余隙體積之差則令余隙比則因此可得出如下結(jié)論 1 K值越小β值就越大減小K值可盡量減小余隙體積以增大柱塞沖程以提高柱塞讓出的體積Vp因此在保證柱塞不撞擊固定閥的情況下盡量減小防沖距以減小余隙 2 R愈小β就越大為了降低進入泵內(nèi)的氣液比可增加泵的沉沒深度使原油中的自由氣更多地溶于油中也可以使用氣錨使氣體在泵外分離以防止和減少氣體進泵提高泵效的措施泵效的高低是反映抽油設(shè)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(yīng)的措施實際上泵效同油層條件有相當密切的關(guān)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實踐證明對于注水開發(fā)而采用抽油開采的油田加強注水是保證油井高產(chǎn)量高泵效生產(chǎn)的根本措施在一定的油層條件下使泵的工作同油層條件相適應(yīng)是保證高泵效的前提下面簡要介紹為了提高泵效在井筒方面應(yīng)采取的一般措施1選擇合理的工作方式當抽油機已選定并且設(shè)備能力足夠大時在保證產(chǎn)量的前提下應(yīng)以獲得最高泵效為基本出發(fā)點來調(diào)整參數(shù)在保證過fpsn的乘積不變 即理論排量一定 時可任意調(diào)整三個參數(shù)但fpsn組合不同時沖程損失不同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(jié)構(gòu)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深井中將油管下部錨定可消除由于內(nèi)壓引起的油管螺旋彎曲從而消除因此而降低的活塞沖程 5合理利用氣體能量及減少氣體影響氣體對抽油井生產(chǎn)的影響隨油井條件不同而不同對剛由自噴轉(zhuǎn)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(chǎn)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(chǎn)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 井下油氣分離器 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8章 抽油機井系統(tǒng)效率及節(jié)能技術(shù)抽油機井的耗能占全廠總能耗的三分之一以上是全廠能耗占有比例最大的一個部份因而采取節(jié)能降耗技術(shù)措施提高機采井系統(tǒng)效率是降低我廠維護成本實現(xiàn)油田可持續(xù)發(fā)展的重要手段這與每一名員工的切身利益息息相關(guān)系統(tǒng)效率系統(tǒng)效率顧名思義就是系統(tǒng)的工作效率機采井的系統(tǒng)工作效率就是機采井的系統(tǒng)效率以抽油機井為例抽油機井的系統(tǒng)效率主要是由以下工作效率組成一是電機動的工作效率二是皮帶傳動效率三是減速箱的傳動效率四是四連桿機構(gòu)的傳動效率五是抽油桿傳動效率六是抽油泵的工作效率由于上述各個部份均是起到傳遞能量的或做功的作用因而在計算過程中可以用能量的形式來加以表達故此將電機工作效率定義為η電則η電的表達式為將皮帶的傳動效率定義為η皮帶則η皮帶的表達式為將減速箱的傳動效率定義為η減速箱則η減速箱的表達式為將四連桿機構(gòu)的傳動效率定義為η四連桿則η四連桿的表達式為將抽油桿傳動效率定義為η抽油桿則η抽油桿的表達式為將抽油泵的工作效率定義為η抽油泵則η抽油泵的表達式為由于抽油機井的系統(tǒng)效率為各部份工作效率傳動效率之積因而抽油機井系統(tǒng)效率的表達式為其中 W抽油泵是指抽油泵在舉升液體時所做的功可以用下式表達式中Q油井日產(chǎn)液量 N H液體的被舉升高度簡稱舉升高度 米由于我們現(xiàn)場上被實際測得的是抽油機井的動液面深度并且動液面的深度受套壓的直接影響同時井口還有一定的壓力稱為油壓或回壓因而需對舉升高度進行計算計算公式如下式中H動機采井的動液面深度米γ液混合液比重 混合液的密度由以下公式確定但由于工程單位制與國際單制之間的差別需要將系統(tǒng)效率計算公式進行統(tǒng)一單位以適合我們目前使用的計量單位能量的最基本單位為焦耳J即Nms目前生產(chǎn)中最為常用的單位是噸米KW因此要換算成牛頓N米即1噸 9800 N功率常用單位為KW換算為標準的國際單位即1KW 3600000 JH將功率換算為日耗電量則需將功率值乘以241個百分點二是針對泵況的影響做好泵況分析檢泵恢復(fù)的工作三是針對抽油機本身的工作狀況的因素認真做好抽油機井的五率調(diào)整工作四是針對電機工作方面的因素相應(yīng)采取一些節(jié)能技術(shù)措施如更換節(jié)能型電機節(jié)能型控制箱等方法減小電機的空載能量消耗五是針對油層的供液狀況與抽油機下入?yún)?shù)的影響因素采取相應(yīng)的變換工作參數(shù)的方法對于高液面的抽油機井可以采取換大泵徑上提泵掛等方法對于地面抽汲參數(shù)偏大的井可以采取換大泵徑下調(diào)參數(shù)的方法對于供液條件不好的井可以采取換小泵徑下調(diào)參數(shù)的方法抽油機井節(jié)能技術(shù)抽油機深井泵舉升本身是一種耗能的舉升工藝一旦在測試中發(fā)現(xiàn)能耗為負則一定說明測試中存在問題但是由于抽油機45三是表現(xiàn)為常規(guī)電機的低功率因數(shù)特點從現(xiàn)場測試的結(jié)果表明抽油機在使用常規(guī)的Y系列電機時其功率因數(shù)一般在04以下最高的也沒有超過075產(chǎn)生的原因有二一是電機的利用率較低二是感性負荷表現(xiàn)強烈節(jié)能技術(shù)抽油機節(jié)能技術(shù)主要是圍繞上述三個特點實現(xiàn)的從目前應(yīng)用的抽油機井節(jié)能技術(shù)主要有三大類一是提高功率因數(shù)類如電容補償永磁電機二是提高電機功率利用率類如高轉(zhuǎn)差電機多速電機YΔ轉(zhuǎn)換控制箱三是改善電機消耗功率不均衡類主要是液力藕合器離合器等1電容補償及補償量的計算電容補償采用的是與并聯(lián)電力電容補償無功功率由于供配電線路及常用用電設(shè)備在正常工作時均呈現(xiàn)感性負荷的特點用電力電容補償就是利用電容電流與電感電流相位相反的作用抵消電感電流從而提高功率因素或者是說由電容器來供給負荷的無功電流減少電源輸送無功電流量電容補償時產(chǎn)生兩個效果一是降低了抽油機電機工作時的無功功率使功率因素提高這對于供電電網(wǎng)無疑是一個貢獻二是電容補償降低了電機的工作電流從而減小了線路及用電設(shè)備電機的發(fā)熱損失電容補償量的計算一般由下式確定式中P－最大負荷日平均有功功率kwtgφ1tgφ2－補償前后功率因數(shù)角的正切值cosφ1cosφ2－補償前后功率因數(shù)值Qc－補償電容容量kvar2節(jié)能電機的種類及節(jié)能原理目前油田為常用的節(jié)能電機有三類即高轉(zhuǎn)差電機雙功率電機永磁電機1高轉(zhuǎn)差電機從電機學原理可知電機堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與兩個因素有關(guān)一是電機的功率二是電機的轉(zhuǎn)差率電機功率越大其堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩越大電機的轉(zhuǎn)差率越大其堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩越大從節(jié)能角度理解應(yīng)當選擇轉(zhuǎn)差率高的電機因為高轉(zhuǎn)差電機可大幅降低抽油機電機機座號從而實現(xiàn)節(jié)能的目的從中區(qū)西部節(jié)能試驗區(qū)的應(yīng)用效果使用高質(zhì)量的高轉(zhuǎn)差電機平均實現(xiàn)節(jié)能12以上但有一個重要的因素限制即轉(zhuǎn)差率越高電機工作發(fā)熱越嚴重因而解決電機工作高溫問題是實現(xiàn)高轉(zhuǎn)差的主要因素從目前應(yīng)用的高轉(zhuǎn)差電機均為引進技術(shù)一是美國技術(shù)二是俄羅斯技術(shù)兩種技術(shù)特別有著本質(zhì)的區(qū)別美國技術(shù)著重從解決電機的散熱問題角度來提高電機的轉(zhuǎn)差率使用的材料是鋁合金材料它利用鋁合金材料的散熱能力強的特點提高電機的轉(zhuǎn)差率CJT系列高轉(zhuǎn)差電機是這一技術(shù)的代表產(chǎn)品俄羅斯技術(shù)著重