第03章有桿泵采油2

1、tQQ/第四節(jié) 泵效計算泵效：在抽油井生產(chǎn)過程中，實際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值。影響泵效的因素(3) 漏失影響(1) 抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮SSp入(2) 氣體和充不滿的影響活液VV(4) 體積系數(shù)的影響lBB1一、柱塞沖程 液柱載荷交替地由油管轉(zhuǎn)移到抽油桿柱和由抽油桿柱轉(zhuǎn)移到油管，使桿柱和管柱發(fā)生交替地伸長和縮短。(一)靜載荷作用下的柱塞沖程柱塞沖程小于光桿沖程抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮泵效小于1交變載荷作用 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，它們不會影響柱塞沖程。)()11(trflptrLfLfLEgLfffELW沖程損失計算式： SSStrp)(柱塞沖程：沖程損失

2、：tr圖3-19 抽油桿和油管彈性伸縮示意圖抽油桿和油管彈性伸縮如圖3-19所示。)(1miriitflpfLfLEgLf多級抽油桿的沖程損失：沖程損失的影響因素分析：(2) 抽油桿和油管的性質(zhì)、組合；(3) 下泵深度；(4) 抽油泵的規(guī)格。(1) 油層供液狀況和生產(chǎn)流體的性質(zhì)；若各級桿及油管的鋼級不同，則E單獨取值(二)考慮慣性載荷后柱塞沖程的計算 當懸點上升到上死點時，抽油桿柱有向下的(負的)最大加速度和向上的最大慣性載荷，抽油桿在慣性載荷的作用下還會帶著柱塞繼續(xù)上行 。 當懸點下行到下死點后，抽油桿的慣性力向下，使抽油桿柱伸長，柱塞又比靜載變形時向下多移動一段距離 。 i柱塞沖程增加量：

3、EfLSNWrri17902)17901 (2EfLNWSSSrrip 由于抽油桿柱上各點所承受的慣性力不同，計算中近似取其平均值，即： 根據(jù)虎克定律，慣性載荷引起的柱塞沖程增量為： 因此，考慮靜載荷和慣性載荷后的柱塞沖程為：)1(179022)1(17902222lrEfLSNWEfLIlrEfLSNWEfLIrrrrdrrrrd 上沖程：)1(179022)1(17902222lrEfLSNWEfLIlrEfLSNWEfLIrrrrdrrrrd 下沖程：(三)抽油桿柱的振動對柱塞沖程的影響 理論分析和實驗研究表明：抽油桿柱本身振動的相位在上下沖程中幾乎是對稱的，即如果上沖程末抽油桿柱伸長，

4、則下沖程末抽油桿柱縮短。因此，抽油桿振動引起的伸縮對柱塞沖程的影響是一致 ，即要增加都增加，要減小都減小。其增減情況取決于抽油桿柱自由振動與懸點擺動引起的強迫振動的相位配合。液柱載荷交變作用抽油桿柱變速運動抽油桿柱振動抽油桿柱變形 因此，抽油桿柱振動對柱塞沖程的影響存在著沖次、沖程配合的有利與不利區(qū)域。二、泵的充滿程度氣鎖：抽汲時由于氣體在泵內(nèi)壓縮和膨脹，吸入和排出閥無法打開，出現(xiàn)抽不出油的現(xiàn)象。圖3-20 氣體對沖滿程度的影響psVVK/余隙比：充滿系數(shù)：RKRKRKVVpl1111充滿系數(shù)推導(dǎo)過程p139。RKRKRK1111泵充滿程度的影響因素分析：(1) 生產(chǎn)流體的性質(zhì)氣液比 R愈小，

5、就越大。增加泵的沉沒深度或使用氣錨。(2) 防沖距 K值越小，值就越大。盡量減小防沖距，以減小余隙。三、泵的漏失(1) 排出部分漏失(2) 吸入部分漏失(3) 其它部分漏失 如油管絲扣、泵的連接部分及泄油器不嚴等影響泵效漏失漏失很難計算，除了新泵可根據(jù)試泵實驗測試結(jié)果和相關(guān)式估算外，泵由于磨損、砂蠟卡和腐蝕所產(chǎn)生的漏失以及油管絲扣、泵的連接部分和泄油器不嚴等所產(chǎn)生的漏失很難計算柱塞與襯套間隙漏失計算靜止條件下的漏失量：lHgDeq1231tBLQq2864001pDeq212活塞向上運動時上帶液量：pDelHgDeqqq21.12321總漏失量為： 所以只考慮柱塞間隙漏失時，漏失系數(shù)為：四、提

6、高泵效的措施(1)選擇合理的工作方式選用大沖程、小沖次，減小氣體影響，降低懸點載荷，特別是稠油井。連噴帶抽井選用大沖數(shù)快速抽汲，以增強誘噴作用。深井抽汲時，S和N的選擇一定要避開不利配合區(qū)。(2)確定合理沉沒度。(3)改善泵的結(jié)構(gòu)，提高泵的抗磨、抗腐蝕性能。(4)使用油管錨減少沖程損失(5)合理利用氣體能量及減少氣體影響321a 簡單氣錨1孔眼；2吸入管；3外筒6754b 井下分離器4中心管；5外筒；6套管；7封隔器氣 油氣錨分離原理rfPmaxmaxrfPminmin第五節(jié) 有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計一、抽油桿強度計算及桿柱設(shè)計(一)抽油桿強度計算方法抽油桿設(shè)計：抽油桿柱的長度、直徑、組合及材料。 抽

7、油桿柱工作時承受著交變負荷所產(chǎn)生的非對稱循環(huán)應(yīng)力作用。 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(yīng)力下破壞。因此，抽油桿柱必須根據(jù)疲勞強度來進行計算K11maxacrafPP22minmaxminmax1.奧金格公式c1強度條件：采用下部加重桿柱，既可提高抽油桿剛度和強度，又可克服活塞下行阻力，以減小彎曲。注意：對于深井，通常多級組合抽油桿柱。2.修正古德曼圖圖3-29 修正古德曼圖安全區(qū)強度條件：allmaxSFTall)5625. 04(min%100minminmaxallPL應(yīng)力范圍比：(二)抽油桿柱設(shè)計步驟(2) 等強度設(shè)計方法(1) 不等強度設(shè)計方法套管抽

8、油泵油管.21PLPL%100iPL%100iPL各有優(yōu)缺各有優(yōu)缺點點二、有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計有桿抽油系統(tǒng)組成：有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容：(1) 油層(2) 井筒(4) 地面出油管線(3) 采油設(shè)備(機、桿、泵等)(4) 工況指標預(yù)測。(1) 油井流入動態(tài)計算；(2) 采油設(shè)備(機、桿、泵等)選擇；(3) 抽汲參數(shù)(沖程、沖次、泵徑和下泵深度等)確定；有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計目標：經(jīng)濟、有效地舉升原油。IPR井筒多相流規(guī)律運動學和動力學規(guī)律地面多相流規(guī)律(1) 油井和油層數(shù)據(jù)；(2) 流體物性參數(shù)；(3) 油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)。有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)：有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計理論基礎(chǔ)：有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：油藏供液能

9、力節(jié)點系統(tǒng)分析方法有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計思路：qTP、hwfPfhpumphtPcPoutPinPiqwfiP(1) IPR計算(3) 溫度場計算(2)iqwfiP(4)wfiPinP0(5) 計算fh(6)tPoutP(7) 抽油桿柱設(shè)計(8) 泵效分析(9) 產(chǎn)量迭代計算(10) 工況指標計算三、鋼桿-玻璃鋼桿組合桿柱抽油技術(shù)玻璃鋼桿優(yōu)點(1) 重量輕，可減少設(shè)備投資，節(jié)省能源和增加下泵深度。(2) 彈性好，可以實現(xiàn)超沖程。(3) 耐腐蝕，可減少斷脫事故。玻璃鋼桿缺點(1) 價格貴：是鋼質(zhì)抽油桿的1.61.8倍。(2) 不能承受軸向壓縮載荷（底部加重以保證受拉），使用 溫度不能超過93.3

10、。(3) 報廢桿不能溶化回收利用。目前鋼玻璃鋼組合桿柱設(shè)計理論與普通全鋼桿設(shè)計相同。(4) 怕磨損和碰傷。第六節(jié) 有桿抽油系統(tǒng)工況分析(1) 了解油層生產(chǎn)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(shè)備能力及工作狀況，分析設(shè)備是否適應(yīng)油層生產(chǎn)能力，了解設(shè)備潛力，分析判斷設(shè)備不正常的原因；(3) 分析檢查措施效果。目的：油層與抽油設(shè)備協(xié)調(diào)，油井高效生產(chǎn)。一、抽油井液面測試與分析（一）動液面、靜液面及采油指數(shù)靜液面（Ls或Hs）：對應(yīng)于油藏壓力。動液面（Lf或Hf）：對應(yīng)于井底壓力流壓。生產(chǎn)壓差：與靜液面和動液面之差相對應(yīng)的壓力差。沉沒度hs：根據(jù)氣油比和

11、原油進泵壓力損失而定。圖3-25 靜液面與動液面的位置610gpLLocffcfssfHHQLLQK采油指數(shù)：折算液面：把在一定套壓下測得的液面折算成套管壓力為零時的液面，即：？2/vtL (二)液面位置的測量測量儀器：回聲儀測量原理：利用聲波在環(huán)形空間流體介質(zhì)中的傳播速度和測得的反射時間來計算其位置 1.有音標的井圖3-26 聲波反射曲線2/11tLv 11ttLL KPv ZRTmPVZRTKv ZKTvgo95.162.無音標井根據(jù)波動理論和聲學原理，聲波在氣體中的傳播速度為：利用氣體狀態(tài)方程確定氣體密度：Vm/因為： ZRTP則：聲波速度為：簡化為：(三)含水井油水界面及工作制度與含水

12、的關(guān)系含水井正常抽油時含水井正常抽油時，油水界面穩(wěn)定在泵的吸入口處。低氣油比含水油井：在泵下加深尾管來降低流壓，提高產(chǎn)量。低含水高氣油比井(除帶噴者外)：加深尾管會降低泵的充滿系數(shù)，因為進入尾管后從油中分出的氣體將全部進入泵內(nèi)。圖3-27 含水井的油水界面抽油井工作制度與含水的變化關(guān)系抽油井工作制度與含水的變化關(guān)系當油層和水層壓力相同(或油水同層)時，油井含水不隨工作制度而改變；當出油層壓力高于出水層壓力時，增大總采液量(降流壓)，將引起油井含水量的上升；當水層壓力高于油層壓力時，加大總采液量，將使油井含水量下降。確定含水井工作制度時：對油水層壓力相同及水層壓力高于油層壓力的井，把產(chǎn)液量增大到

13、設(shè)備允許的抽汲量是合理的。利用油井在不同工作制度下產(chǎn)液量與含水的變化情況來判斷油水層的壓力關(guān)系。二、地面示功圖分析示功圖：載荷隨位移的變化關(guān)系曲線所構(gòu)成的封閉曲線圖。地面示功圖或光桿示功圖：懸點載荷與位移關(guān)系的示功圖。(一)理論示功圖及其分析1.靜載荷作用下的理論示功圖循環(huán)過程：下死點A加載完成B上死點C卸載完成D下死點A圖3-28 靜載理論示功圖ABC為上沖程靜載荷變化線。AB為加載過程，加載過程中，游動凡爾和固定凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)；在B點加載完畢，變形結(jié)束，柱塞與泵筒開始發(fā)生相對位移，固定凡爾打開而吸入液體。BC為吸入過程（BC=sP為泵的沖程），游動凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)。CDA為下沖程靜載荷變

14、化線。CD為卸載過程，游動凡爾和固定凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)；在D點卸載完畢，變形結(jié)束，柱塞與泵筒發(fā)生向下相對位移，游動凡爾被頂開、排出液體。DA為排出過程，固定凡爾處于關(guān)閉狀態(tài)。2.考慮慣性載荷后的理論示功圖圖3-29 考慮慣性和振動后的理論示功圖(二)典型示功圖分析典型示功圖：某一因素的影響十分明顯，其形狀代表了該因素影響下的基本特征的示功圖。1.氣體和充不滿對示功圖的影響圖3-30 有氣體影響的示功圖氣體影響示功圖SDDgADDA 充滿系數(shù)：充不滿影響的示功圖充不滿現(xiàn)象：地層產(chǎn)液在上沖程末未充滿泵筒的現(xiàn)象。液擊現(xiàn)象：泵充不滿生產(chǎn)時，柱塞與泵內(nèi)液面撞擊引起抽油設(shè)備受力急劇變化的現(xiàn)象。圖3-31 充

15、不滿的示功圖2.漏失對示功圖的影響 排出部分的漏失圖3-32 泵排出部分漏失CBSpu柱塞的有效吸入行程：SCB/ 泵效： 吸入部分漏失圖3-33 吸入凡爾漏失ADSped柱塞的有效吸入行程：SAD/ 泵效：圖3-34 吸入凡爾嚴重漏失吸入部分和排出部分同時漏失圖3-35 吸入凡爾和排出凡爾同時漏失3.柱塞遇卡的示功圖柱塞在泵筒內(nèi)被卡死在某一位置時，在抽汲過程中柱塞無法移動而只有抽油桿的伸縮變形，圖形形狀與被卡位置有關(guān)。圖3-36 活塞卡在泵筒中部4.帶噴井的示功圖 在抽汲過程中，游動閥和固定閥處于同時打開狀態(tài)，液柱載荷基本加不到懸點。示功圖的位置和載荷變化的大小取決于噴勢的強弱及抽汲液體的粘

16、度。圖3-37 噴勢強、油稀帶噴圖3-38 噴勢弱、油稠帶噴gbqhCLr5.抽油桿斷脫 抽油桿斷脫后的懸點載荷實際上是斷脫點以上的抽油桿柱重量，只是由于摩擦力，才使上下載荷線不重合。圖形的位置取決于斷脫點的位置。抽油桿柱的斷脫位置可根據(jù)下式來估算：圖3-39 抽油桿斷脫圖3-40 出砂井6.其它情況圖3-41 結(jié)蠟井圖3-42 管式泵活塞脫出工作筒圖3-43 防沖距過小活塞碰固定凡爾的示功圖三、抽油機井工況診斷技術(shù)抽油機井工況診斷技術(shù)：計算抽油桿柱斷面上的應(yīng)力分布和示功圖；估算泵口壓力；判斷油井潛能；計算活塞沖程和泵效；檢驗泵及油管錨的機械狀況；計算和繪制扭矩曲線，并進行平衡和功率的計算與分

17、析。抽油井計算機診斷的內(nèi)容：光桿示功圖數(shù)學模型計算機井下示功圖抽油設(shè)備工況(一)診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ)抽油泵動力儀抽油桿信號發(fā)送器信號接收器井下動態(tài)信號的傳導(dǎo)線應(yīng)力波設(shè)備工況信號記錄ttxUcxtxattxU),(),(),(22222nnnnotntntD1)sincos(2)(應(yīng)力波在抽油桿柱中傳播過程可用帶阻尼的波動方程描述： 用以截尾傅立葉級數(shù)表示的懸點動負荷函數(shù)D(T)及光桿位移函數(shù)U(T)作為邊界條件：nnnntntntU10)sincos(2)(n1,2,=n sin)(n0,1,2,=n cos)(n1,2,=n sin)(n0,1,2=n cos)(000T0TnTnTnntdt

18、ntUtdtntUtdtntDtdtntD 用分離變量法，可得抽油桿柱任意深度X斷面的位移隨時間的變化：nnnnrtnxPtnxOxEAtxU100)sin)(cos)(22),(根據(jù)虎克定律：xtxUEAtxFr),(),( 抽油桿柱任意深度斷面上的動負荷函數(shù)隨時間的變化為：)sin)(cos)(2),(10tnxxPtnxxOEAEAtxFnnnnrr 在t時間，x斷面上的總載荷F(x,t)等于加上斷面以下的抽油桿柱的重量為：)(,)()(112)(112sin)(cos)()(cos)(sin)()(222222nnrnnnnnnnrnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn

19、nnEAEAKnCannCanxxshxchxxchxshKxPxxchxshxxshxchKxO抽油桿柱系統(tǒng)的阻尼力：粘滯阻尼力、非粘滯阻尼力。粘滯阻尼力：(1) 桿、接箍與液體之間的粘滯摩擦力；非粘滯阻尼力：(1) 桿、接箍與油管之間的非粘滯性摩擦力； 阻尼系數(shù)確定(2) 泵閥的流體壓力損失等。(2) 光桿與盤根之間的摩擦力；(3) 泵柱塞與泵筒之間的摩擦損失等。cossin12)1(4ln12112LaaLaLBBBmACrrrtDDm1ln2121mmBmmmBln) 1(12242真實阻尼每一個循環(huán)中系統(tǒng)消除等值阻尼力時的能量與消除真實阻尼時的能量相同等值阻尼(二)診斷技術(shù)的應(yīng)用1.判斷泵的工作狀況及計算泵排量2.計算各級桿柱的應(yīng)力和分析桿柱組合的合理性3. 計算和分析抽油機扭矩、平衡及功率4.估算泵口壓力及預(yù)測油井產(chǎn)量5.判斷油管錨或封隔器固定油管的有效性(三)診斷技術(shù)的發(fā)展狀況(1) Gibbs S G.一維帶阻尼的波動方程(1966年）(2) Doty D R. & Smith Z.二維預(yù)測模型(1981年