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论抽油机井的抽汲参数的调整与优化

来源:用户上传      作者: 赵爱华 冷滨霓 张云

  摘 要:本文从课题研究的相关背景入手,然后从密封盒功率损失、抽油杆功率损失、抽油泵功率损失以及管柱功率损失方面分析了抽油井系统的效率,接着从油管及抽油杆弹性伸缩、泵的充满程度以及漏失对泵效的影响分析了抽油机井泵效,最后分析了调参井系统效率预测和验证抽汲参数优化效果。
  关键词:抽油井;系统;参数;效率
  1 前言
  本文从节约电能或挖掘节能潜能的角度出发,依据调整后的系统效率、泵效和载荷的相关理论分析,获得在较高系统效率下抽油机运行的理论抽汲参数,并在实践中对理论抽汲参数进行修正,使之调整后的抽汲参数更接近于实际运行参数,这对于指导抽油机井的参数调整和节能效果分析具有一定的指导意义。
  2 抽油井系统效率分析
  抽油机-深井泵抽油系统通常以光杆悬绳器为界,分为地面效率和井下效率;其中地面效率包括电动机效率、皮带-减速箱效率和四连杆机构效率;井下效率包括密封盒效率、抽油杆效率、抽油泵效率和管柱效率。
  2.1密封盒功率损失
  光杆摩擦力主要与工作压力、密封材质及硬度、接触面积、运动速度和温度有关,在调参前后仅有光杆运动速度发生变化,密封盒功率损失可用式(1)表示[1,2]:
  式(1)中f、K、h1、d、p分别为摩擦系数、系数、密封高度、光杆直径和井口回压;ν为光杆运动速度。从式(1)中可看出调参前后密封盒功率损失仅与光杆运行速度有关,且呈线性关系。
  2.2抽油杆功率损失
  抽油杆运动过程中,杆管间、杆柱与液柱间产生摩擦造成功率损失。在注水开发的油井中,采出液黏度较低,杆柱液柱间摩擦力仅有(100-200)N,可忽略不计。
  2.3抽油泵功率损失
  泵功率损失包括机械摩擦、容积和水力损失功率。其中在产液量保持不变条件下,水力损失功率与调整参数没有关系。
  2.4管柱功率损失
  管柱功率损失包括管柱漏失和流体沿油管流动引起的功率损失两部分,在调参前后管柱功率损失与流速、流量有关,这两项参数在产液量稳定的条件下实际上可转化为冲次与冲程的函数关系。根据以上系统效率的分析,调整参数前后对比,各部分功率损失可以变成为地面参数变化量的函数关系。从而为系统效率分析奠定了基础。
  3 抽油机井泵效的分析
  从抽油泵的工作过程来看,泵效主要受到三个方面的影响,一是杆管的弹性伸缩;二是气体和充不满的影响;三是油管、泵间隙和凡尔漏失的影响。
  3.1油管及抽油杆弹性伸缩
  由于载荷交替作用在油管及抽油杆上,引起柱塞冲程缩短,其在参数调整前后除了冲数n及冲程s与冲程损失有关外,其它参数均是井下管柱固有的,因此可以表示为二次表达式形式。
  3.2泵的充满程度
  由于供液能力和分离气体的影响,使抽油泵不能充满,造成泵效下降。利用泵的充满系数β来表达泵的充满程度,调参前后对比,泵的充满程度与流压有关,呈现反比例关系。如果调参前后流压变化不大,这样充满系数的变化率较小。在流压一定时,当减小冲程时,实际是减小了上冲程的活塞让出容积,使泵的余隙比K相对下降,当减小冲次时,提高了泵的充满程度来提高泵效。调参前后充满系数与余隙比K呈现比例关系。在泵效计算时一般忽略余隙,即K=0。
  3.3漏失对泵效的影响
  泵漏失包括吸入、排出和其它部分漏失,由于油管接箍、泵连接部分和泄油器密封不严的漏失与参数调整没有关系,在此可以利用常数表示。调参前后对比,仅有柱塞两端的液柱压差及柱塞运动速度发生变化,其它参数在调参前后短期内不会发生较大变化。
  由以上泵效分析可以看出,调参前后对比泵效与冲程、冲次、泵的余隙比、柱塞运动速度和流压等变量有关系,可以表示为变量的函数。而井下管柱的其它参数均可以视为常数项。
  4 验证抽汲参数优化效果
  为了验证优化调整抽汲参数取得的效果,利用以上公式算得优化的抽汲参数后,在2009年度调小参数的383口井中,查找杏南开发区措施前后参数相近的井各10口,再利用以上公式获得的理论有效功率计算值与与实际值比较,计算理论与实际有效功率的误差,验证该种计算方法的准确性,比较结果见表1。
  由表1可见,参数调整前后对比,产液量相差0.7t/d,产油量相差0.02t/d,流压相差0.33MPa的条件下,实耗功率相差0.39kW・h(其中冲程0.31kW・h;冲次0.46kW・h),相对误差为11.5%(其中冲程13.1%;冲次10.4%)。
  5 结论
  (1)根据计算结果可知,抽汲参数调整前后对比,地面系统效率对抽油机―深井泵系统的总效率影响较小,因此应重点考虑减少泵、油管及连接部分漏失、加大泵充满程度等提高井下系统效率的技术措施。(2)通过实际检验,利用此种优化调整抽汲参数的理论计算方法,有功功率理论值与实际值具有比较好的符合率,因此初步认为利用该方法做为指导措施参数调整优化工作是可行的。(3)本方法适合于水驱且杆管偏磨不严重的油井参数调整优化预测,对于聚驱采出井和杆管偏磨严重的油井调参还有待研究。
  参考文献
  1冯耀忠.高效设计和使用有杆抽油系统.石油机械,2003;1(21);23-26
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