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采油工程--第三章:有杆泵采油--汤

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采油 工程 第三 有杆泵
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第三章 有杆泵采油主要内容:① 抽油装置及 泵的工作原理② 抽油机 悬点运动规律 及悬点载荷③ 抽油机平衡、扭矩及功率计算④ 影响泵效因素及提高泵效措施⑤ 有杆抽油系统设计⑥ 有杆抽油系统工况分析有杆泵采油典型特点:(1) 常规有杆泵采油: 抽油机悬点的 往复运动 通过抽油杆传递给井下柱塞泵。(2) 地面驱动螺杆泵采油: 井口驱动头的 旋转运动 通过抽油杆传递给井下螺杆泵。有杆泵采油分类:地面能量通过 抽油杆、抽油泵 传递给井下流体。常规有杆泵采油是目前我国应用 最广泛 的采油方式 , 我国机械采油井占总井数的 90%以上 , 其中有杆泵占机采井的 90%以上 。 全国产液量的 60% 、 产油量的 75%靠有杆抽油采出 。本章主要讲授矿场普遍采用的游梁式抽油机井有杆泵采油。即: 常规 有杆泵采油螺杆泵是一种 新型 的机械采油设备。苏联于 1973年首先研制成功采油用井下单螺杆泵,之后,美国、加拿大、法国等一些国家也相继研制和应用了螺杆泵采油。我国从 1986年开始引进和使用螺杆泵采油。螺杆泵采油,就其驱动方式来讲,可分为 地面驱动 和 井下驱动 两类。目前广泛应用的是 地面驱动单螺杆泵 。采油方法- 螺杆泵采油(一)系统组成螺杆泵主要由地面驱动和井下泵两部分组成。驱动部分 由 防爆电机 、皮带轮 、 减速箱 和 光杆密封器 组成 。井下泵 由接头 、 转子 、 定子 、 定位衬套 和 扶正器 等组成。采油方法- 螺杆泵采油(二)工作原理(略)采油方法- 螺杆泵采油(三)特点1)结构 简单 ,占地面积 小 ,有利于 海上平台 和 丛式井 组采油;2)只有一个运动件(转子),适合 稠油井和出砂井应用;3)阀内无阀件和复杂的流道,水力损失 小 ;4)泵实际扬程受液体粘度 影响大 ,粘度上升,泵扬程下降较大。(四)国内技术现状1)螺杆泵采油技术应用领域比较宽广,不仅在 高粘、含气、含砂的油井 上得到应用,而且在 高含水、海上油井 上也得到了应用。在发挥螺杆泵解决高粘度、高含气、高含砂油井井液抽汲难的优越性的同时,配合各种防砂措施和电加热空心抽油杆,使螺杆泵的应用领域不断拓宽。2)通过开发一系列专用配套装置,解决了驱动系统调控、管柱防脱与扶正、杆柱防脱与扶正、泵与抽油杆的对接、抽空保护、清防蜡解堵、工况诊断等技术难题。采油方法- 螺杆泵采油(四)国内技术现状3)通过研究螺杆泵系统所受作用力和力矩,建立了描述系统工作状况的数学模型,为螺杆泵采油系统的分析诊断奠定了基础。4)通过开展螺杆泵工况诊断和优化技术的研究,可以帮助人们正确判断油井工作状况,提供地面驱动系统、井筒内杆柱设计和泵型等方面的优化设计方案,提出调参的依据。采油方法- 螺杆泵采油(五)发展趋势1)为提高排量和扬程,国外各公司在单螺杆泵结构优化的同时,积极研究多头螺杆泵。2)为提高螺杆泵的综合性能和使用寿命,国外各公司在优化定子橡胶的配方和增强转子的耐磨、抗腐蚀的同时,还探索使用金属定子、非金属转子。采油方法- 螺杆泵采油(五)发展趋势3)为降低螺杆泵的制造成本,以提高经济效益,国外各公司在普遍从采用圆钢毛坯加工成型转子向采用热轧成型转子方向发展的同时,积极发展钢管热轧成型转子。4)为避免杆、管磨损和抽油杆断脱问题,以减少井下事故,国外各公司不断改进井下驱动的螺杆泵系统,应用规模日益扩大。采油方法- 螺杆泵采油第一节 抽油装置及泵的工作原理一、抽油装置抽油机抽油杆抽油泵其它附件设备组成抽油装置示意图(一 )抽油机它是有杆深井泵采油的 主要地面设备 ,它将 电能 转化为 机械能 ,将 旋转运动 转化成 往复运动 。游梁式抽油机游梁 曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装置包括: 游梁式抽油机 和 无游梁式抽油机两种工作原理工作时, 动力机 将高速旋转运动通过 皮带 和 减速箱 传给曲柄轴 ,带动 曲柄 作低速旋转。曲柄通过 连杆 经横梁带动 游梁 作上下摆动。挂在 驴头 上的悬绳器便带动 抽油杆柱作往复运动。游梁式抽油机分类后置式(普通式) 和 前置式③ 运动规律 不同:后置式上、下冲程的时间基本相等;前置式上冲程较下冲程慢。图 3置式抽油机结构简图 图 3前置式气动平衡抽油机结构简图① 游梁和连杆的 连接位置 不同。不同点:② 平衡方式 不同:后置式多采用机械平衡;前置式多采用气动平衡。新型抽油机:为了 节能 和 加大冲程异相型游梁式抽油机异形游梁式抽油机双驴头游梁式抽油机链条式抽油机宽 带传动抽油机液压抽油机节能加大冲程图 3相型游梁式抽油机双驴头游梁式抽油机双驴头游梁式抽油机链条式抽油机宽皮带式抽油机液压增程抽油机游梁式抽油机系列型号表示方法12— 70(H) F(Y, B, Q)游梁式抽油机系列代号10 平衡方式代号F:复合平衡Y:游梁平衡B:曲柄平衡Q:气动平衡(2)单 ,强度 高 ,质量 好 ,连接部分 密封可靠 ;磨 和抗腐蚀性 好 ,使用寿命 长 ;应性 强 ;虑防砂、防气 ,并带有 必要 的辅助设备。一般要求机械能 转化为 流体压能 的设备主要组成工作筒 (外筒和衬套 )、柱塞及游动阀 (排出阀 )和固定阀 (吸入阀 )。分类按照抽油泵在油管上的固定方式可分为: 管式泵 和 杆式泵典型的抽油泵外筒和衬套 在地面组装好 接在油管下部 先 下入井内,然后投入 固定阀 ,最后再把柱塞接在抽油杆柱下端下入泵内。杆式泵: 整个泵 在地面组装好后接在抽油杆柱的下端整体通过油管下入井内,由预先装在油管预定深度 (下泵深度 )上的卡簧固定在油管上, 检泵时不需要起油管。管式泵特点 : 结构 简单 、成本 低 ,泵径 大 ,排量 大 。但检泵时 必须起出油管 ,修井工作量 大 ,故适用于 下泵深度不很大,产量较高的油井。杆式泵特点: 结构 复杂 ,制造成本 高 ,排量 小 ,检泵 不需起出油管 ,修井工作量 小 。杆式泵适用于 下泵深度大、产量较小的油井 。(3)抽油杆 (能量传递的工具 )杆体直径 分别为 13、 16、 19、 22、 25、 28油杆的长度 一般为 8000620箍: 抽油杆组合成抽油杆柱时的连接零件。抽油杆的强度: 570 810杆光杆: 联接驴头钢丝绳与井下抽油杆,并同井口盘根盒配合密封井口。普通型 两端可互换,当一端磨损后可换另一端使用一端墩粗型 联接性能好,但两端不能互换。超高强度抽油杆 (玻璃钢抽油杆空心抽油杆电热抽油杆连续抽油杆柔性抽油杆:如钢丝绳抽油杆特种抽油杆普通型抽油杆: 结构简单 、 制造容易 、 成本低;直径小 , 有利于在油管中上下运行 。 主要用于常规有杆泵抽油方式 。二、泵的工作原理(一)泵的抽汲过程抽油杆柱带着 柱塞向上运动 ,柱塞上的游动阀 受管内液柱压力而 关闭 。泵吸入的条件:泵内压力 (吸入压力 )低于 沉没压力。 冲程泵内压力降低, 固定阀 在环形空间液柱压力 (沉没压力 )与泵内压力之差的作用下被打开 。泵内吸入液体、井口排出液体。作用在泵上的环形空间液柱压力冲程柱塞 下行 , 固定阀 在重力作用下 关闭 。泵排出液体的条件:泵内压力 (排出压力 )高于 柱塞以上的液柱压力。柱塞上下抽汲一次为一个 冲程 ,在一个冲程内完成 进液与排液 的过程。光杆冲程 : 光杆从上死点到下死点的距离。泵内压力增加,当泵内压力 大于 柱塞以上液柱压力时,游动阀被 顶开 。柱塞下部的液体 通过游动阀进入柱塞上部, 使泵排出液体。工作原理 : 深井泵是依靠抽油机 带动 抽油杆 使活塞在衬套内部做 往复运动 来实现抽油的。上冲程 下冲程阀的状态游动阀 关闭 打开固定阀 打开 关闭泵吸(排)液 吸液 排液活塞上下运动一次称为一个 冲程 ,分为上冲程和下冲程。每分钟内完成上、下冲程的次数称为 冲次 ,用 死点间的位移,称为 光杆冲程 ,用 塞在上、下死点间的位移,称为 活塞冲程, 用 二 )泵的理论排量泵的工作过程 是由 三个 基本环节所组成,即 柱塞在泵内让出容积 , 井内液体进泵 和 从泵内排出井内液体。p在理想情况下,活塞 上、下一次 进入和排出的液体体积都等于柱塞让出的体积:每分钟的排量为: 4 4 0每日排量:泵的理论排量第二节 抽油机悬点运动规律及载荷研究目的: 是研究抽油装置动力学,它是进行抽油装置的设计、选择以及工作状况分析的基础悬点: 抽油杆在驴头上的悬挂点。运动规律: 位移 S、速度 v 、加速度 a 。一、抽油机悬点运动规律固定杆: 游梁支点与曲柄轴的连线活动杆: 曲柄、连杆、游梁后臂四连杆机构四连杆机构可以简化为 简谐运动 和 曲柄滑块运动)c o c o  (一 )简化为简谐运动时悬点运动规律假设条件: r/l0、 r/b0图 3油机四连杆机构简图游梁和连杆的连接点 谐运动 ,即认为 运动规律和 的运动规律相同。则 曲柄转角φ) 时位移为:驴头在下死点曲柄垂直向上 0)c A 以下死点为坐标零点, 向上为坐标正方向 ,则悬点 A  c o A  s 图 3谐运动时悬点位移、速度、加速度曲线)]s i )c 22   )简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律把 线运动 近似地看做 直线运动 ,则可把抽油机的运动简化为 曲柄滑块运动 。图 3  04/10假设条件:''','',180B'O'',0悬点处于上死点,上在悬点处于下死点,上,在解的过程)(2'冲程点的最大位移:点的最大位移:)]c )c )]c c c os)c ')'(''B'O'B'转过)]s i )c )]s i )c s i i i ns i ns i ns i nr s i 则有共用一条边与由于为了便于用 求导 来得到 将 ]s i )c 22   2s 222  二项式定理展开,取前两项)s i 2   )s i 2   点的速度:A )2s i s i n  A )2c c  悬点冲程(最大位移):)1(2)1( 220m a  )1(2)1( 221 8 0m a x  适用条件 : 应用于一般计算和分析,在精确计算和分析及抽油机设计时,则须按抽油机实际四连杆计算。悬点的最大加速度,即在上、下死点处。图 3悬点速度变化曲线123悬点加速度变化曲线123油机悬点载荷 计算(一 )悬点所承受的载荷抽油机在工作时悬点所承受的载荷,是进行抽油设备选择及工作状况分析的重要依据。动载荷静载荷其他载荷杆重液重沉没压力井口回压振动惯性摩擦(一)静载荷包括: 抽油杆柱载荷;作用在柱塞上的液柱载荷;沉没压力对悬点载荷的影响;井口回压对悬点载荷的影响上冲程 (即杆柱在空气中的重力)下冲程 )( (即杆柱在液体中的重力))( 下冲程 :用在柱塞上的液柱载荷为:游动阀打开,液柱载荷作用于油管,而不作用于悬点。泵口压力 )对悬点载荷的影响上冲程 :在沉没压力作用下,井内液体克服泵入口设备的阻力进入泵内,此时液流所具有的压力即吸入压力。吸入压力作用在柱塞底部产生 向上 的载荷 :下冲程: 吸入阀关闭,沉没压力对悬点载荷没有影响。( ( 上冲程: 增加悬点载荷下冲程: 减小抽油杆柱载荷由于沉没压力和井口回压在上冲程中造成的悬点载荷方向相反,可以抵消一部分,因而,在近似计算中可以忽略这两项。(二)动载荷 (惯性载荷、振动载荷 )忽略杆液弹性影响 )抽油机运转时,驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动,因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。惯性力与质量有关,与悬点加速度的大小成正比,其方向与加速度方向相反。抽油杆柱 的惯性力:液柱 的惯性力:为油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数上冲程 :前半冲程 加速度为正,即加速度向上,则惯性力向下,从而 增加 悬点载荷; 后半冲程 中加速度为负,即加速度向下,则惯性力向上,从而 减小悬点载荷。悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的 。下冲程 :与上冲程相反, 前半冲程 惯性力向上, 减小 悬点载荷; 后半冲程 惯性力向下,将 增大 悬点载荷。有公式( 33)1(2)1( 220m a  )1(2)1( 221 8 0m a x  最大加速度应发生在上下死点处,其值见上面公式 33入到:抽油杆柱 的惯性力:液柱 的惯性力:抽油杆柱 引起的悬点最大惯性载荷  17 901302)1(2222 上冲程:1 4 4 02取 r/l=1/4时,)1(1 7 9 0)1(222 下冲程:液柱 引起的悬点最大惯性载荷  1 7 9 0)1(222上冲程:下冲程: 下冲程中液柱不随悬点运动,没有液柱惯性载荷悬点最大惯性载荷 上冲程:I 下冲程:于抽油杆柱作变速运动和液柱载荷周期性地作用于抽油杆柱,从而引起抽油杆柱的弹性振动,它所产生的振动载荷亦作用于悬点上。其数值与 抽油杆柱的长度、载荷变化周期 及 抽油机结构 有关 。 (在考虑抽油杆柱弹性时最大载荷计算时介绍 )(三)摩擦载荷(1)抽油杆柱与油管的摩擦力(2)柱塞与衬套之间的摩擦力(3)液柱与抽油杆柱之间的摩擦力(4)液柱与油管之间的摩擦力(5)液体通过游动阀的摩擦力上冲程 主要受 (1)、 (2)、(4)影响,增加悬点载荷下冲程 主要受(1)、 (2)、(3)、 (5)影响,减小悬点载荷m a 1((1[2  602m a  冲程 ,摩擦力 方向向上 。阻力的大小随抽油杆柱的下行速度而变化,最大值为:主要决定因素: 液体粘度和抽油杆的运动速度。把悬点看做简谐运动,动阀关闭,油管内的液柱随抽油杆柱和柱塞上行,液柱与油管间发生相对运动而引起的摩擦力的 方向向下 ,故 增大悬点载荷 。下冲程 液柱与抽油杆柱 间的摩擦力约为上冲程中 油管与液柱 间摩擦力的 :f p 柱塞面积f o 阀孔面积在高粘度的大产量井内,液体通过游动阀产生的 阻力 往往是 造成抽油杆柱下部弯曲的主要原因 ,对悬点载荷也会造成不可忽略的影响。由于液流通过游动阀的压头损失而产生的柱塞下行阻力为:抽油杆柱载荷 、 液柱载荷 及 惯性载荷 是构成悬点载荷的 三项基本载荷 。稠油井内摩擦载荷及大沉没度井的沉没压力产生的载荷突出;在低沉没度井内,由于泵的充满程度差,会发生柱塞与泵内液面的撞击,将产生较大冲击载荷,从而影响悬点载荷。m a m i 大 载荷发生在 上冲程最小 载荷发生在 下冲程)1(1 7 9 0])([2m a x  在下 泵深度及沉没度不很大、井口回压及冲数不高的稀油直井内 ,在计算最大和最小载荷时,通常可以忽略 F、 : )(令:则:)1(17902m a x m i n )1(1 7 9 02自学 )抽油杆柱是弹性体,在抽油过程中必然会发生不同程度的弹性振动。自学要点:抽油杆柱做 变速运动所产生的惯性载荷动载荷抽油杆柱运动引起的    1371m a x   1 7 9 012m a 1(1 7 9 0[ 2m a x )17901(2m a )1 7 9 01)((2m a 应用于一般井深及低冲数油井简谐运动、杆柱和液柱惯性载荷简谐运动、杆柱惯性载荷简谐运动、杆柱和液柱惯性载荷曲柄滑块运动、杆柱惯性载荷第三节:抽油机平衡、扭矩与功率计算一、 抽油机平衡计算不平衡原因若抽油机 没有平衡块 ,当电动机带动抽油机运转时,由于 上冲程中悬点承受着最大的载荷 ,所以抽油机必须 作很大的功才能使驴头上行 ;而到下冲程中,抽油机在 自身的重力作用下克服浮力下行 ,此时抽油机 不仅不需要 做功,反而 接受外来的能量 作负功。因而就造成抽油机上下冲程的 不平衡。抽油机不平衡造成的后果:①上冲程中电动机承受着极大的负荷,下冲程中抽油机反而带着电动机运转,造成 功率的浪费 ,降低电动机的效率和寿命;②由于负荷极不均匀,会使抽油机发生激烈振动,而影响 抽油装置的寿命。③会破坏曲柄旋转速度的 均匀性 ,影响抽油杆和泵正常工作。(一 )平衡原理抽油机不平衡,是因为上、下冲程中的 悬点载荷不同 ,造成电动机在上、下冲程所作的功不相等。要使抽油机在平衡条件下运转,则应在 下冲程中 把能量储存 起来,在 上冲程 中利用 储存的能量 来 帮助电动机做功 ,从而使电动机在上下冲程中都做 相等的正功。设计一个简单的平衡实验在抽油机后梁加一个重物 下冲程: 抽油杆自重和电动机一起对重物做功A  2上冲程: 重物储存的能量释放出来和电动机一起对悬点做功要使抽油机平衡,应该让 电动机在上下冲程做功相等为了使抽油机平衡,在 下冲程中需要储存的能量 或上冲程中需要释放的能量 应该是悬点在上下冲程中所做功之和的一半。(二 )平衡方式气动平衡机械平衡游梁平衡: 游梁尾部加平衡重;曲柄平衡 (旋转平衡 ): 平衡块加在曲柄上;复合平衡 (混合平衡 ):游梁尾部和曲柄上都有平衡重。下冲程: 通过游梁带动的活塞压缩气包中得气体,把下冲程中做的功储存起来并转化成气体的压缩能。上冲程: 被压缩的气体膨胀,将储存的压缩能转换成膨胀能帮助电机做功。多用于大型抽油机,节约钢材,改善抽油机的受力状况,但加工制造质量要求高2( '' 2(2'' (三 ) 平衡计算抽油机在一个抽汲循环中,重物在下冲程中储存的能力或上冲程中帮助电动机所作的功,等于上冲程和下冲程悬点做功之和的一半。上冲程中悬点所作的功下冲程中悬点所作的功由于惯性载荷在上下冲程所作的总功为 0,因而没有考虑惯性力上式的结果为在下冲程中存储的能量或在上冲程中平衡重所作的功1)复合平衡图 3复合平衡  2平衡半径公式 :2)曲柄平衡平衡半径公式: 2图 3曲柄平衡3)游梁平衡 )2( 1达到平衡所需要的游梁平衡块重 : 图 3游梁平衡(四 )抽油机平衡检验方法1)测量驴头上、下冲程的时间平衡条件下上、下冲程所用的时间基本相等。如果上冲程快,下冲程慢,说明平衡过量。则应减小平衡重量或平衡半径,反之则应增加平衡重量或平衡半径2)测量上、下冲程中的电流平衡条件下上、下冲程的电流峰值相等。如果上冲程的电流峰值大于下冲程的电流峰值,说明平衡不够。应增加平衡重量或增大平衡半径;反之则应减小平衡重量或平衡半径3)观察法 声音、皮带松紧、启动是否顺利等抽油机在生产过程中因油层情况、油井情况和油井工作制度的改变,其原来的平衡都会被破坏。二、曲柄轴扭矩计算及分析(一 )计算扭矩的基本公式抽油过程中减速箱输出轴 (曲柄轴 )的扭矩 柄半径 的乘积,即: s i ns i ns i n)]( c o s[ 'o m 复合平衡抽油机: s i ns i ns i n 曲柄平衡抽油机:s i ns i n)]( c o s[ 游梁平衡抽油机:不同平衡方式的抽油机扭矩精确计算相关式推导要点:力矩平衡、三角几何关系以上公式为扭矩计算的精确公式,但由于其中有一些几何参数无法求出,因而很难直接用于实际计算s p 简化条件: 忽略游梁摆角和游梁平衡重惯性力矩的影响。s i n)]([ m a o m 复合平衡抽油机 :s m a 曲柄平衡抽油机:)]([ 游梁平衡抽油机:扭矩因数: 悬点载荷在曲柄轴上造成的扭矩与悬点载荷的比值。抽油机结构不平衡值 B: 等于连杆与曲柄销脱开时,为了保持游梁处于水平位置而需要加在光杆上的力。 (方向向下为正 )不同平衡方式的抽油机扭矩简化计算相关式(二 )扭矩因数计算s p ψ图 3抽油机几何尺寸与曲销受力图c o s (2c o s 022221   )]([3 6 0 0 )(4)(2 m i nm a xm a xm a x (五 )) 抽油机悬点运动简化为简谐运动(2) 忽略抽油机系统的惯性和游梁摆角的影响(3) 最大峰值扭矩发生在曲柄转角为 90时简化条件:有效平衡值 : 抽油机结构不平衡重及平衡重在悬点产生的平衡力。它表示了被实际平衡掉的悬点载荷值。)( m i nm a x )( 957年提出:)(m i nm a xm a x I 根据国内油井扭矩曲线的峰值建立的经验公式:)(2 0 0 0 m i nm a xm a x 三、电动机选择和功率计算(一 )电动机功率计算电动机的选择关系到电能的利用效率和能否充分发挥抽油设备与油层生产能力。且变化大;游梁式抽油装置的特点 :目前国产抽油机所选配的电动机大多是 高起动转矩系列的三相异步封闭式鼠笼型电动机。求有大的启动转矩;总的数量大;求电动机维护简单、工作可靠。9549 )( 2 549电动机功率与曲柄轴上的扭矩关系式为:由于抽油机悬点载荷是变化的,所以电动机功率与传到曲柄轴上的扭矩也是变化的,因此在变负荷条件下,电动机的选择一般是根据扭矩的变化规律,按 等值扭矩 来计算,即:等值扭矩 用一个不变化的固定扭矩代替变化的实际扭矩,使其电动机的发热条件相同,则此固定扭矩即为实际变化的扭矩的等值扭矩。等值扭矩与最大扭矩之间的关系m a M e 作 简谐运动 时,扭矩呈正弦规律变化:m a M e 真实运动 规律:m a M e 考虑到不平衡等因素 ,实际计算时建议采用:9 5 4 96.0 m a x 电动机功率:8 64 008 64 00 1 0 0 060  ) 光杆功率计算的近似计算 :水力功率: 在一定时间内将一定量的液体提升一定距离所需要的功率光杆功率: 通过光杆来提升液体和克服井下损耗所需要的功率1 0 0 060100lA s n ) 根据实测示功图准确计算:(2) 根据示功图绘制扭矩曲线准确计算光杆平均功率。第四节 泵效计算泵效 : 在抽油井生产过程中,实际产量与理论产量的比值。影响泵效的因素(1) 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩(2) 气体和充不满的影响因为实际产量一般都比理论产量要低柱塞冲程小于光杆冲程泵内吸入气体和泵的排量大于油层供油能力(3) 漏失影响柱塞与衬套的间隙及阀和其他连接部件间的漏失都会使排量减少。此时若泵的质量好,漏失的影响不大。但是如果液体有腐蚀性或含砂时,就会造成腐蚀和磨损,还有泵内结蜡,这会严重破坏泵的工作。一、柱塞冲程柱塞冲程小于光杆冲程抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩泵效小于 1交变载荷作用液柱载荷交替地由油管转移到抽油杆柱和由抽油杆柱转移到油管,使杆柱和管柱发生交替地伸长和缩短。(一 )静载荷作用下的柱塞冲程冲程损失的影响因素分析:(2) 抽油杆和油管的性质、组合;(3) 下泵深度;(4) 抽油泵的规格。(1) 油层供液状况和生产流体的性质;)()11( 冲程损失计算式:  (柱塞冲程:冲程损失: 图 3抽油杆和油管弹性伸缩示意图抽油杆和油管弹性伸缩如图 3(1mi 多级抽油杆的冲程损失:若各级杆及油管的钢级不同,则 )考虑惯性载荷后柱塞冲程的计算当悬点上升到 上死点 时,抽油杆柱有向下的 (负的 )最大加速度和向上的最大惯性载荷,抽油杆在惯性载荷的作用下还会带着柱塞 继续上行 。当悬点下行到 下死点 后,抽油杆的惯性力向下,使抽油杆柱 伸长 ,柱塞又比静载变形时向下多移动一段距离 。 7902  )17901(2算中近似取其平均值,即:根据虎克定律,惯性载荷引起的柱塞冲程增量为 :因此,考虑 静载荷 和 惯性载荷 后的柱塞冲程为:)1(1 79 022)1(1 79 02222上冲程:)1(1 79 022)1(1 79 02222下冲程:(三 )抽油杆柱的振动对柱塞冲程的影响理论分析和实验研究表明:抽油杆柱本身 振动 的相位在 上下冲程中几乎是对称的 ,即如果上冲程末抽油杆柱伸长,则下冲程末抽油杆柱缩短。因此,抽油杆振动引起的伸缩对柱塞冲程的影响是一致 ,即要增加都增加,要减小都减小。其增减情况取决于抽油杆柱自由振动与悬点摆动引起的强迫振动的相位配合。液柱载荷交变作用抽油杆柱变速运动抽油杆柱振动 抽油杆柱变形二、泵的充满程度气锁 : 抽汲时由于气体在泵内压缩和膨胀,吸入和排出阀无法打开,出现抽不出油的现象。多数油田在开采时,都是在井底流压低于饱和压力 的条件下生产的,即使在高于饱和压力下生产, 泵口压力也是低于饱和压力 的。在抽汲时总是气液同时进泵,气体进泵必然减少进入泵内的液体量从而影响泵效。可能发生“气锁” 。用 充满系数 β 来表示气体的影响程度图 3气体对冲满程度的影响充满系数 β 表示泵在工作中的液体充满程度,β 越高则泵效越高 。充满系数 β 的推导:用 液比 ,即:1'图 3气体对冲满程度的影响1')1('11111111泵充满程度的 影响因素 分析:(2) 生产流体的性质 — 气液比就越大。为降低进泵的气液比,可增加泵的沉没深度,使原油中的自由气体更多的溶于原油,或使用气锚,使气体在泵外分离。减少气体进泵。(1)防冲距值就越大。因 K=p,因而要减小 尽可能使 p,因而,在保证柱塞不撞到固定阀的情况下,尽量减小防冲距,以减小余隙。1111)(( 11如果忽略余隙,则 时, K=0,则有( 3油层能量低或者原油的粘度大使泵在 吸入时的阻力很大 ,那么活塞移动快时, 供油就跟不上 ,油还没来得及充满泵筒,活塞就已经开始下行了,出现充不满的现象,从而降低泵效,对于这种情况,一般可加深泵挂 增加沉没度,或选用 合理的抽汲参数 ,以适应油层的供油能力。对于稠油,可以采取 降粘 措施。三、泵的漏失(1) 排出部分漏失(2) 吸入部分漏失(3) 其它部分漏失影响泵效漏失漏失很难计算, 除了新泵可根据试泵实验测试结果和相关式估算外,泵由于 磨损、砂蜡卡和腐蚀所产生的漏失以及油管丝扣、泵的连接部分和泄油器不严等所产生的漏失很难计算柱塞与衬套的间隙漏失,游动阀漏失,都会使泵内排出的液量减少固定阀漏失会减少进入泵内的液量如油管丝扣泵的连接部分及泄油器不严等柱塞与衬套间隙漏失计算静止条件下的漏失量:1231212 活塞向上运动时上带液量 :总漏失量为:若只考虑柱塞间隙漏失时,漏失系数为:低粘深井漏失大。措施:提高泵配合等级、快速抽汲四、提高泵效的措施(1)选择合理的工作方式①选用大冲程、小冲次,减小气体影响,降低悬点载荷,特别是 稠油井 。② 连喷带抽井 选用大冲数快速抽汲,以增强诱喷作用。③深井抽汲时, S(光杆冲程 )和 N(冲次) 的选择一定要 避开不利配合区。④ 塞截面积 )、 S、 了可用计算得出外,还可根据 生产试验来确定 。(3)改善泵的结构(4)使用油管锚减少冲程损失(5)合理利用气体能量及减少气体影响(2)确定合理沉没度确定合理的沉没度,可以降低泵口的气液比,减少进泵的气量从而提高泵的充满程度。提高泵的抗磨、抗腐蚀性能,采取防砂、防腐蚀、防蜡及定期检泵等措施。 (提高泵的质量)冲程损失主要是因为抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩造成的,若 下入油管锚将油管下端固定 ,则可消除油管伸缩,从而减少冲程损失。第五节 有杆抽油系统设计一、抽油杆强度计算及杆柱设计二、地面示功图的分析三、井下示功图的分析重点a xm a x i nm i n 抽油杆柱工作时承受着交变负荷所产生的 非对称循环应力作用。在交变负荷作用下,抽油杆柱往往是由于 疲劳 而发生破坏,而不是在最大拉应力下破坏。(若是在最大拉应力下破坏,则断裂事故将主要发生在拉应力最大的上
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本文标题:采油工程--第三章:有杆泵采油--汤
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