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1、人工举升理论,第8讲 有杆泵优化设计,吴晓东,有杆泵生产系统优化设计思路,油层,充分考虑油井自身和举升设备的生产特性，最大限度地利用油井自身的能量，降低能耗，提高举升系统的系统效率.,合理配置油管规格、下泵深度等参数,pt,P,3,Hp1,H,Pr,Q,1,Pwf,2,Qmax,Q,（Pwf，Q）,有杆泵生产系统优化设计思路,Pin1,Pin2,Pn2,Pn1,Pout1,Pout2,Hp2,3油管压力分布,1IPR曲线,2套管压力分布,抽油机井生产参数优化设计,前提：已知套管射孔段中部深度及尺寸 、油管尺寸及长度 、初选的抽油机类型、油井油、水、气产量以及密度、液体举升高度 (即动液面深度)
2、 、套管生产压力 、关井套压 、关井油压 、环空关井静液面深度等,内容：确定油井产量；计算各种载荷并确定系统中各机械设备 的类型和规格；确定系统的工作参数,步骤：计算IPR曲线及最大产量；取稍小于Qmax的产量作为初设产量；由IPR曲线计算初设产量Q对应的井底流压；以井底流压为起点，应用多相管流公式，计算井筒中的压力分布及相应的充满系数，直到压力低于保证最低沉没度的压力为止； 由pi曲线选定充满系数，及泵吸入压力，确定下泵深度；初设抽油杆直径，从井口回压ph进行杆管、环空、多相管流计算；确定泵径，初定泵效，确定冲程、冲次；进行杆柱设计（最轻设计、等强度设计，原杆柱设计）；根据设计出的杆柱重新计
3、算泵效及相应的产量Q；若 ，则以 作为新设计产量转入3；进行扭矩、功率、电耗等计算，并检查工况指标是否超过设备的额定值，如超过则减小Q，转入第三步。,有杆泵优化设计,有杆抽油生产系统的优化设计以整个油井生产系统为研究对象，以油层供液部分、井筒流动部分和抽油设备抽汲部分作为设计基础。下泵深度的确定及其相应抽油设备选择都应以油层供液能力为依据。优化目标应在保证地质配产方案要求的前提下，使系统达到最优。,五种条件下的优化设计 给定产量设计 不定产量设计（最大产量设计） 给定抽汲参数设计 给定设备设计 给定全部参数仿真设计,有杆泵优化设计：,有杆泵优化设计,有杆泵优化设计,给定产量设计是为了满足油井配
4、产的要求进行设计，设计的结果尽量接近于指定的产量。 不定产量设计就是最大产量设计。以上两种设计方法均抛开现用的杆柱，重新选择抽油机、抽油杆、抽油泵、下泵深度以用抽汲参数。 给定抽汲参数设计 这种设计方法是为了满足实际的抽油机的冲程或冲次不是标准系列的值而设定的。 给定设备设计就是抽油机不变、原杆柱不变、泵不变，只是改变抽汲参数的设计方法，适合于老井调参设计。 给定全部参数仿真设计 本设计方法要求设计人员指定杆柱组合和抽汲参数，预测出在这组参数下生产的工况情况。,定产量优化设计 定产量设计是为了满足油井配产的要求进行设计，通过调整抽汲参数，不同的抽汲参数对应不同的组合杆柱，使新的设计方案具备最优
5、的设计目标函数值，且设计产量尽量接近指定产量。,有杆泵优化设计：,根据流程图，可以对其进行了模块化处理，将有杆泵优化设计程序拆成若干个功能相对独立的部分。 主要包含以下几个模块： 1）产能计算函数 2）下泵深度计算函数 3）动液面计算函数 4）计算泵入口压力温度等参数的函数 5）计算泵出口处压力温度等参数的函数,有杆泵优化设计,6）杆柱设计函数 7）载荷计算函数 8）系统优化目标函数,有杆泵优化设计,系统优化目标函数 综合井下效率和衡量地面系统合理性的指标（光杆载荷、最大扭矩、光杆功率），得到衡量每一个抽汲参数组合下的经济指标（EI）。经济指标（EI）越小，系统最优。,式中,一最大净扭矩，N.
6、m,光杆功率，W,井下效率，小数。,光杆功率，W,有杆泵优化设计：,抽油杆柱设计 抽油杆柱设计主要包括确定抽油杆柱的长度、直径、组合及钢级。 抽油杆柱设计应满足以下几条要求： （1）抽油杆柱应具有足够的强度 （2）抽油杆柱重量应尽量轻 （3）抽油杆柱弹性变形所造成的冲程损失不应太大 （4）抽油杆柱成本应尽量低。 设计准则 （1）最轻杆柱设计 （2）各级抽油杆顶部的应力相等。 上述两个准则均出于等强度设计思想，其中第二种准则最为常用。,抽油杆设计： 抽油杆设计包括最轻杆设计，等强度 设计以及加重杆设计。 采用了修正古德曼图进行抽 油杆强度校核和杆柱设计。 可以预设应力范围比的值来满足新旧杆柱混用
7、的情况，此时应力范围比值应适当调低。 杆柱设计时还有一个可以预设的量就是应力范围比差。需要提高安全性时，可减小最大强度差（5%），进行等强度设计；当需要杆柱整体质量最小时，可以将此值调整到100%，进行最轻杆柱设计。,杆柱设计采用微段法，从下往上计算各微段节点上的载荷及应力比(最大应力与许允应力比)。 设计中考虑的载荷主要有: (a)液柱载荷; (b)杆管间的摩擦力; (c)流体与油管间的摩擦力 (d)杆柱重力; (e) 泵筒与柱塞间的摩擦力 (f)杆柱惯性力 (g)进阀阻力和沉没压力的作用。 在进行斜井中抽油杆柱载荷计算时，将抽油杆柱分成直井段、造斜段、一次稳斜段、降斜段和二次稳斜段，分别对
8、各段进行力学分析建立其计算模型。,泵效计算： 泵效分析模块可以得到实际泵 效（%）、泵漏失损失（泵漏失在 无用泵效中所占比例，%）、冲程 损失（杆管伸缩对泵效的影响在无 用泵效中所占比例，%）、气体影响损失（泵桶中由气体造成的无用泵效，%）以及体积变化影响损失（压力变化引起的体积变化造成的无用泵效，%）。以上五部分之和为一。 为了计算方便，用漏失系数表示泵的漏失能力。它定义为泵的漏失量与理论排量的比值，并认为对于同一个泵来说，改变泵的理论排量时漏失系数不变；进泵的液量变化漏失量也随之变化而漏失系数不变。,对抽油杆进行分段分析，每个不同形态的井段采用不同的受力计算方法，以此分析抽油杆柱的变形情况
9、及其可能和油管发生偏磨的位置。再加入相应扶正器对抽油杆进行扶正，扶正器的设计是基于对杆管摩擦原因以下几点分析来进行的： 井深超过600800m以后，井筒的扭曲现象较为突出。抽杆杆和井筒的同心度就变差。致使抽杆杆和井筒的最小空隙变小，在抽油杆偏离井筒中心线大于管杆间隙后，抽油杆发生偏磨，同时，由于杆柱连接处，此时表现为单面偏磨。 存在部分油井，井斜角较大或井斜角变化较大。抽油杆在这类井眼中向上或下运行时，会在形成不一样的偏移，抽油杆向上运行时，其会在弧内方向形成摩擦，而抽油杆向下运地时，其会在弧外方向造成摩擦。 由于地层流体作用的影响，抽油杆在运行过程中各方向受到的不同大小的法向力。这样形成的法
10、向力差会大大加剧抽油杆和油管的偏磨。,扶正器设计,扶正器合理配置间距设计或扶正器位置确定。 在井斜角、狗脚度和杆管摩擦严重的地方，应加上扶正器； 其余井斜段地方按梁弯曲理论确定尼龙扶正器之间合理间距。,抽油机优选： 根据已有的生产信息以及设计要求（用户选择冲程范围）进行计算，求出可用的抽油机的规格代号并对数据库中的所有游梁式抽油机进行逐一排查，挑选出符合适用于当前生产要求的所有抽油机并按照电机功率由小到大列表供用户选择。该功能是在新井需要挑选抽油机或者是老井需要更换抽油机时进行使用。,A1、A2,本地 数据库,油田 数据库,数据层,算法层,数值计算,物性参数计算,管流压降计算,温度场计算,产能计算,有杆泵生产系统优化设计,软件平台,商业化软件的结构,下堂课再见 谢谢!,
