《抽油机分析及管理-08.4.15》由会员分享，可在线阅读，更多相关《抽油机分析及管理-08.4.15（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第一节 泵效,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,(3) 漏失影响,(1) 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩,(2) 气体和充不满的影响,(4) 体积系数的影响,.,1、泵效的概念,2,一、柱塞冲程,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,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,抽油杆柱和油管柱的自重伸长在泵工作的整个过程中是不变的，它们不会影响柱塞冲程。,3,冲程损失计算式：,柱塞冲程：,冲程损失：,4,多级抽油杆的冲程损失：,冲程损失的影响
2、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；,5,(二)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 。,柱塞冲程增加量：,6,由于抽油杆柱上各点所承受的惯性力不同，计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：,上冲程：,下冲程：,7
3、,(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,8,因此，抽油杆柱振动对柱塞冲程的影响存在着冲次、冲程配合的有利与不利区域。,9,二、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。,图3-20 气体对冲满程度的影响,余隙
4、比：,充满系数：,充满系数推导过程p139。,K=VS/VP R=Vg/VL,10,泵充满程度的影响因素分析：,(1) 生产流体的性质气液比 R愈小，就越大。增加泵的沉没深度或使用气锚。,(2) 防冲距,K值越小，值就越大。尽量减小防冲距，以减小余隙。,11,三、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 如油管丝扣、泵的连接部分及泄油器不严等,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。,12,柱塞与衬套间隙漏失计算,静止条件下的漏失量：,活塞向上
5、运动时上带液量：,总漏失量为：,所以只考虑柱塞间隙漏失时，漏失系数为：,13,四、提高泵效的措施,(1)选择合理的工作方式,选用大冲程、小冲次，减小气体影响，降低悬点载荷，特别是稠油的井。,连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。,深井抽汲时，S和N的选择一定要避开不利配合区。,(2)确定合理沉没度。,(3)改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。,(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,14,气锚分离原理,15,1.静载荷,(一)悬点所承受的载荷,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,抽油杆柱载荷,上
6、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),.,第二节 抽油机悬点载荷计算,16,作用在柱塞上的液柱载荷,上冲程 游动阀关闭，作用在柱塞上的液柱载荷为：,下冲程 游动阀打开，液柱载荷作用于油管，而不作用于悬点。,沉没压力(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。,.,17,井口回压对悬点载荷的影响,液流在地面管线中的流动阻力所造成的井口回压对悬点将产生附加的载荷。,上冲程：增加悬点载荷:,下冲程：减
7、小抽油杆柱载荷:,.,18,2.动载荷(惯性载荷、振动载荷),惯性载荷(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。,.,19,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。,.,20,振动载荷,抽油杆柱本身为一弹性体，由于抽油
8、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。,.,21,3. 摩擦载荷,(1)抽油杆柱与油管的摩擦力 （杆管） (2)柱塞与衬套之间的摩擦力 （柱塞与衬套） (3)液柱与抽油杆柱之间的摩擦力 （杆液） (4)液柱与油管之间的摩擦力 （管液） (5)液体通过游动阀的摩擦力 （阀阻力）,.,22,抽油杆柱与液柱之间的摩擦力,抽油杆柱与液柱间的摩擦发生在下冲程，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
9、谐运动，则,液柱与油管间的摩擦力,上冲程时，游动阀关闭，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。,.,23,杆管摩擦力：,液体通过游动阀产生的阻力：,柱塞与衬套之间的摩擦力： 与配合间隙有关，属半干摩擦，一般摩擦力不超过1717N,.,24,悬点载荷的三项基本载荷： 抽油杆柱载荷 液柱载荷 惯性载荷 稠油井内： 摩擦载荷 大沉没度的井： 沉没压力产生的载荷 在低沉没度井： 柱塞与泵内液面的撞击，产生冲击载荷,.,悬点载荷的小结,25,第六节 有杆抽油系统工况分析,(1) 了解油层生产能力及工作状况，分析是否已发挥了油层潜力，分析、判断
10、油层不正常工作的原因；,(2) 了解设备能力及工作状况，分析设备是否适应油层生产能力，了解设备潜力，分析判断设备不正常的原因；,(3) 分析检查措施效果。,分析目的：油层与抽油设备协调，油井高效生产。,分析内容：,26,一、抽油井液面测试与分析,（一）动液面、静液面及采油指数,静液面（Ls或Hs）：对应于油藏压力。,动液面（Lf或Hf）：对应于井底压力 流压,生产压差：与静液面和动液面之差相对应的压力差。,沉没度hs：根据气油比和原油进泵压力损失而定。,图3-25 静液面与动液面的位置,27,(二)液面位置的测量,测量仪器：回声仪,测量原理：利用声波在环形空间流体介质中的传播速度和测得的反射时
11、间来计算其位置：,1.有音标的井,图3-26 声波反射曲线,28,二、地面示功图分析,示功图：载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。,地面示功图或光杆示功图：悬点载荷与位移关系的示功图。,(一)理论示功图及其分析,1.静载荷作用下的理论示功图,循环过程： 下死点A 加载完成B 上死点C 卸载完成D 下死点A,图3-28 静载理论示功图,29,2.考虑惯性载荷后的理论示功图,图3-29 考虑惯性和振动后的理论示功图,S/2,30,(二)典型示功图分析,典型示功图：某一因素的影响十分明显，其形状代表了该因素影响下的基本特征的示功图。,1.气体和充不满对示功图的影响,图3-30 有气体影响的示
12、功图,气体影响示功图,充满系数：,气锁,31,充不满影响的示功图,充不满现象：地层产液在上冲程末未充满泵筒的现象。,液击现象：泵充不满生产时，柱塞与泵内液面撞击引起抽油设备受力急剧变化的现象。,图3-31 充不满的示功图,32,2.漏失对示功图的影响, 排出部分的漏失,图3-32 泵排出部分漏失,柱塞的有效吸入行程：,泵效：,33, 吸入部分漏失,图3-33 吸入凡尔漏失,柱塞的有效吸入行程：,泵效：,34,图3-34 吸入凡尔严重漏失,35,吸入部分和排出部分同时漏失,图3-35 吸入凡尔和排出凡尔同时漏失,36,3.柱塞遇卡的示功图,柱塞在泵筒内被卡死在某一位置时，在抽汲过程中柱塞无法移动
13、而只有抽油杆的伸缩变形，图形形状与被卡位置有关。,图3-36 活塞卡在泵筒中部,37,4.带喷井的示功图,在抽汲过程中，游动阀和固定阀处于同时打开状态，液柱载荷基本加不到悬点。示功图的位置和载荷变化的大小取决于喷势的强弱及抽汲液体的粘度。,图3-37 喷势强、油稀带喷,图3-38 喷势弱、油稠带喷,38,5.抽油杆断脱,抽油杆断脱后的悬点载荷实际上是断脱点以上的抽油杆柱重量，只是由于摩擦力，才使上下载荷线不重合。图形的位置取决于断脱点的位置。,抽油杆柱的断脱位置可根据下式来估算：,图3-39 抽油杆断脱,39,图3-40 出砂井,6.其它情况,图3-41 结蜡井,图3-42 管式泵活塞脱出工作筒,图3-43 防冲距过小活塞碰 固定凡尔的示功图,40,有杆抽油系统设计,一、抽油杆强度计算及杆柱设计,抽油杆设计：抽油杆柱的长度、直径、组合及材料。,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。因此，抽油杆柱必须根据疲劳强度来进行计算。,41,修正古德曼图,图3-29 修正古德曼图,强度条件：,应力范围比：,.,
