抽油機(jī)分析及管理-08.4.15

1、1tQQ/第一節(jié)第一節(jié) 泵效泵效泵效泵效：在抽油井生產(chǎn)過程中，實際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值。在抽油井生產(chǎn)過程中，實際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值。影響泵效的因素影響泵效的因素(3) (3) 漏失影響漏失影響(1) (1) 抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮SSp入(2) (2) 氣體和充不滿的影響氣體和充不滿的影響活液VV(4) (4) 體積系數(shù)的影響體積系數(shù)的影響lBB1.1 1、泵效的概念、泵效的概念2一、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

2、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。3)()11(trflptrLfLfLEgLfffELW沖程損失計算式： SSStrp)(柱塞沖程：沖程損失：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。4)(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)；5(二)考慮慣性載荷后柱塞沖程的計算 當(dāng)懸點上升到上死點時，抽油桿柱有向下的(負(fù)的)最大加速度和向上的最大慣性載

3、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(dāng)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：6EfLSNWrri17902)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(17902222lrEfLSNWEfLIlrEfLSNWE

4、fLIrrrrdrrrrd 下沖程：7(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，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(qiáng)迫振動的相位配合。液柱載荷交變作用抽油桿柱變速運(yùn)動抽油桿柱振動抽油桿柱變形8 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。9二、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

5、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。K=VS/VPR=Vg/VL10RKRKRK1111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，就越大。增加泵的沉沒深度或使用氣錨。(2) 防沖距 泵吸入口壓力下死點靜止?fàn)顟B(tài)下柱塞與泵吸入口的距離K值越小，值就越大。盡量減小防沖距，以減小余隙。 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 如油管絲扣、泵的連接部分及泄油器不嚴(yán)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、

6、泵的連接部分和泄油器不嚴(yán)等所產(chǎn)生的漏失很難計算。12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(yùn)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：13四、提高泵效的措施(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，特別是稠油的井。連噴帶抽井選用大沖數(shù)快速抽汲，以增強(qiáng)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

7、14321a 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151.靜載荷(一)懸點所承受的載荷包括包括：抽油桿柱載荷；作用在柱塞上的液柱：抽油桿柱載荷；作用在柱塞上的液柱載荷；沉沒壓力對懸點載荷的影響；井口回載荷；沉沒壓力對懸點載荷的影響；井口回壓對懸點載荷的影響壓對懸點載荷的影響抽油桿柱載荷上沖程：上沖程：gLqgLfWrsrr( (即桿柱在空氣中的重力即桿柱在空氣中的重力) )下沖程：下沖程：LgqLg)(fWrlsrr( (即桿柱在液體中的重力即桿柱在液體中的重力) ).第二節(jié)第二節(jié) 抽油機(jī)懸點載荷計算抽油機(jī)懸點載荷計算16g

8、LffWlrpl)(作用在柱塞上的液柱載荷作用在柱塞上的液柱載荷上沖程上沖程 游動閥關(guān)閉，作用在柱塞上的液柱載荷為：游動閥關(guān)閉，作用在柱塞上的液柱載荷為： 下沖程下沖程 游動閥打開，液柱載荷作用于油管，游動閥打開，液柱載荷作用于油管，而不作用于懸點。而不作用于懸點。沉沒壓力沉沒壓力( (泵口壓力泵口壓力) )對懸點載荷的影響對懸點載荷的影響上沖程上沖程 在沉沒壓力作用下，井內(nèi)液體克服泵入口設(shè)備的阻力在沉沒壓力作用下，井內(nèi)液體克服泵入口設(shè)備的阻力進(jìn)入泵內(nèi)，此時液流所具有的壓力即吸入壓力。吸入壓力作進(jìn)入泵內(nèi)，此時液流所具有的壓力即吸入壓力。吸入壓力作用在柱塞底部產(chǎn)生用在柱塞底部產(chǎn)生向上向上的載荷的

9、載荷: :下沖程下沖程 吸入閥關(guān)閉，沉沒壓力對懸點載荷沒有影響。吸入閥關(guān)閉，沉沒壓力對懸點載荷沒有影響。pinpiifppfpP)(.17井口回壓對懸點載荷的影響井口回壓對懸點載荷的影響 液流在地面管線中的流動阻力所造成的井液流在地面管線中的流動阻力所造成的井口回壓對懸點將產(chǎn)生附加的載荷?？诨貕簩尹c將產(chǎn)生附加的載荷。 )(rphhuffpP上沖程：增加懸點載荷:rhhdfpP下沖程：減小抽油桿柱載荷:.182.2.動載荷動載荷( (慣性載荷、振動載荷慣性載荷、振動載荷) )慣性載荷慣性載荷( (忽略桿液彈性影響忽略桿液彈性影響) ) 抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，驢頭帶著抽油桿柱和液柱做抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，驢頭帶

10、著抽油桿柱和液柱做變速運(yùn)動，因而產(chǎn)生抽油桿柱和液柱的慣性力。變速運(yùn)動，因而產(chǎn)生抽油桿柱和液柱的慣性力。.19ArrgWIa抽油桿柱抽油桿柱的慣性力：的慣性力：AllgWIa液柱液柱的慣性力：的慣性力：rtfrpffff 為油管過流斷面變化引為油管過流斷面變化引起液柱加速度變化的系數(shù)起液柱加速度變化的系數(shù) 上沖程上沖程: :前半沖程前半沖程加速度為正，即加速度向上，則慣性力向加速度為正，即加速度向上，則慣性力向下，從而下，從而增加增加懸點載荷；懸點載荷；后半沖程后半沖程中加速度為負(fù)，即加速中加速度為負(fù)，即加速度向下，則慣性力向上，從而度向下，則慣性力向上，從而減小減小懸點載荷。懸點載荷。懸點加速

11、度在上、下沖程中大小和方向是變化的懸點加速度在上、下沖程中大小和方向是變化的。下沖程下沖程: :與上沖程相反，與上沖程相反，前半沖程前半沖程慣性力向上，慣性力向上，減小減小懸點載懸點載荷；荷；后半沖程后半沖程慣性力向下，將慣性力向下，將增大增大懸點載荷。懸點載荷。.20振動載荷振動載荷 抽油桿柱本身為一彈性體，由于抽油桿柱作變速運(yùn)動和液抽油桿柱本身為一彈性體，由于抽油桿柱作變速運(yùn)動和液柱載荷周期性地作用于抽油桿柱，從而引起抽油桿柱的彈性振柱載荷周期性地作用于抽油桿柱，從而引起抽油桿柱的彈性振動，它所產(chǎn)生的振動載荷亦作用于懸點上。其數(shù)值與動，它所產(chǎn)生的振動載荷亦作用于懸點上。其數(shù)值與抽油桿柱抽油

12、桿柱的長度的長度、載荷變化周期載荷變化周期及及抽油機(jī)結(jié)構(gòu)抽油機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)有關(guān)。.213. 3. 摩擦載荷摩擦載荷(1)(1)抽油桿柱與油管的摩擦力抽油桿柱與油管的摩擦力 （桿管）（桿管）(2)(2)柱塞與襯套之間的摩擦力柱塞與襯套之間的摩擦力 （柱塞與襯套）（柱塞與襯套）(3)(3)液柱與抽油桿柱之間的摩擦力液柱與抽油桿柱之間的摩擦力 （桿液）（桿液）(4)(4)液柱與油管之間的摩擦力液柱與油管之間的摩擦力 （管液）（管液）(5)(5)液體通過游動閥的摩擦力液體通過游動閥的摩擦力 （閥阻力）（閥阻力）.上沖程，增加懸點載荷上沖程，增加懸點載荷下沖程，減小懸點載荷下沖程，減小懸點載荷22max22

13、2) 1(ln) 1(12mmmmLFrl602maxSNS抽油桿柱與液柱之間的摩擦力抽油桿柱與液柱之間的摩擦力 抽油桿柱與液柱間的摩擦發(fā)生在抽油桿柱與液柱間的摩擦發(fā)生在下沖程下沖程，摩擦力，摩擦力方向向方向向上上。阻力的大小隨抽油桿柱的下行速度而變化，最大值為：。阻力的大小隨抽油桿柱的下行速度而變化，最大值為：主要決定因素：主要決定因素：液體粘度和抽油桿的運(yùn)動速度。液體粘度和抽油桿的運(yùn)動速度。把懸點看做簡諧運(yùn)動，則把懸點看做簡諧運(yùn)動，則液柱與油管間的摩擦力液柱與油管間的摩擦力 上沖程時，游動閥關(guān)閉，油管內(nèi)的液柱隨抽油桿柱和柱上沖程時，游動閥關(guān)閉，油管內(nèi)的液柱隨抽油桿柱和柱塞上行，液柱與油管間

14、發(fā)生相對運(yùn)動而引起的摩擦力的塞上行，液柱與油管間發(fā)生相對運(yùn)動而引起的摩擦力的方向方向向下向下，故，故增大懸點載荷增大懸點載荷。3 . 1FrltlF.23NfFrt桿管摩擦力：桿管摩擦力：液體通過游動閥產(chǎn)生的阻力：液體通過游動閥產(chǎn)生的阻力：ghfFplv 22322)(1029. 71SNffopl柱塞與襯套之間的摩擦力：柱塞與襯套之間的摩擦力： 與配合間隙有關(guān)，屬半干摩擦，一般摩擦力不超過與配合間隙有關(guān)，屬半干摩擦，一般摩擦力不超過1717N1717N.24懸點載荷的三項基本載荷：懸點載荷的三項基本載荷： 抽油桿柱載荷抽油桿柱載荷 液柱載荷液柱載荷 慣性載荷慣性載荷 稠油井內(nèi)：稠油井內(nèi)： 摩

15、擦載荷摩擦載荷 大沉沒度的井：大沉沒度的井： 沉沒壓力產(chǎn)生的載荷沉沒壓力產(chǎn)生的載荷 在低沉沒度井：在低沉沒度井： 柱塞與泵內(nèi)液面的撞擊，產(chǎn)生柱塞與泵內(nèi)液面的撞擊，產(chǎn)生沖擊載荷沖擊載荷.懸點載荷的小結(jié)懸點載荷的小結(jié)25第六節(jié)第六節(jié) 有桿抽油系統(tǒng)工況分析有桿抽油系統(tǒng)工況分析(1) (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；力，分析、判斷油層不正常工作的原因；(2) (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

16、設(shè)備不正常的原因；力，了解設(shè)備潛力，分析判斷設(shè)備不正常的原因；(3) (3) 分析檢查措施效果。分析檢查措施效果。分析目的：分析目的：油層與抽油設(shè)備協(xié)調(diào)，油井高效生產(chǎn)。油層與抽油設(shè)備協(xié)調(diào)，油井高效生產(chǎn)。分析內(nèi)容：分析內(nèi)容：26一、抽油井液面測試與分析一、抽油井液面測試與分析（一）動液面、靜液面及采油指數(shù)（一）動液面、靜液面及采油指數(shù)靜液面（靜液面（L Ls s或或H Hs s）：）：對應(yīng)于對應(yīng)于油藏壓力。油藏壓力。動液面（動液面（L Lf f或或H Hf f）：）：對應(yīng)于井底壓力對應(yīng)于井底壓力 流壓流壓生產(chǎn)壓差：生產(chǎn)壓差：與靜液面和動液面之差與靜液面和動液面之差相對應(yīng)的壓力差。相對應(yīng)的壓力差。

17、沉沒度沉沒度h hs s：根據(jù)氣油比和原油進(jìn)泵壓根據(jù)氣油比和原油進(jìn)泵壓力損失而定。力損失而定。圖圖3-25 3-25 靜液面與動液面的位置靜液面與動液面的位置272/VtL ( (二二) )液面位置的測量液面位置的測量測量儀器：回聲儀測量儀器：回聲儀測量原理：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：和測得的反射時間來計算其位置： 1.1.有音標(biāo)的井有音標(biāo)的井圖圖3-26 3-26 聲波反射曲線聲波反射曲線2/11tLV 11ttLL 圖圖3-25 3-25 靜液面與動液面的位置靜液面與動液面的位置28二、地面示功圖分析

18、二、地面示功圖分析示功圖：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。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。懸點載荷與位移關(guān)系的示功圖。( (一一) )理論示功圖及其分析理論示功圖及其分析1.1.靜載荷作用下的理論示功圖靜載荷作用下的理論示功圖循環(huán)過程：循環(huán)過程：下死點下死點A A加載完成加載完成B B上死點上死點C C卸載完成卸載完成D D下死點下死點A A圖圖3-28 3-28 靜載理論示功圖靜載理論示功圖292.2.考慮慣性載荷后的理論示功圖考慮慣性載荷后的理論示功圖圖圖3-29 3-29 考慮慣性和

19、振動后的理論示功圖考慮慣性和振動后的理論示功圖S/230( (二二) )典型示功圖分析典型示功圖分析典型示功圖：典型示功圖：某一因素的影響十分明顯，其形狀代表了該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。因素影響下的基本特征的示功圖。1.1.氣體和充不滿對示功圖的影響氣體和充不滿對示功圖的影響圖圖3-30 3-30 有氣體影響的示功圖有氣體影響的示功圖氣體影響示功圖氣體影響示功圖SDDgADDA 充滿系數(shù)：充滿系數(shù)：氣鎖氣鎖31充不滿影響的示功圖充不滿影響的示功圖充不滿現(xiàn)象：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。地層產(chǎn)液在上沖程末未充滿泵筒的現(xiàn)象。液擊現(xiàn)象：

20、液擊現(xiàn)象：泵充不滿生產(chǎn)時，柱塞與泵內(nèi)液面撞擊引泵充不滿生產(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。起抽油設(shè)備受力急劇變化的現(xiàn)象。圖圖3-31 3-31 充不滿的示功圖充不滿的示功圖322.2.漏失對示功圖的影響漏失對示功圖的影響 排出部分的漏失排出部分的漏失圖圖3-32 3-32 泵排出部分漏失泵排出部分漏失CBSpu柱塞的有效吸入行程：柱塞的有效吸入行程：SCB/ 泵效：泵效：33 吸入部分漏失吸入部分漏失圖圖3-33 3-33 吸入凡爾漏失吸入凡爾漏失ADSped柱塞的有效吸入行程：柱塞的有效吸入行程：SAD/ 泵效：泵效：34圖3-34 吸入凡爾嚴(yán)重漏失35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363.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