石油大學(xué)有桿泵井系統(tǒng)效率的若干問題

石油大學(xué)有桿泵井系統(tǒng)效率的若干問題第1頁/共36頁抽油系統(tǒng)效率概念2油井效率問題1抽油機節(jié)能原理分析3抽油機擺動件慣性力分析4抽油泵漏失研究5抽油系統(tǒng)節(jié)能措施6第2頁/共36頁

應(yīng)用有桿抽油系統(tǒng)的目的是將地面的電能傳遞給井下液體，從而舉升井下液體。整個系統(tǒng)工作時，就是一個能量不斷傳遞和轉(zhuǎn)換的過程。在能量的每一次傳遞時都將損失一定的能量。從地面供入系統(tǒng)的能量扣除系統(tǒng)的各種損失后，就是系統(tǒng)所給液體的有效能量。這一為將液體舉升至地面的有效做功能量與系統(tǒng)輸入能量之比值即為抽油機的系統(tǒng)效率。抽油系統(tǒng)效率概念第3頁/共36頁有桿抽油系統(tǒng)：原動機抽油機抽油桿抽油泵井下管柱井口裝置抽油機抽油桿抽油泵井下管柱原動機井口裝置抽油系統(tǒng)效率概念第4頁/共36頁抽油系統(tǒng)效率概念

抽油機的輸入功率P入：拖動抽油機的電動機的輸入功率為抽油機的輸入功率。抽油機系統(tǒng)的有效功率P水：一定的揚程下，將一定排量的井下液體提升到地面所需要的功率叫有效功率，也叫水功率。抽油機系統(tǒng)的損失功率P損：抽油系統(tǒng)舉升過程中損失的各種功率之和。有桿抽油系統(tǒng)效率：抽油機的有效功率與輸入功率的比值為抽油機井的系統(tǒng)效率，即第5頁/共36頁抽油系統(tǒng)效率概念1油井效率問題2抽油機節(jié)能原理分析3抽油機擺動件慣性力分析4抽油泵漏失研究5抽油系統(tǒng)節(jié)能措施6第6頁/共36頁油井效率:油井效率就是油井利用地層天然能量的效率。地層的天然能量是一定的，如何充分發(fā)揮地層能量，提高油井自身效率，減少能量消耗、降低能量輸入是值得研究的問題。泵提供多少能量？油井效率最高？油層地層能量一定油井效率問題第7頁/共36頁合理下泵深度確定:下泵深度不同，泵需要提供的能量不同，則天然能量利用效率不同。合理的下泵深度，可以顯著提高油井效率。油井效率問題第8頁/共36頁抽油系統(tǒng)效率概念1油井效率問題抽油機節(jié)能原理分析2抽油機擺動件慣性力分析4抽油泵漏失研究5抽油系統(tǒng)節(jié)能措施63第9頁/共36頁長沖程，低沖次,節(jié)能？抽油機節(jié)能原理分析第10頁/共36頁抽油機節(jié)能分析抽油機節(jié)能原理分析通過調(diào)整抽油機凈扭矩曲線可以達到節(jié)能效果。第11頁/共36頁抽油機懸點運動規(guī)律不同抽油機懸點加速度曲線不同抽油機懸點速度曲線抽油機節(jié)能原理分析第12頁/共36頁抽油機懸點載荷組成抽油機節(jié)能原理分析其中動載荷受懸點速度、加速度影響很大。第13頁/共36頁抽油機節(jié)能原理分析桿柱載荷和液柱載荷占懸點載荷的主要部分，其次是摩擦載荷、振動載荷和慣性載荷。第14頁/共36頁慣性載荷與懸點運動關(guān)系最大慣性載荷：組合2m*9次/min比組合3m*6次/min大0.8KN，增加約25%；最小慣性載荷：組合2m*9次/min比組合3m*6次/min增加0.3kN，增加約9%。抽油機節(jié)能原理分析長沖程低沖次降低慣性載荷峰值第15頁/共36頁振動載荷與懸點運動關(guān)系最大振動載荷：組合2m*9次/min比組合3m*6次/min大0.3KN，增加約18%；最小振動載荷：組合2m*9次/min比組合3m*6次/min增加0.35kN，增加約20%。抽油機節(jié)能原理分析長沖程低沖次降低振動載荷峰值第16頁/共36頁抽油機負載扭矩抽油機節(jié)能原理分析懸點載荷作用在曲柄軸上造成負載扭矩。桿柱載荷和液柱載荷造成的扭矩占主要部分。第17頁/共36頁桿柱載荷扭矩與懸點運動關(guān)系抽油機節(jié)能原理分析最大桿柱載荷扭矩：組合3m*6次/min比組合2m*9次/min大；桿柱載荷功率：組合2m*9次/min比組合3m*6次/min大0.02kW，約1.2%。桿柱載荷功率受沖次和沖程影響較小第18頁/共36頁液柱載荷扭矩與懸點運動關(guān)系抽油機節(jié)能原理分析最大液柱載荷扭矩：組合3m*6次/min比組合2m*9次/min大；液柱載荷功率：組合2m*9次/min比組合3m*6次/min大0.02kW，約1.2%。液柱載荷功率受沖次和沖程影響較小第19頁/共36頁摩擦載荷扭矩與懸點運動關(guān)系最大摩擦載荷扭矩：組合3m*6次/min比組合2m*9次/min大；摩擦載荷損失功率：組合2m*9次/min比組合3m*6次/min大0.06kW，約5.7%。抽油機節(jié)能原理分析沖次增加使摩擦載荷耗能更多第20頁/共36頁懸點載荷扭矩與懸點運動關(guān)系最大懸點載荷扭矩：組合3m*6次/min比組合2m*9次/min大；懸點載荷功率：組合2m*9次/min比組合3m*6次/min大0.1kW，約2%。抽油機節(jié)能原理分析長沖程低沖次更加節(jié)能第21頁/共36頁目前采用的平衡方式主要有機械平衡和氣動平衡。2、氣動平衡下沖程中通過游梁帶動的活塞壓縮氣包中的氣體，把下沖程中作的功儲存起來并轉(zhuǎn)變成氣體的壓縮能，上沖程中被壓縮的氣體膨脹，將儲存的壓縮能轉(zhuǎn)變成膨脹能幫助電動機作功。氣體平衡多用于大型抽油機，不僅可以大量節(jié)約鋼材，而且可以改善抽油機的受力情況。1、機械平衡在下沖程中，以增加平衡重塊的位能來儲存能量；在下沖程總平衡重降低位能，來幫助電動機作功。機械平衡有三種方式：游梁平衡、曲柄平衡和復(fù)合平衡。抽油機平衡方式抽油機節(jié)能原理分析第22頁/共36頁1上、下沖程峰值扭矩相等3曲柄軸均方根扭矩最小電動機在上、下沖程所作的功相等2抽油機平衡準則抽油機節(jié)能原理分析第23頁/共36頁抽油機調(diào)平衡調(diào)節(jié)抽油機的相位角和曲柄平衡半徑可以改變曲柄軸平衡扭矩，從而改變曲柄軸凈扭矩，達到節(jié)能效果。抽油機節(jié)能原理分析第24頁/共36頁抽油機節(jié)能原理分析從圖中可以看出，通過平衡調(diào)整，平衡度由原來的50%提高到95%，電機輸出功率由原來的10.68kW，降低到10.13kW，節(jié)能5.1%。第25頁/共36頁抽油系統(tǒng)效率概念1油井效率問題抽油機節(jié)能原理分析2抽油機擺動件慣性力分析3抽油泵漏失研究5抽油系統(tǒng)節(jié)能措施64第26頁/共36頁抽油機游梁、驢頭慣性力扭矩抽油機擺動件慣性力分析抽油機游梁、驢頭擺動過程中，會在曲柄軸上產(chǎn)生波動的扭矩。第27頁/共36頁慣性力對電動機的影響抽油機擺動件慣性力分析慣性力扭矩引起曲柄軸輸出扭矩波動，導(dǎo)致電動機輸出功率波動，從而使電機效率降低。異步電動機特性曲線第28頁/共36頁抽油系統(tǒng)效率概念1油井效率問題抽油機節(jié)能原理分析2抽油機擺動件慣性力分析3抽油泵漏失研究4抽油系統(tǒng)節(jié)能措施65第29頁/共36頁抽油泵漏失傳統(tǒng)漏失量模型認為漏失量與抽汲速度成反比，這樣當(dāng)抽汲速度較高時就會出現(xiàn)負漏失，與實際情況矛盾。傳統(tǒng)漏失量計算模型：抽油泵漏失研究第30頁/共36頁新漏失量計算模型：柱塞上行時柱塞與泵筒縫隙中的流體運動示意圖

在柱塞上升期間，剪切漏失和壓差漏失的方向均為沿井筒向下。抽油泵漏失研究第31頁/共36頁漏失速度與沖次的關(guān)系曲線

柱塞上升過程中漏失速度的變化曲線快速抽汲會增加漏失。抽油泵漏失研究根據(jù)新模型，模擬了柱塞的漏失速度。第32頁/共36頁抽油系統(tǒng)效率概念1油井效率問題抽油機節(jié)能原理分析2