论有杆泵的工作效率
论有杆泵的工作效率
王飞
中国石油大学. 石油工程系
,二者的比值称为泵的容积效率 ,油田通称为泵效,即 ηv =Q Q t
2其中理论日产水 t p p
Ap 为柱塞的截面, S 是塞住冲程,n 是冲次,d p 是泵的直径。
一、 泵效的影响因素 r l s r 静从泵三个基本工作环节出发:. 活塞让出体积→. 油进泵→油从泵内排出
影响泵效的因素主要有:抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩的影响;气体和充不满的影响;漏r p r l fl p l 失的影响。
1. 抽油杆和油管弹性伸缩的影响
抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩,将减小活塞冲程,因而降低泵效。抽油杆柱和油管柱的弹r r l 性伸缩量越大,活塞冲程与光杆冲程的差别也就越大,泵效也就越低。抽油杆柱所受的载荷性质不同,则伸缩变形的性质与程度也不同。 p l fl 根据广义的胡克定律
抽油杆和油管弹性伸缩量是: m p l fl i r t i =1ri t
λr是油杆伸缩量,λt是油管伸缩量,E 为弹性模量
从公式中可以看出:
柱塞截面积越大,泵下的越深,则冲程损失越大; 为了减小液柱载荷及冲程损失,提高泵效,通常不能选用过大的泵,特别是深井中选用直径较小的泵; 当泵径超过某一限定(引起的λ≥s/2)之后,泵的实际排量不但不会因增大泵径而增加,反而会减小。当 λ≥s,活塞冲程等于零,泵的实际排量等于零。
2. 惯性载荷对活塞冲程的影响响
上死点:aA 最大,向下;Fi 最大,向上,杆压缩,多向上移动λiu ;
下死点:aA 最大,向上;Fi 最大,向下,杆拉长,多向下移动λid 。2 F iru L W r sn 2L r W r sn L r = F ird L =λ=(1+) λ(1-) id =iu 2A r E 2⨯1790⨯A r E l 2A r E 2⨯1790⨯A r E l
由于抽油杆柱上各点 的惯性力不同,故取其平均值。根据广义虎克定律可得: 在静载荷和惯性载荷的共同作用下,活塞冲程为:
Q ∆W L =1440A sn =360πd sn λ=A E ∆W =W +W -F -W ' =W +L (A -A ) ρg -(L -H ) A ρg -(W -LA ρg ) =A ρH g ∴λ=λ+λ=A ρH g E (∑L L +) A A λi =λiu +λid
所以 惯性载荷增加sp ,同时Wmax 增加,Wmin 降低,杆受力条件变差。所以,不采用增加惯性载荷的方法增加sp ,即不采用快速抽油的方法。
3.振动载荷对活塞冲程的影响
理论分析和实验研究表明:抽油杆柱本身振动的位相在上、下冲程中几乎是对称的,即如在上冲程末抽油杆柱伸长,则在下冲程末抽油杆柱缩短;反之亦然。
4 气体和充不满的影响
气锁:由于气体在泵内的压缩和膨胀,使得吸入阀无法打开而抽不出油,这种现象称为“气锁”。 1-K s F g 0β= 充满系数:10 +F g 0为泵的余隙比;Ks=Vs / Vp 定义:F g0 为泵内的气液比; Fg0 =Vg / V ;Ks
可导出充满系数表达式为:
1).Ks ↓ ,β↑ 所以应使Vp↑,Vs↓, 在不撞击固定凡尔时,应减小防充距Vs 以减小Ks
2)F g0↓ , , β↑ 所以增加沉没度,增加泵入口压力,减小F g0或使用气锚以减小气体进泵。
3) 若油层能量低或u0高,造成充不满,可以采用:加深泵挂,增加沉没度,实施增加措施,优选抽吸参数,若为稠油,可以将粘
5. 漏失的影响
1) 排出部分漏失:指活塞与衬套的间隙漏失和游动阀漏失,将减少泵内排出的油量。
2) 吸入部分漏失:指固定阀漏失,它将会减少进入 泵内的油量。
3) 其它部分漏失:由于油管丝扣、泵的连接部分及泄油器不严,都将降低泵效。
6. 沉没度影响泵效
在一定范围内,沉没度高则深井泵的吸入压力大,驴头载荷减小,可减小泵漏失程度,因此,有利于泵效的提高。但是如果泵的沉没度过高,虽然泵的充满程度提高了,但是由于抽油杆弹性伸缩加大,泵效提高的幅度很小,并且可能降低,如果沉没度过小,则会出现泵口气体分离较多,泵的充满系数减小,同样降低泵效,所以,存在一个合理的沉没度。通过对正常生产的油井的沉没度与泵效进行分析如下图:
有此看出,随着沉没度的增加,泵效逐渐提高,当达到一定程度的时候,泵效提高幅度则
越来越小。沉没度越低,泵效越低,当沉没度降低到一定程度的时候,泵效降低的速度加快,主要是由于沉没度过低时导致溶解气分离加剧,气体影响泵效充满系数减小,泵效大度减小。
二. 提高泵效的措施
泵效的高低,是反映抽油设备利用率和管理水平的一个重要指标。 泵效同油层条件有相当密切的关系,需要油层有足够的供液能力。油层对注水开发油田,加强注水,实施增产措施。
对于井筒方面,提高泵效应采取下述措施。
1. 选择合理的工作方式 2W r n L s p =s -λ+λi =s (1+) -λ1790⨯A r E
1)当抽油机已选定,并且设备能力足够大时,在保证产量的前提下,应以获得最高泵效为基本出发点来调整抽汲参数。
2)当产量不限时,应在设备条件允许的前提下,以获得尽可能大的产量来提高泵效。 调整抽汲参数时,在保证Ap 、s 和n 的乘积不变(即理论排量一定) 的条件下,虽然可以任意调整三个参数,但当其组合不同时,冲程损失、气体的影响及漏失的影响不同。此外,对于深井抽汲时,要充分注意振动载荷影响的s 和n 配合不利区。
2. 使用油管锚
使用油管锚将油管下端固定,则可消除油管变形,从而减小冲程损失。
. 合理利用气体能量及减少气体影响,带喷井:利用气能举油,加油嘴控制,不带喷井:稳定液面和产量,减少脱气后引起的油粘度增加增加沉没度,或安装气锚以减少气体进泵。 进行有杆泵采油井的系统选择设计应遵循的原则是:
1)符合油井及油层的工作条件;
2)充分发挥油层的生产能力;
3)设备利用率较高且有较长的免修期;
4)有较高的系统效率和经济效益。
3、 下泵深度的确定
当井底流压Pwf 和泵吸入口压力Pin 确定之后,应用多相管流计算方法,可求出泵吸入口在油层中部以上的高度Hp ,则下泵深度Lp 为油层中部深度Ho 减去Hp 。
Lp== Ho-Hp
4、 冲程和冲次的确定
冲程和冲次是确定抽油泵直径、计算悬点载荷的前提,选择时应遵循下述原则:
1)一般情况下应采用大冲程、小泵径的工作方式,这样既可以减小气体对泵效的影响,也 可 以降低液柱载荷,从而减小冲程损失;
2)对于原油比较稠的井,一般是选用大泵径、大冲程和低冲次的工作方式;
3)对于连抽带喷的井,则选用高冲次快速抽汲,以增强诱喷作用;
4)深井抽汲时,要充分注意振动载荷影响的和配合不利区;
5)所选择的冲程和冲次应属于抽油机提供的选择范围之内。
6)抽油泵的选择包括泵径、泵的类型及其配合间隙的选择等。
7) 泵径是根据前面确定的冲程、冲次、配产方案给出的设计排量以及统计给出 的泵效,由计算得出。
三.结论
(1)地层能量是影响泵效的最重要因素。根据具体的油井的产能确定合适的泵深和泵径,不仅能使产液量最大化,还能提高泵效。由于泵劲限制了抽油泵的最大排量和最大下泵深度,可配套多系列泵的抽油泵以适应不同产液量的需求。过大的沉没度不仅增加杆管的投入,还增加了冲程损失和漏失影响,从而降低了泵效和产量。
(2)气体对产能的影响是复杂的,对于含气量较大、油层物性较好、埋深较浅的油藏,气体的影响是负面的,应考虑防气工艺。
(3)原油粘度(原油密度)影响液体进泵的效率,当原油粘度较大时应考虑将粘工艺或使用抽稠泵,减少液体的进泵阻力。
(4)沉没度、冲次、冲程以及气油比影响泵的充满程度,应根据单井的具体情况选择合适的生产参数。从理论上讲,长冲程、慢冲次有利于液体进泵,气体进泵前即采取有效的气液分离可提高泵效。
(5)井身轨迹、抽油机的平衡状况对泵效也有很大影响。做好抽油机的调平工作,选择合适的抽油泵,可提高泵效。