聚驱油田有杆泵抽油系统效率计算方法研究摘 要本文首先介绍了有杆泵抽油系统效率计算方法的重要性及研究目的，然后是有杆泵采油系统的构造以及有杆泵采油系统最新的研究成果和未来的发展情况。而本文研究的重点在于，通过研究影响抽油机系统效率的主要因素，应用有杆泵抽油系统效率分级测试方法，先提出提高系统效率的对策，然后对多种抽油机井系统效率计算方法进行列举。由于有杆泵抽油系统各种计算方法参数较多，计算过程比较复杂，所以还编辑了一套用于计算的C语言程序，使计算过程变的简便。最后通过聚驱油田的实际参数计算得出结果，然后从理论上具体分析各种方法，分别对各种方法进行了评价，最后优选出了适合聚驱油田现场实际应用的有杆泵抽油系统效率计算方法。
关键词：有杆泵抽油井;抽油杆;聚合物驱油;计算方法 AbstractFirst of all, this paper introduced the importance and a purpose of the system analysis for sucker rod pumping well’s efficiency computational methods. After that, the latest researches and futures of the sucker rod pumping well, then on the construction of the sucker rod pumping well system. And the focus of this paper is that through analysis for the main impact on the efficiency of the sucker rod pumping well, use classified testing method of the sucker rod pumping well, first to increase the efficiency of the system, and then list kinds of the sucker rod pumping well’s efficiency computational methods. Because there’s many parameters of the sucker rod pumping well’s efficiency computational methods, for simplify the process, I compiled a C language program for all computational methods of the well’s efficiency. Finally, though the true dates of the polymer flooding oil field, I calculated the results and analyses all kinds of computational methods from the theoretically, then make evaluation for every computational method, finally optimized the most suitable means of the sucker rod pumping well’s efficiency computational methods for the real polymer flooding oil fields.
Key words: Sucker rod pumping well; Rod; Polymer flooding；Computational methods 目 录第1章 概述 11.1 有杆泵抽油系统效率计算方法研究的目的及重要性 11.2 目前抽油机的研究成果及展望 11.3 本文的主要内容和研究重点 3第2章 有杆泵抽油系统介绍 42.1 有杆泵的系统构造 42.2 有杆泵抽油系统的耗能情况分析 5第3章 有杆泵抽油系统效率分级测试方法 73.1 总效率的分级 73.2系统效率测试原理与测试方法 8第4章 有杆泵抽油系统效率的影响因素分析 154. 1有杆泵抽油系统效率的现状 154. 2影响有杆泵抽油系统效率主要因素 16第5章 有杆泵抽油系统效率计算方法的选用及分析 195.1常规法 195.2停开机法 205.3能量分析法 215.4 改进计算方法 235.5 泵效分析计算法 255.6 拟自喷井法 26第6章 有杆泵抽油系统效率计算方法在聚驱油田的应用 286.1计算所需要的参数 286.2抽油机井效率的实际计算 28第7章 有杆泵抽油系统效率计算方法的评价和优选 347.1有杆泵抽油系统效率计算方法的理论评价 347.2结合计算结果对各计算方法的评价及优选 35结 论 37参考文献 38致 谢 224
聚驱油田有杆泵抽油系统效率计算方法研究|气田试井论文第1章 概述1.1 聚驱油田有杆泵抽油系统效率计算方法研究的目的及重要性有杆泵抽油是世界采油工程中一直占主导地位的机械采油方式。在我国各油田的生产井中大约80%是采用有杆抽油技术，总产油量的75%是依靠有杆泵采油技术采出。随着高含水后期油田的开发，油田产油量的下降，产液量及注水量相对持平，但含水率上升，单位能耗逐年呈上升趋势是不可避免的，原油生产过程中的耗电费用在原油生产成本中的比例逐年上升，统计表明，已由“九五”初期的10％左右上升到目前的20％以上，而机采井能耗约占油田生产耗电的30%，是油田的主要耗能系统之一。另外，随着油田进入高含水开采后期，工业性聚合物驱开发规模日益扩大，单井产量逐年调整，综合含水上升，沉没度下降，供排矛盾突出。目前,我国机采系统效率的计算统一按标准SY/T6126—1995规定的方法进行。该方法的最大优点是形成了一个统一的系统效率评价标准。然而在实际应用中往往会出现一些问题,难以真实反映效率状况。随着现在油田抽油机井数量急剧增加，抽油机的耗电量与日俱增，加剧了油田供电紧张的情况。同时由于抽油机井的效率较低，直接导致了大量能源的浪费。因此聚驱油田有杆泵抽油系统效率计算成为油田管理中的重要课题。通过科学计算可以优选出合适的有杆泵抽油系统效率计算方法，对减少消耗，降低原油采出成本有着重要作用[1]。1.2 目前抽油机的研究成果及展望有杆抽油系统是一个包括井下和地面多参数的复杂系统工程。井下系统由于具有不可见性和易测量参数少等特点，使系统不可预见的因素太多，特别是在系统工作是细长柔性抽油杆柱的复杂力学行为，使系统控制难度加大，系统优选匹配和控制的针对性更强。无论是抽油系统的优选匹配和系统诊断，以及系统智能控制，其前提是对抽油系统的认识，物理模拟实验的高成本和对生产的影响往往难以实现对系统的实验模拟。现今，世界各国仍然大面积的应用游梁式抽油机。美国生产游梁式抽油机的公司有十几家，品种、型式繁多，有前置式和偏置式。此外，法国、俄罗斯、罗马尼亚等国均有生产多种抽油机的厂家[1]。我国的游梁式抽油机的制造已有几十年历史，特别是从80年代开始自行设计以来，逐步实现国产化，不仅自给，还部分出口。目前，我国己有兰石、兰通、宝鸡等三十多家制造厂。抽油机发展趋势主要有以下几个方向:（1）朝着大型化方向发展随着世界油气资源的不断开发，开采油层深度逐年增加，石油含水量也不断增加，采用大泵提液采油工艺和开采稠油等，都要求采用大型抽油机。所以近几年来，国外出现了许多大载荷抽油机，例如前置式气平衡抽油机最大载荷13KN、气囊平衡抽油机最大载荷27KN等，将来会有更大载荷抽油机出现。采用长冲程抽油方式，抽油效率高、抽油机寿命长、动载小、排量稳定，具有较好的经济效益。如法国MaPe公司抽油机，最大冲程10米，WGCO公司抽油机最大冲程24.38米。（2）朝着低能耗方向发展为减少能耗，提高经济效益，近年来国外研制与应用了许多节能型抽油机。如异相型抽油机节电15%—35%,前置式抽油机节电36%、前置式气平衡抽油机节电35%、车轮式抽油机节电30%—40%、大圈式抽油机节电30%。（3）朝着精确平衡发展近年来国外很重视改进和提高抽油机的平衡效果，使抽油机更精确平衡。例如变平衡力矩抽油机，可使上冲程平衡力矩大于下冲程力矩。前置式气平衡抽油机，可以在动态下调节气平衡，平衡效果较好。自动平衡机可以保证在上下冲程每一瞬间得到较精确平衡。（4）朝着高适应性方向发展现在抽油机应具备较高的适应性，以便拓宽使用范围。例如，适应各种自然地理和地质构造条件抽油的需要；适应各种成分石油抽汲的需要；适应各种类型油井抽汲的需要；适应深井抽汲的需要；适应长冲程的需要；适应节电的需要；适应精确平衡的需要；适应无电源和间歇抽汲的需要；适应优化抽油的需要等。（5）朝着长冲程无游梁抽油机方向发展近年来国内外研制与应用了多种类型的长冲程抽油机，其中包括增大冲程游梁抽油机，增大冲程无游梁抽油机和长冲程无游梁抽油机。实践与理论表明，增大冲程无游梁抽油机是增大冲程抽油机的发展方向，长冲程无游梁抽油机是长冲程抽油机发展方向。（6）朝着自动化和智能化方向发展近年来，抽油机技术发展的显著标志是自动化和智能化。BAKER提升系统公司、DELTA-X公司、APS公司等研制了自动化抽油机，具有保护和报警功能，实时测得油井运动参数及时显示与记录，并通过进行综合计算分析，推导出最优工况参数，进一步指导抽油机最优工况抽油。NSCO公司智能抽油机，采用微处理机和自适应电子控制器进行控制与监测，具有抽油效率高，节电、功能多、安全可靠、经济性好、适应性强等优点。根据国内外研究发展现状，有杆抽油系统数值模拟的发展方向是:(1)系统化全参数。有杆抽油系统是一个强藕合的非线性系统，任何参数的取舍都影响模拟的精度和实用性;(2)数字信息化。有杆抽油系统的井下供液是一个动态系统，从而造成有杆抽油系统随时间不断变化，系统模拟模型和边界条件也随之变化，模型和边界条件的变化和历史资料有关，同时也为后期工作提供信息;(3)物理实验和计算机模拟相结合。实际上许多参数理论方法难以得到，可以通过实验获取，建立实验和数值模拟混合模拟方法是当前复杂系统模拟的有效方法;(4)预测、优化设计系统;单纯的系统模拟不是模拟目的，它是认识系统的手段，设计系统真正使之在最佳经济技术工况下，获取最大的经济收益。1.3 本文的主要内容和研究重点本文在前人研究的基础上，利用大庆油田采油六厂的7口聚驱生产井的实测数据，以抽油机井系统效率的分级测试得到的系统效率为标准，对多种抽油机井系统效率计算方法中的常规计算方法、拟自喷井法、能量分析法、改进计算方法、泵效分析计算法、柱塞做功法、停开机法进行了实际验算；并且通过实际计算得到的数据，对上述几种计算方法进行了系统的分析、评价；依据各种计算方法中所得到的平均值，分析每种方法的特点，找出其误差存在的原因；结合现场生产的实际情况及每种方法所需参数获得的难易程度，优选出了一种适合聚驱油田现场实际应用并且较为精确、方便的有杆泵抽油系统效率计算方法。本文研究的重点在于研究影响抽油机系统效率的主要因素，对多种抽油机井系统效率计算方法进行列举，提出提高效率的对策以及优选出适合聚驱油田现场实际应用的有杆泵抽油系统效率计算方法。
聚驱油田有杆泵抽油系统效率计算方法研究第2章 有杆泵抽油系统介绍2.1 有杆泵的系统构造有杆泵抽油井的系统组成，是以抽油机、抽油杆和抽油泵“三抽”设备为主的有杆抽油系统。其工作过程是：由动力机经传动皮带将高速的旋转运动传递给减速箱，经三轴二级减速后，再由曲柄连杆机构将旋转运动变为游梁的上、下摆动，挂在驴头上的悬绳器通过抽油杆带动抽油泵柱塞做上、下往复运动，从而将原油抽汲至地面[2]。2.1.1 抽油机抽油机是有杆泵抽油系统的主要地面设备，按是否有游梁，可将其分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。游梁式抽油机是通过游梁与曲柄连杆机构将曲柄的圆周运动转变为驴头的上、下摆动。按结构不同可将其分为常规型和前置型两类。 常规型游梁式抽油机是目前矿场上使用最为普遍的抽油机，其特点是支架在驴头和曲柄连杆之间，上、下冲程时间相等。 前置型游梁式抽油机的减速箱在支架的前面，缩短了游梁的长度，使得抽油机的规格尺寸大为减小，并且由于支点前移，使上、下冲程时间不等，从而降低了上冲程的运行速度、加速度和动载荷以及减速箱的最大扭矩和需要的电机功率。 为了提高冲程、节约能源及改善抽油机的结构特性和受力状态，国内外还出现了许多变形抽油机，如异相型、旋转驴头式、大轮式以及六杆式双游梁等抽油机。 为了减轻抽油机重量，扩大设备的使用范围以及改善其技术经济指标，国内外研制了许多不同类型的无游梁式抽油机。其主要特点多为长冲程低冲次，适合于深井和稠油井采油。目前，无游梁式抽油机主要有：链条式、增距式和宽带式抽油机。2.1.2 抽油泵抽油泵是有杆泵抽油系统中的主要设备，主要由工作筒(外筒和衬套)、活(柱)塞及阀(游动阀和固定阀)组成。游动阀又称为排出阀；固定阀又称为吸入阀。抽油泵按其结构不同可分为管式泵和杆式泵。管式泵是把外筒和衬套在地面组装好后，接在油管下部先下入井内，然后投入固定阀，最后把活塞接在抽油杆柱下端下入泵筒内。其特点是： 结构简单、成本低；在相同油管直径下允许下入的泵径较杆式泵大，因而排量较大；检泵时需起出油管，修井工作量大。因此，管式泵适用于下泵深度不大、产量较高的井。杆式泵是整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱的下端，整体通过油管下入井内，由预先安装在油管预定位置上的卡簧固定在油管上。其特点是： 检泵不需起出油管，检泵方便；结构复杂，制造成本高；在相同油管直径下允许下入的泵径比管式泵小，故排量较小。因此，杆式泵适用于下泵深度较大，但产量较低的井。 由于井液性质的复杂性，对泵往往有特殊要求，因此，从用途上又可将抽油泵分为常规泵和特种泵。特种泵主要有防砂泵、防气泵、抽稠泵、分抽混出泵和双作用泵以及各种组合泵。2.1.3 光杆与抽油杆 光杆主要用于联接驴头钢丝绳与井下抽油杆，并同井口盘根盒配合密封井口。因此，对其强度和表面光洁度要求较高。光杆分为普通型和一端镦粗型两种：普通型光杆两端可互换，当一端磨损后可换另一端使用；一端镦粗型光杆联接性能好，但两端不能互换。 常用的抽油杆主要有普通抽油杆、玻璃纤维抽油杆和空心抽油杆三种类型。 普通型抽油杆的特点是：结构简单、制造容易、成本低；直径小，有利于在油管中上下运行。因此，它主要用于常规有杆泵抽油方式。 玻璃纤维抽油杆的主要特点是：耐腐蚀，有利于延长寿命；重量轻，有利于降低抽油机悬点载荷和节约能量；弹性模量小，可实现超冲程，有利于提高泵效。 空心抽油杆由空心圆管制成，成本较高，它可用于热油循环和热电缆加热等特殊抽油工艺，也可以通过空心通道向井内添加化学药剂。适用于高含蜡、高凝固点的稠油井。 此外，还有连续杆、钢丝绳杆、不锈钢杆以及非金属带状杆等特殊用途的抽油杆。2.2 有杆泵抽油系统的耗能情况分析在有杆泵抽油系统的能量消耗中,一部分做有用功,另一部分转化成热能等其他能量散失而做无用功。从能量消耗区域分,系统的能量消耗可以分成两个部分,一个是地面能量消耗,另一个是地下能量消耗。以抽油机悬点把这一子系统分割成地面与地下两个部分[4]。2.2.1 地面能量消耗2.2.1.1 电机耗能电机是系统中重要的能量转换装置,电机耗能为电机输入能量与输出能量之差,为无用功。它包括电机的铁耗、铜耗、风摩耗、杂耗以及散入电网的部分能量。电机的机电转换效率为电机输出功与电机输入功之比。2.2.1.2 机械传动能耗这部分能耗均为无用功。其所散失的能量主要变成了热能和声能。常规抽油机传动部分主要包括皮带轮、传动箱齿轮(3副)、传动箱轴承(3副)、四连杆机构(3副轴承)以及钢丝绳。这部分能耗的大小除与其传动效率有关外,主要与悬点负荷及抽油杆速度有关。2.2.2 井下能量消耗2.2.2.1 盘根盆与抽油杆之间摩擦形成的能耗这部分能耗为无用功,能量散失主要是因摩擦而使机械能转换成热能引起的消耗。2.2.2.2 抽油杆及油管的能耗包括杆管磨擦造成的能耗、弹性变形造成的能耗和振动造成的能耗,均为无用功,这些能量绝大部分转变成热能,少部分转变成声能。2.2.2.3 抽油泵的能耗主要包括衬套与柱塞之间的磨擦造成的能耗、漏失造成的能耗和泵阀水力损失造成的能耗。在现场漏失所造成的能耗所占的比例最大。漏失部分的能量损失相当于液体进入泵腔内所需能量与漏失量百分比之积。2.2.2.4 流体举升能耗这部分能耗主要有三个部分,包括液体由泵入口至井口增加的势能,在计算系统效率时通常把被举升液体由动液面高度及井口套压折算成液柱高度之和的高度至井口部分所增加的势能与井口油压之和视为算式的分子,这部分为有用功;流体流动阻力形成的能耗及流体温度降低造成的能耗为无用功[3]
聚驱油田有杆泵抽油系统效率计算方法研究第3章 有杆泵抽油系统效率分级测试方法3.1 总效率的分级3.1.1 总效率的分级 （3-1）3.1.2 地面效率的分级 （3-2）式中 为有效载荷系数； 为抽油机一深井泵装置地面效率； 为电动机效率； 为皮带减速箱效率； 为四连杆机构效率。3.1.3 井下效率的分级 （3-3）式中 为抽油机一深井泵装置井下效率； 为盘根盒效率； 为抽油杆效率； 为深井泵效率； 为油管柱效率。于是系统总效率可由下式表达 （3-4）3.1.4 能量平衡方程由根据能量平衡方程式可知，任意一个部件的能量平衡方程式为： （3-5）式中： ——任意一个部件输入功率， ——任意一个部件输出功率， ——任意一个部件能量损失，所以，其效率表达式为： （3-6）由以上可知，只要知道某一部件的输入能量、输出能量或能量损失，便可得知该部件的效率 。3.2 系统效率测试原理与测试方法目前现场应用的公式不够精确，要想获得精确的计算结果，需要进行现场实测。3.2.1 分级效率测试的布点分析3.2.1.1 布点分析
图3-1 分级效率测试布点简图为了测试抽油机—深井泵装置系统的总效率与各分效率，可在此系
图3-1 分级效率测试布点简图
为了测试抽油机—深井泵装置系统的总效率与各分效率，可在此系统布点9点处，如图所示（图3-1），测点1位于电动机动力输入处，测量有关电机参数，以计算驱动抽油机的电机实耗电量（输入能量）。使用有功电度表—秒表法可确定电动机的输入功率 ，即 。此外，还可测输入的电流电压及电机功率因数。用抽油机上、下冲程的最小电流与最大电流之比，可确定抽油机的平衡度，使抽油机平衡的目的是使电机负荷尽可能达到均匀，以便减少耗电量，功率因数可直观的体现电机的有功功率。测试点2是电动机的输出轴，测试电动机输出轴的扭矩与转数，以计算电动机的输出功率。测试点3是减速箱输出轴，测试其扭矩与转速，以计算减速箱输出功率。测试点4位于悬绳器处，在该处用动力示功仪可测得光杆示功图（光杆载荷与位移关系曲线）。根据所测示功图的面积、力比、减程比，可求得光杆功率。测试点5是深井泵，在它的吸入口和排出口分别安装振弦压力计，测试深井泵吸入口和排出口压力，以计算深井泵输出功率。测试点6、7、8是管柱结构。测试点9位于井口处，测试油井动液面、油压、套管压力和油井产液量，以计算有效功率，油井动液面用动力回声仪测量，此处由于井筒内泡沫段可造成假液面现象，因而测试易产生误差。3.2.1.2特殊模拟测试根据以上测试点5、6、7、8所得到的数据，可分别求得深井泵输出功率和整个系统的有效功率。因而，由全部9个测试点可确定出6部分的功率。显然，用6部分功率来求抽油机井的系统的7个部分效率是不可能的。因为井口盘根盒的耗功及井下抽油杆的耗功还没有确定，即四连杆机构经油杆在油管中往复运动损失的功率。现场对这两种功率的测试有较大困难，因而采用模拟测试的方法来解决。（1）盘根盒耗功测试盘根盒的耗功测试是在实验室进行的，实验装置图如下（图3-2）：用一根短管把两个盘根盒连接起来，管上安装有压力管通过油泵，用油泵对盘根盒进行加压，压力可由压力表读出。光杆上贴有电阻应变片。通过电阻应变片测出光杆拉力。光杆以1m/s的速度运动，盘根盒耗功可用下式计算： = /(2×102) （3-7） 式中： ——光杆拉力，kg•f； ——光杆运动速度，m/s；图3-2、盘根盒耗功测试装置简图
图3-2、盘根盒耗功测试装置简图显然，测出光杆拉力 ，即可算出盘根盒的耗功 ，而盘根盒的输出功率为： = － （3-8）（2）抽油机耗功测试 抽油杆在油管中往复运动，与油管、液体之间都有摩擦，其损失功率为 。 在没有井下示功仪的情况下，可采用下面方法来测试抽油杆耗功。A、测试抽油机（CYJ10—3—26B）在地面吊重情况下的耗功 当驴头吊重分别为2.65t、4.48t和6.17t时，用三相四线有功电度表分别测出其耗功 、 、 ，这样可画出吊重与耗功的关系曲线，即W - 曲线（图3-3），利用上述曲线，可查得抽油机在不同驴头悬点载荷下地面部分耗功 。B、测试在深井泵不装游动阀和盘根盒松开时抽油杆在油管中的功率耗功 。测试时，深井泵不装游动阀，同时将盘根盒松开，抽油机在n=9min ,s=2.622min 工况下运转，测试其耗功 。同时测试示功图，用示功图可算出此时驴头悬点平均载荷w ，利用图2.3即可查出载荷为w 时抽油机地面部分耗功，则抽油杆耗功为： = － （3-9） 图3-3、吊重与耗功曲线图3.2.2 抽油机井的系统效率的计算式3.2.2.1电机运行效率 电机平均输入功率（系统输入功率） ，测试采用的电度表—秒表法进行测取(图3-4）。抽油机运转时测取电度表所转圈数和所用时间，则电机平均输入功率为： =3600 /( ) （3-10）式中： ——电动机输入功率，kW；np——电度表所转圈数，r； ——电流互感器变比； Np——耗电1kwh电度表所转圈数，r/kW•h； ——电度表转圈所用的时间，s；电机输出功率 的测试是通过在电机输出轴上贴电阻应变片，经集流环和动应变仪及光线示波器将电机轴的应变轴的数据记录下来,并由转速仪测试电机实际运行转速，则电机平均输出扭矩和功率为： = /(1+ ) / /64 （3-11）式中： ——电机平均输出扭矩，N•m； ——电机轴弹性模量； ——电机轴泊松比； ——电机轴直径，m； ——电机轴实测平均应变值； = /9550 （3-12）式中： ——电机输出功率，kW； ——电动机平均转速，r/min；有了电机输入输出功率，即可得到电机的运行功率： （3-13）图3-4、电度表接线图
图3-4 电度表接线图
3.2.2.2 皮带-减速箱效率
聚驱油田有杆泵抽油系统效率计算方法研究电机的输出功率 ，即为皮带-减速箱的输入功率。皮带-减速箱装置输出功率的测试与电机输出功率的测试方法相同。在减速箱输出轴上贴有电阻应变片。用集流环、动态应变仪和示波器记录输出轴的应变值，输出轴的实际转数即为抽油机的冲程数，得到以上各参数，应用下面的公式可得： = /(1+ ) /64 （3-14） = × （3-15）式中： ——减速箱的平均输出扭矩，N•m； ——减速箱输出轴直径，m； ——减速箱输出轴平均转速，r/min； ——减速箱输出数轴实测平均应变值由以上公式可得到皮带-减速箱效率为： （3-16）3.2.2.3 四连杆机构效率 四连杆机构的输入功率即减速箱的输出功率 ，因而只需求四连杆机构的输出功率便可得到 。光杆功率的测量是在抽油机悬绳器处安装动力示功仪，测得示功图，则光杆功率可又下式计算： = /（6×10 ） （3-17）式中： ——光杆功率，即抽油机四连杆机构输出功率kW； ——示功图面积，m ； Sd——示功图减程比，m/mm； Fd——示功图力比，N/mm； ——光杆平均冲次，min ；由此可得四连杆机构的效率： （3-18）盘根盒耗功实验前面已经详细介绍，在此我们使用已有的结论，其耗功为： = /(2×102) （3-19）显然，测出光杆拉力，即可以得到盘根盒的输出功率： = － （3-20）式中： ——盘根盒输出功率kW则盘根盒效率为： （3-21）3.2.2.4 抽油杆效率 由特殊模拟中介绍的抽油杆耗功实验可知抽油杆耗功为吊重耗功与无游动阀耗功之差，即： = － （3-22）抽油杆的输出功率为： = - （3-23）抽油杆效率为： （3-24）3.2.2.5 深井泵效率 在深井泵的吸入阀和排出阀分别装振弦压力计测取吸入口和排出口压力。同时计算产液量 ，油管不漏的情况可认为 与实际产量 相同，深井泵挂长度为已知参数，则深井泵的有效功率： = g/86400 （3-25） = +1000( － )/ g （3-26）式中： ——深井泵有效功率，kW； Z——深井泵扬程，m； ——深井泵实际产量，m /d； ——液体密度，t/m ； g——重力加速度，m/s ； Hps——深井泵挂长度，m； P排——深井泵排出口的压力，MPa； P吸——深井泵吸入口的压力，MPa；深井泵效率为： （3-27）3.2.2.6 井下管柱效率 首先测定抽油机—深井泵装置的有效功率 。使用双频道回声仪测取井下动液面深度Hd，同时计算油井产液量Q，测取油井油压和套压，得到抽油机—深井泵装置的有效功率： = g/86400 （3-28） = +10 ( - )/ /g （3-29）式中： ——抽油机-深井泵装置的有效功率，kW ； ——深井泵有效举升液体高度，m； ——油井实际产液量，m /d； ——液体密度，t/m ； g——重力加速度，m/s ； Hd——油井动液面深度，m； Pt——油井油压，MPa ； Pc——油井套管压力，MPa；井下管柱效率为：
聚驱油田有杆泵抽油系统效率计算方法研究第4章 有杆泵抽油系统效率的影响因素分析4. 1 有杆泵抽油系统效率的现状抽油机系统效率是衡量抽油机井能耗的重要指标,也是一项综合性计算指标,它涉及到日产液量、动液面深度、油压、套压和耗电量(电流、电压、有效功率)等多项参数。在抽油机稳态工作条件下,对文留油区的63口抽油机井进行了摸底测试。测试方法采用石油天然气行业标准SY/T5266-1996《机械采油井系统效率测试方法》中的简便测试计算方法。测点布置与仪表连接如图4-1所示。测试参数主要有:电动机平均输入功率、抽油机平衡度、光杆功率、有效功率等。 图4—l抽油机井系统效率测试布点位置示意图测试是在正常生产、常规管理、未上任何措施的前提下进行的。被测油井的井况、系统组成、技术装备和管理水平具有一定的代表性。被测井的平均系统效率约为13.6%,比大庆油田空白测试的平均系统效率(18.11%)低约4.15个百分点。分析原因,差别在3个方面:第一是单井平均产液量低,所测63口井的单井平均产液量为16.89t/d,而大庆为42.9t/d;第二是平均泵挂深度大,所测井中平均泵挂深度为1928m,而大庆为957m,相差971m;第三是平均泵径小,所测平均泵径为41mm,而大庆为57.09mm。统计表明,单井系统效率小于2%的有11口井,占被测井数的17%,单井系统效率大于2%且小于10%的有30口井,占被测井数的48%,单井系统效率在10%～20%的有15口井,占被测井数的24%,单井系统效率大于20%的井仅有7口,占被测井数的11%。4. 2 影响有杆泵抽油系统效率主要因素4.2.1 泵况差(泵漏失、断杆、供液不足)对系统效率的影响常规计算公式为： （4-1）H=Hd+ （4-2）从常规式可以看出:系统效率与产液量、举升高度乘积成正比,与消耗功率成反比。一般地,产液量高、动液面深、举升高度大,系统效率越高;反之产液量低、动液面浅、举升高度小,系统效率越低。泵况较差(即泵严重漏失时)将导致产液下降,动液面上升,功率加权值小;供液不足时,产量低,动液面深,都会使QH乘积小,即功率加权值小,导致系统效率低[6]。例如G井, CYJ10—3—37HB型节能抽油机,由于泵漏失使液面上升至103.4m,举升高度为86.95m,消耗功率7.889kW•h,日产液31t,功率加权值较小为30.59,系统效率为3.88%。H井, CYJY10—3—37HB型节能抽油机,由于该井供液不足,日产液3t,动液面978.68m,消耗功率7.52kW•h,功率加权值为36.62,系统效率为4.31%。4.2.2 节能型抽油机对系统效率的影响不同型号抽油机消耗功率不同,系统效率也不同;相同型号的抽油机消耗功率不同,系统效率也不同。但在同一口井,同样产液情况下,节能型抽油机一般都比普通型抽油机消耗功率低,系统效率较高;产能相近的同型抽油机,如具备节能配电箱及无功补偿配件等,系统效率相对较高,一般可提高近5个百分点[14]。4.2.3 结蜡严重的井对系统效率的影响油井结蜡可造成游动凡尔和固定凡尔不严,失灵,甚至堵塞油管液流通道,严重时造成油井产液量下降,使抽油机上、下载荷增加,耗电量增大,这样,液量减少,动液面上升,消耗功率较大,系统效率较低。S井,功图反映受结蜡影响严重,产液14t,消耗电量18.13kW•h,系统效率为6.72%。4.2.4 抽油机井工作参数不匹配对系统效率的影响抽油机井参数的设置,要根据油井的产能和合理的流压,使泵排量、举升能力与油井产能、流压相协调,从而使机采井在合理工况下稳定生产。抽油机井工作参数不匹配,造成大马拉小车的现象,都会使耗电量增加,油井产能受到抑制,举升高度小,系统效率较低[8]。4.2.5 操作方法对系统效率的影响操作中要注意两个方面:一是被测电压输入必须正确,红、黄、蓝三色夹必须接三个相线上,黑色夹必须接地;二是被测电流信号必须正确,三个钳型表有标签面必须背对电机或电流方向与钳型表箭头方向一致,且与三个电压(红、黄、蓝)夹一一对应,如果接地不好,或相位不对应,都会使消耗功率变小,影响系统效率[13]。4.2.6 仪器故障对系统效率的影响由于仪器内部都是高精度的电压互感器、电流互感器,它们对测试的电压和电流信号进行数据采集,同时采用先进的工频过零技术,完成对电压与电流之间的相位角的测量,提高整机测试水平,但时间过长,都会使仪器损坏。仪器损坏可导致耗能升高,影响系统效率[9]。4.2.7抽油机井平衡问题,皮带松紧度、盘根质量等其他问题也不同程度地影响系统效率通过对抽油机井系统效率的分析发现,不平衡抽油机在调整后,日节电最多可达12%,因此必须提高生产管理水平,从而提高系统效率[12]。4.3 解决的对策及建议4.3.1 相关的建议（1）针对目前液面在井口井的系统效率较低,甚至有时出现负值的情况,建议用新方法计算系统效率,理论分析和实例表明,该方法是正确的。（2）从抽油机井系统效率影响因素分析中可以初步摸索出提高采油井系统效率的方法。（3）必须降低功率损耗,可采用加装电容等措施。（4）提高泵质量,减少漏失对系统效率的影响[9]。（5）合理选井、选泵,使泵工作在合理区域。（6）加强管理,及时洗井、清蜡、加药,降低功率损耗[15]。（7）提高减速箱润滑质量,皮带和盘根质量,以提高传动效率[16]。（8）合理选择电机,避免大马拉小车的现象[17]。综上所述,系统效率是节能降耗的重要参数。
4.3.2 解决的对策:系统效率是节能降耗的重要参数,提高系统效率必须从节能管理入手,可采取如下对策: （1）加强现场资料录取和系统效率分析工作,严格执行测试标准,对抽油机井系统效率影响因素及时分析,及时采取对策,提高生产管理水平[18，19]。（2）通过调整或关闭低产低效井,发现有14口井含水100%, 9口井产液为零，既浪费了大量的电力资源,又增加了管理难度,对其中21口井实施关井治理。电机总容量为1038kW,平均日节电0.69×104kW•h。（3）对低产低效井实行间抽。对于有一定供液能力的低产井,可采取间抽措施，共实施28口,平均日节电0.8×104kW•h,其中6口井实施间抽,系统效率提高近2%。（4）合理降低生产参数,使抽汲参数匹配合理。共实施检换小泵37口,调小参数90口,平均单井系统效率提高近5个百分点。（5）调整不合理电机。经调查,抽油机井“大马拉小车”的现象仍然存在,因此给这部分井更换了小功率电机[20]。据统计,更换21台电机,平均日节电0•9×104kW•h,系统效率提高近4%。
聚驱油田有杆泵抽油系统效率计算方法研究第五章 有杆泵抽油系统效率计算方法的选用及分析5.1 常规法常规法是现场应用最广泛的一种方法，其测试方法比较简单。计算公式为： （5-1） （5-2）式中： ——抽油机井的系统效率，%； ——地面部分效率，%； ——井下部分效率，%； N光——光杆功率，kW； N电——电网平均输给电机功率，kW； N总出——实际输出的有效功，kW； N地层——地层能量所做的功，kW； Qc——油井实际产液量，t/d； Pt——油井油压，MPa； Pc——油井套管的压力，MPa； ——油管内混合液体密度，㎏/m ； H效——深井泵有效举升液体高度，m； Hd——油井动液面高度，m；常规法测试时，用三相有功电度表—秒表完成平均有功功率的计量，可计算出系统的日耗电量 ,用双声道回声仪或其他仪器测动液面Hd，通过油压、套管压力表读出的油压、套压，可计算出举升高度H效，通过产量装置测量出产液量，并将其折算为日产液量Q，取油样测定含水率，这样就可以得出系统效率。常规法对纯油井的误差较小，而对于带喷井误差较大，这是因为常规法公式来源于力学中的连通器原理，而油管中流体的力学问题属于动力学范畴。
5.2 停开机法针对常规方法计算抽油机井的系统效率出现“负值井”现象的问题，停开机法不失为一种有效的方法。停开机法对油井动液面位置、油压、套管压力的大小没有特定的要求，其公式具有普遍使用性，但要求停升机时油井能自喷，否则停升机法就不适用了。根据能量守恒原理，忽略套管中的气体重度，得到以下方程：停机时：套管中 （5-3）油管中 （5-4）开机时：套管中 （5-5）油管中 （5-6） 所以， （5-7） （5-8） （5-9） （5-10）利用上式，可以得到： （5-11）式中 为泵的上下端压差，可将泵看作是一个增压器。能量供给与消耗的结构分析如下：（5-4）式等号左边是自喷时地层提供的能量，（5-6）式等号左边是升机时地层和抽油机共同提供的能量。两式等号右边第1项是实际举升液体高度所需要的能量；第2项是剩余压能；第3项表示克服摩擦阻力所消耗的能量。所以，这两个公式可以统一为： 输入能量=实际举升液体所需要能量＋剩余能量＋能量耗散因为剩余能量属于输出能量范畴，可以归成一项，即 输入能量=输出能量＋能量耗散 输出能量=有效举升液体所需要能量 （5-12）由此，可得到油井自喷时有效举升液体高度的公式： （5-13） （5-14）如果认为抽油机有效举升液体高度是开机时举升液体高度与停机时举升液体高度之差，这样就产生了错误的对比。因为这两种情况下产量一般不等，流压也不等，当然地层的举升液体能力也不相同。如果在开机时提高油压，抽油机的有效功转为增加油压，而产液量没有变化，则下式成立 （5-15）将能量分布的结构分析应用到（4-13）式，可以得到抽油机单独工作时的输出能量及有效举升液体高度， 输入能量 =输出能量+能量消耗 （5-16） （5-17）将所求抽油机井的有效举升液体高度 乘以开机时产液量就是水功率。各符号的意义如下：H举——有效举升液体高度，m；Pt——油井油压，MPa；Pc——油井套管压力，MPa；Pl——管鞋压力，MPa； ——油管、油套环空中液体密度，㎏/m ；H动——动液面高度，m； ——摩擦阻力所耗压能，MPa； ——油管长度，m；5.3 能量分析法5.3.1 能量分析抽油机井能量有两部分构成，一是电能。它由电网提供，通过电动机、抽油杆、抽油泵进行传递。二是地层能量。它是一种复合能量，其构成相当复杂，有注水提供的能量，有地层的弹性能量，溶解气的膨胀能量等。这种能量的直观反映是地层的压力的大小。下面将各个部分能量逐一分析。（1）电能电网给抽油机提供电能，其直观反映为电动机输入的有用功。在生产实际中一般采用三相三线制测功仪或两瓦特计法实测。在抽油机井中，电能克服地面设备及井筒的各种能量损耗通过抽油杆把能量传给抽油泵，即： （5-18）式中： ——电动机、抽油机的能耗，kW； ——井筒中的耗能，kW； ——电能传递到抽油泵上的能量，kW； （2）地层能量 通过文献资料知道，地层总能量为： （5-19）式中： ——地层总能量，kW； PH——油层压力，kW； ——油井日产量，kW； 由于地层性的差异，油井不完善性及流体流动阻力的影响，地层能量传递到抽油泵入口时，其能量减小为： （5-20） （5-21） （5-22）式中： ——地层能量损耗，kW； ——泵口底层剩余能量，kW； Pf——泵入口压力，MPa； Pc——油井套压，MPa； Hp——下泵深度，m； Hd——动液面深度，m； ——原油密度, t/m3； （3）油井总能量为了把一定量的流体（油、气、水）从井底采到地面，由电能和地层能量叠加提供所需的能量，以泵入口为参考点，则有： （5-23） （5-24） （5-25）式中： ——液体被举升到地面的能量损耗，kW； Pt ——井口油压，MPa； ——混合液体重度, N/m3； ——含水率，%； ——水的重度，N/m3； ——原油重度，N/m3； Q实 ——日产液量，t/d；
聚驱油田有杆泵抽油系统效率计算方法研究将（5-18）、（5-20）式代入（5-22）式，并设 ， 为油井泵入口以上总能量损耗，则有： （5-26）上式为抽油机井依靠电能和地层能量把一定重量的液体举升到地面的能量平衡方程式。5.3.2 能量分析法的系统效率计算公式将（5-26）式移项后把（5-23）代入得： （5-27）令 则（5-26）式为： （5-28）所以系统效率为： （5-29）此式是常用的计算抽油机井系统效率的公式。由（5-27）式和（5-29）式可看出，抽油机井系统效率只能为正或零，不可能为负值。5.4 改进计算方法根据井下效率的定义，如果无地层能量，即泵吸入口的压力等于零，井下效率的定义式应为： = / （5-30）式中： ——井下效率，%； ——没有地层能量时井下输出有效能量所做的功，kW；实际上，地层能量并不等于零，地层能量要克服部分井下损耗和一定重量液体举升到一定高度而做功。当有地层能量时，N光小于实际输入井下的能量所作的功， 也小于实际井下输出能量所做的有效功。对于纯的抽油井来说,如果把地层输入能量所做的功也认为是在井口输入井下的能量所做的功，并且仍然认为泵吸入口的压力等于零，则井下效率为： = / （5-31）式中： ——对纯的抽油井，假设把地层输入能量认为是井口输入井下的能量并且认为泵吸入口的压力等于零时，井下输出能量所做的有用功，kW； ——对纯的抽油井，假设把地层输入能量认为是井口输入井下的能量时，井口输入井下的总能量所作的功，kW； = 10 /102/86400 （5-32） = ＋100 / （5-33）式中：L——折算有效举液高度，m；H——下泵深度，m； = ＋ /102/86400 （5-34） =( － ) / ＋100× / （5-35）式中：hs——折算沉没度，m；Hd——动液面深度，m； ——油套环空液体重度，N/m ； = /60 [( － ) ( － ) /10 ] （5-36）式中： ——抽油机冲次，min ； ——减程比，m/m ；m ——示功图划分成个单元；( － )——示功图第m个单元厚度，mm； ——力比，N/mm；( － )——示功图第m个单元长度，mm；光杆功率所做的功等于假设把地层能量认为是输入井下的能量加上所做的有效输出功减去停抽后井下输出能量作的有效功。因此，井下效率： =( － )1000/(102 86400 ) （5-37）抽油机井效率： = / [ ×10 /102/86400]/[ ＋ ×10 /102/86400] （5-38） =( － ) / ＋100 /[ × (-4)] （5-39）式中：Q喷——停抽后自喷产液量，t/d；Hd ——停抽后动液面深度，m；hs ——停抽后折算沉没度，m；Pc ——停抽后的套管压力，MPa；
5.5 泵效分析计算法 针对油田抽油机井所选取的不同型号的抽油泵，对抽油系统效率的影响也不相同。如果知道现场抽油泵的一些基本数据。可以考虑用本方法计算抽油机系统效率。系统效率的基本公式如下： = （5-40）W = （取 电机=0.9； 抽=0.8） （5-41）光杆功率可由下式计算： （5-42）所以：W= （5-43）将其代入（5-42）式，由于 = ，故有： = （5-44）又因为：Q理=1440APSn=1440 Sn=360 Sn （5-45）所以： = （5-46）代入式子（5-44）得 = （5-47） = （5-48）式中： ——抽油机系统效率；Hp——举液高度；qc——油井实际产量；Hp——下泵深度； ——油管直径；dp ——泵径；d ——抽油杆直径；S ——冲程；n ——冲次；5.6 拟自喷井法假设抽油机井产液量为 ，油压为Pt，套管压力Pc，当产液量确定后，根据IPR曲线可确定流压Pwf。假想有一口自喷井，其产液量、油压、套管压力等与上面抽油井相同，按系统的能量分布结构，研究以上油井能量关系，导出假想自喷井的实际举升液体高度[11]。通常，输入能量=实际举升液体高度所需能量+剩余能量+耗散能量因为剩余能量可归到输出能量中，所以，输入能量=输出能量+耗散能量对自喷井有以下关系式：套管中： =( － ) ＋ （5-49）油管中： = ＋ ＋ （5-50）所以： =[( － ) ＋ ＋ ]/( ＋ ) （5-51）式中： L自——假想自喷井油管长度，即假想自喷井实际举升液体高度m； ——油管长度，m； Hd——动液面深度，m； ——油套环中空的液柱密度，g/m ； Pc——油井套管压力，MPa； Pt——油井油压，MPa； ——油管内液柱密度，g/m ； ——油管单位长度上摩擦阻力造成的压降损失 ，即平均摩擦密度抽油机井的能量方程为：套管中： =( － ) ＋ （5-52）油管中： ＋ = ＋ ＋ （5-53）
由以上两式：式中P为泵上、下压力差MPa。此时可以将泵看成是增压器，而抽油机举升液体高度由于：输出能量=( － ) = （5-55）所以： = － = －( － )[ /( ＋ )]＋( － )/( ＋ ) （5-56）令 = ＋ ， 表示油管中液体自重及摩擦对压力降的影响，为液体的视密度。则有： = －( － ) / ＋( － )/ （5-57）当压力单位为MPa,密度单位为g/m ，高度单位为m时，将上式的压力项乘以系数102，有： = －( － ) / ＋102 ( － )/ （5-58）上式中平均摩擦重度可由达西公式表示为： =( )/(2 ) （5-59）阻力系数 =64 / , = / 油管, 表示液体做复杂的间歇运动，使其流动阻力增加 倍。 =(32 )/(g ) （5-60）式中： = ＋ (1－ ) （5-61） = ＋ (1－ ) （5-62） =( / )/(24 3600 /4) （5-63）取 =2，有： =[ /(10390.8 )][ ＋ (1－ )] （5-64）式中： ——油井产液量，t/d； ——抽油杆与油管之间的等效半径，m；由上述公式即可求出抽油机有效举升液体高度 。抽油机系统效率公式： =9.8 /（986400 )
聚驱油田有杆泵抽油系统效率计算方法研究有杆泵抽油系统效率计算方法在聚驱油田的应用前一章对抽油机井系统效率各计算方法的介绍，我们对各种计算方法的原理、思路及优缺点已有了深入地了解，在本章，依据聚驱油田现场生产的实际条件，进行实例的计算。6.1计算所需要的参数各种抽油机井计算系统效率所需要的现场实测数据不同，因此计算抽油机井的系统效率需要的现场实测数据较多，统一列表如下：表6-1 抽油机井的系统效率计算所需测试参数及单位表测试参数及单位 测试参数及单位qc油井实际产液量 t/d A示功图面积 mm2Hd油井动液面高度 m N电电动机消耗功率 kWPt油井油压 MPa D油管直径 mmPc油井套压 MPa d抽油杆直径 mmHp下泵深度 m S冲程 mn冲次 1/MIN Hp实际举液高度 mL油管长度 m fw含水率 %Fd示工图力比 N/mm sd示功图减程比 m/mm泵径 mm 除了表中各参数外，还需要知道重力加速度g、原油密度 ，这些都是定值，可查阅有关资料得到。
6.2抽油机井效率的实际计算根据表5-1中所需的各参数，我们以大庆油田采油六厂具体的七口聚驱生产井为实例进行了计算。通过各种计算方法得到的结果来进行比较分析，从而通过分析得到最优的方法，用于实际生产中。由于各种方法需要大量的参数，计算方法也都不相同，为便于计算，因而使用了C语言编制了计算机软件对数据进行了处理，通过编程，上机调试，反复修改，得到了各种计算方法结果。计算所用各井实际生产参数及通过计算得到的最终结果见以下各表格[10]。6.2.1聚驱生产井数据及计算所得系统效率选取了采油六厂的七口聚驱生产井数据，应用四种计算方法进行了实际计算，结果如下：表6-2 0023412井抽油机测试参数表测试参数及单位 数值 测试参数及单位 数值qc油井实际产液量 t/d 36 A示功图面积 mm2 517.781Hd油井动液面高度 m 930.6 N电电动机消耗功率 kW 8.39Pt油井油压 MPa 0.38 D油管直径 mm 62Pc油井套压 MPa 0.9 d抽油杆直径 mm 22Hp下泵深度 m 981.35 S冲程 m 4.2n冲次 1/MIN 6 Hp实际举液高度 m 291.91L油管长度 m 981 fw含水率 % 93.8Fd示工图力比 N/mm 1750 sd示功图减程比 m/mm 0.02泵径 mm 55
表6-3 0023412井系统效率计算方法 常规法 能量分析法 改进算法 拟自喷井法 泵效法 测试法结果 % 32.1178 33.0607 28.8798 32.4650 41.6533 32.0368
表6-4 0053412井抽油机测试参数表测试参数及单位 数值 测试参数及单位 数值qc油井实际产液量 t/d 13 A示功图面积 mm2 517.781Hd油井动液面高度 m 719.4 N电电动机消耗功率 kW 8.39Pt油井油压 MPa 0.51 D油管直径 mm 62Pc油井套压 MPa 0.57 d抽油杆直径 mm 22Hp下泵深度 m 924.57 S冲程 m 4.2n冲次 1/MIN 6 Hp实际举液高度 m 291.91L油管长度 m 898 fw含水率 % 93.8Fd示工图力比 N/mm 1750 sd示功图减程比 m/mm 0.02泵径 mm 38
表6-5 0053412井系统效率计算方法 常规法 能量分析法 改进算法 拟自喷井法 泵效法 测试法结果 % 25.7263 26.6496 21.3594 26.2761 27.1859 25.5637 表6-6 0063401井抽油机测试参数表测试参数及单位 数值 测试参数及单位 数值qc油井实际产液量 t/d 73 A示功图面积 mm2 517.781Hd油井动液面高度 m 896.2 N电电动机消耗功率 kW 8.39Pt油井油压 MPa 0.36 D油管直径 mm 62Pc油井套压 MPa 0.65 d抽油杆直径 mm 22Hp下泵深度 m 1042.56 S冲程 m 4.2n冲次 1/MIN 3.5 Hp实际举液高度 m 291.91L油管长度 m 1042 fw含水率 % 93.8Fd示工图力比 N/mm 1750 sd示功图减程比 m/mm 0.02泵径 mm 55
表6-7 0063401井系统效率计算方法 常规法 能量分析法 改进算法 拟自喷井法 泵效法 测试法结果 % 26.5360 23.7233 27.0456 24.4299 30.6289 27.7666
表6-8 0063412井抽油机测试参数表测试参数及单位 数值 测试参数及单位 数值qc油井实际产液量 t/d 13 A示功图面积 mm2 517.781Hd油井动液面高度 m 729 N电电动机消耗功率 kW 8.39Pt油井油压 MPa 0.35 D油管直径 mm 62Pc油井套压 MPa 0 d抽油杆直径 mm 22Hp下泵深度 m 923.92 S冲程 m 4.2n冲次 1/MIN 5 Hp实际举液高度 m 291.91L油管长度 m 900 fw含水率 % 93.8Fd示工图力比 N/mm 1750 sd示功图减程比 m/mm 0.02泵径 mm 43
表6-9 0063412井系统效率计算方法 常规法 能量分析法 改进算法 拟自喷井法 泵效法 测试法结果 % 27.7232 28.6348 22.4421 28.2384 37.3578 27.4064
聚驱油田有杆泵抽油系统效率计算方法研究表6-10 063301井抽油机测试参数表测试参数及单位 数值 测试参数及单位 数值qc油井实际产液量 t/d 17 A示功图面积 mm2 517.781Hd油井动液面高度 m 943 N电电动机消耗功率 kW 8.39Pt油井油压 MPa 0.4 D油管直径 mm 62Pc油井套压 MPa 0.63 d抽油杆直径 mm 22Hp下泵深度 m 950.29 S冲程 m 4.2n冲次 1/MIN 5 Hp实际举液高度 m 291.91L油管长度 m 950 fw含水率 % 93.8Fd示工图力比 N/mm 1750 sd示功图减程比 m/mm 0.02泵径 mm 55
表6-11 063301井系统效率计算方法 常规法 能量分析法 改进算法 拟自喷井法 泵效法 测试法结果 % 27.3022 27.8855 29.2927 27.3259 33.5888 26.1944
表6-12 093242井抽油机测试参数表测试参数及单位 数值 测试参数及单位 数值qc油井实际产液量 t/d 14 A示功图面积 mm2 517.781Hd油井动液面高度 m 686 N电电动机消耗功率 kW 8.39Pt油井油压 MPa 0.47 D油管直径 mm 62Pc油井套压 MPa 1.22 d抽油杆直径 mm 22Hp下泵深度 m 1000.85 S冲程 m 4.2n冲次 1/MIN 4 Hp实际举液高度 m 291.91L油管长度 m 1000 fw含水率 % 93.8Fd示工图力比 N/mm 1750 sd示功图减程比 m/mm 0.02泵径 mm 55 表6-13 0093242井系统效率计算方法 常规法 能量分析法 改进算法 拟自喷井法 泵效法 测试法结果 % 25.4159 26.8062 31.4268 26.5339 36.6655 25.1997
表6-14 0022912井抽油机测试参数表测试参数及单位 数值 测试参数及单位 数值qc油井实际产液量 t/d 102 A示功图面积 mm2 517.781Hd油井动液面高度 m 302.2 N电电动机消耗功率 kW 8.39Pt油井油压 MPa 0.36 D油管直径 mm 62Pc油井套压 MPa 0.46 d抽油杆直径 mm 22Hp下泵深度 m 1002 S冲程 m 4.2n冲次 1/MIN 7 Hp实际举液高度 m 291.91L油管长度 m 1002 fw含水率 % 93.8Fd示工图力比 N/mm 1750 sd示功图减程比 m/mm 0.02泵径 mm 55
表6-15 0022912井系统效率计算方法 常规法 能量分析法 改进算法 拟自喷井法 泵效法 测试法结果 % 30.2693 34.1469 33.1302 29.8468 32.9605 29.9033
聚驱油田有杆泵抽油系统效率计算方法研究有杆泵抽油系统效率计算方法的评价和优选7.1 有杆泵抽油系统效率计算方法的理论评价7.1.1 分级测试方法这种方法是关于抽油机井系统效率的测试方法。这种测试方法适用于现场所应用的各种型号的有杆泵抽油机井的系统的总效率和各分级效率的测试，其测试结果可靠、准确。因为抽油机井的系统的总效率是各分级效率之积，所以系统效率受到各分级效率的影响。如果我们能在关键点测量或计算出其耗功及其效率，就可以查找和确定能量损失的部位和数量，我们则可以有针对性地对抽油机井进行检修、配置适合的生产参数。但是此种方法需要对抽油机井的系统各个组件进行测试，才能获得准确的参数。因此使用到的仪器设备较多，并且要求同步测试，工作量大，测量难度相当高。所以目前在矿场中应用较少，只适用于特殊井或为深入研究问题是采用。7.1.2 常规方法常规法是目前应用最广泛的一种测试抽油机井的系统效率的方法。此方法在计算时所用到的参数少，相应的测量仪器也较少，工作量小，测试方法简单。此方法在计算抽油机井系统效率时依据的是流体静力学中的连通器原理导出的计算公式，它在计算过程中忽略了油管中流体流动时克服阻力所做的功。同时认为地层能量所作的功均为有效功，因而理论上计算得到的系统效率值偏大，但由现场测试得到的结果表明，此方法的结果比较接近实测值。7.1.3 能量分析法能量分析法依据能量守恒原理，通过对抽油机井电能，地层能量的分析，在具体考虑了井筒中耗能，液体被举升到地面耗能以及地层能量损耗的基础上，推导出了新的系统效率计算公式。因此种方法具体考虑了各方面能量损耗，所以应用此方法计算得到的系统效率值比常规法大，此方法找出了系统效率产生负值的原因。7.1.4 改进计算方法改进计算方法是通过对抽油机井的系统效率进行具体分析，提出了井下效率的新定义，并考虑到地层能量不为零，地层能量要克服部分井下损耗和提升一定重量的液体到一定高度而做功，提出计算抽油机井的系统效率的常规方法所存在的主要问题为：认为地层能量没有参加克服井下损耗而做功，因而使计算出的系统效率值偏小。此种方法提出了新的计算公式，使计算得到的系统效率有了较大提高，但是经过水驱井的实测值验算看出，此方法虽然有了改进，但是对于现场的计算效率值没有常规法接近实测值。7.1.5 泵效分析法 因为本方法是通过公式推导出抽油机井系统效率同泵效的关系式，然后根据计算泵效计算系统效率，这里仅选用了计算泵效的一例式子，所以此种方法对泵效的计算还有待完善和调整。运用此种方法存在一定的误差。7.1.6 拟自喷井法拟自喷井法根据油井中能量分布结构，能量守恒原理，在考虑了各种能量损耗的基础上，导出了假想液体的实际举升液体高度，从而推导出了深井泵的有效举升液体高度。该方法依据流体动力学原理较全面的考虑了克服流体重力所需要的有用功和克服沿程阻力所需的无用功，同时也考虑了油管及油套环空中多相管流的流体重度差。所以采用这种方法计算出的系统效率值较准确，消除了油井自喷时系统效率为负值的现象。使用此方法进行系统效率计算时所需要的参数与常规法相同，现场测试较为方便。7.2 结合计算结果对各计算方法的评价及优选通过对上面所选取的计算有杆泵抽油机井的系统效率的几种方法，针对大庆油田采油六厂七口聚驱生产井的具体数据进行了实际计算验证，并得出了相应的计算结果。表7-1 六种计算方法计算的聚驱井系统效率平均值对比表计算方法 聚驱井的系统效率平均值分级测试法 25.3572%常规计算法 25.7001%能量分析法 28.6285%改进计算方法 24.9437%泵效分析法 32.6833%拟自喷井法 29.1130% 图7-1 系统效率对比图 通过上面图表的对比，得出对于聚驱井常规法最接近测试值，其次是改进计算法；因此，常规法是一种计算简单、数据测试方便，并且计算值比较精确的计算抽油机系统效率的方法，在矿场中可以广泛应用。改进计算方法提出了井下效率的新定义，并考虑到地层能量不为零的情况。数值误差较小。因而，这种方法计算出的系统效率值也比较精确，在矿场中也可以应用。
聚驱油田有杆泵抽油系统效率计算方法研究|气田试井论文|免费论文结 论 （1）聚驱油田可以使用常规法或者改进计算方法来计算抽油机井的系统效率。（2）常规法得到的系统效率值和分级测试法的系统效率值相比较误差最小，数值最接近。使用时应当优先取用。改进计算方法其次，也可以考虑使用。其他方法误差较大。（3）应用泵效分析法计算聚驱油田抽油机井效率误差相对较大，此种方法对效率的计算还有待完善和调整。（4）由于能量分析发考虑了各个方面的能量损耗，所以应用此种方法计算得到的系统效率值比常规值大。参考文献[1] E.Schmidt.System. Analysis for Sucker rod pumping. SPE 15426 [J].1998:2-3.[2] J.G.Svinos.Exact kinematic analysis of pumping units .SPE 12201[J].2002:3-5.[3] Merrimu W.Justas.Optimi. End pumping with ultra-high-slip motor [J].2005(3):4-6.[4] Rebel wash. Design will improve pumping efficiency production [J].1999:14-17[5] Walking Beam pumping unit system Effacing Measurements SPE-22788[J].[6] 崔振华.国外抽油机-深井泵装置系统效率情况简介[M].《油田地面工程》.2001:1-10[7] 李福军，蒋汗青，齐振林.抽油机系统效率计算方法的改进[M].《石油钻采工艺》.1998：75-78（90）.[8] 王鸿勋等.《采油工艺原理》[M] 石油工业出版社（北京）.2001. [9] 中国石油天然气总公司.机械采油井系统效率测试及计算方法.石油工业出版社（北京）.1999.[10] 鲁尽忠.计算机在抽油机井系统效率中的应用.《石油学报》2001,(11-4):1-5.[11] 汤习俭，崔乃林.抽油机井系统效率计算的研究.《石油钻采工艺》[M].1997,(2).[12] K.E Brown.《举升法采油工艺》 [M]:21-29.[13] 蔡利等.抽油机-深井泵装置分级效率测试研究.《大庆石油学院学报》[J]1999,(3).[14] 国标机械采油井系统效率测试方法[J].（送审稿）SYJX-88.[15] 崔振华,余国安,安锦高等.《有杆泵抽油系统》[M]. [16] 胡辰.抽油机设计模型示功图的研究[J].石油机械.1998，23（6）：1-5.[17] 王会来.通过抽油机优化抽油系统设计提高抽油机运行效率[J].石油钻采工艺.2001，23（6）.[18] 周继德.对抽油机井系统效率计算方法的认识[J].石油矿场机械，1999.[19] 崔振华.抽油机—深井泵系统效率的测试研究[J].石油矿场机械，1998.[20] 殷良,汪忠兴,郑岩.抽油机井系统效率控制图研究与应用[J].大庆石油地质与开发，1999.18(4).致 谢毕业设计即将结束，在此，特别感谢**老师在各方面严格要求以及精心的指导。**给了本文很大的帮助，还使我收获了许多实际工作中需要掌握的知识。感谢石油工程专业教研室的各位老师这段时间对我的教育和培养，同时对在大学四年里教导过我的所有老师表示由衷的感谢。老师们的教导使我的人生更加充实，知识更加丰富的走出校门，为社会贡献一份力量。
、聚驱井的系统效率计算程序#include "stdio.h"#include "math.h"float qc[10]={36,13,73,13,17,14,102};float H [10] ;float Nd[10]={11.16,6.69,11.31,6.37,6.49,6.27,8.39} ;float pt[10]={0.38,0.51,0.36,0.35,0.4,0.47,0.36} ;float pc[10]={0.9,0.57,0.65,0,0.63,1.22,0.46} ;float r[10]={0};float Hd[10]={930.6,719.4,896.2,729,943,686,302.2} ;float Hp[10]={981.35,924.57,1042.56,923.92,950.29,1000.85,1002};float Hz [10];float Hs [10];float r0=0.86;float Ng[10];float L[10]={981,898,1042,900,950,1000,1002};float d[10]={22,22,22,22,22,22,22} ;float D[10]={62,62,62,62,62,62,62};float A[10]={349.62,167.917,1041.61,219.594,662.26,779.337,517.781};float sd[10]={0.01,0.01,0.02,0.01,0.02,0.02,0.02};float fd[10]={1.75,1.75,2.01,1.75,1.75,1.75,1.75,1.75,1.75,1.75};float cn[10]={6,6,3.5,5,5,4,7};float H1[10];float fw[10]={0.985,0.929,0.977,0.875,0.713,0.903,0.938}; /* qc-油井实际产液量 *//* H-有效举液高度 *//* Nd-电动机功率 *//* pt-油井油压 *//* pc-油井套压 *//* r-油井内混合液体密度 *//* Hd-油井动液面高度 *//* Hp-下泵深度 */ /* Hz-折算有效举液高度 *//* Hs-折算沉没度 *//* r0-原油密度 *//* Ng-光杆效率 *//* L -油管长度 *//* d -抽油杆直径mm *//* D -油管直径 mm */ /* cn -冲程 m *//* p- 沉没压力 */ /* K--气油比 *//* fw-含水率 *//* A-示功图面积 *//* sd-示功图减程比 *//* fd-示功图力比 */#define N 10 /*N-井数*/
void changguifa(float n[N]) /* 常规法 */{int i; for (i=0;i
void gaijinfa(float n1[N]) /* 改进算法 */{int i; for(i=0;ivoid nizipenjingfa(float n2[N]) /* 拟自喷井法 */{int i; float f[N],D1[N]; /*f需要计算*/ float Hn[N]; /* Hn-拟自喷井下有效的举液高度 */ for(i=0;ivoid nengliangfenxifa(float n3[N]) /*能量分析法*/{int i; float E[N]={0};for(i=0;ivoid ceshifa(float n4[N]) /*测试法*/{int i; for(i=0;i
