梁雨楠聚合物驱井有杆泵合理冲刺的研究方法

本 科 毕 业 设 计（论文）题 目：聚合物驱井有杆泵合理冲次确定方法研究学生姓名：梁雨楠学 号：09021373专业班级：石油工程 09-8 班指导教师：王卫阳2013 年 6 月 20 日中国石油大学（华东）本科毕业设计(论文)聚合物驱井有杆泵合理冲次确定方法研究摘 要聚合物有杆泵生产井中泵的充满程度受泵的冲次、冲程、泵径、聚合物浓度、生产气油比、沉没度等多种因素影响。产出液具有高粘度的特点，本文研究的目的则在于通过对聚合物驱井有杆泵泵效的研究，找到合理的冲次。由于目前关于泵效的计算方法大多只考虑了气体的影响，所以对于一些粘度较高或者供液不足的聚合物驱井，计算得到的泵效和实际的泵效有着一定的差距。因此，本文在综合考虑了流体性质、泵的结构以及抽汲参数对于泵充满程度的影响后，重新建立模型，形成一套新的适用于聚合物驱井的泵效计算方法，从而确定了各因素对于泵效的影响，进而确定了聚合物驱井有杆泵的合理冲次。关键词：有杆泵；聚合物驱井；冲次；影响因素中国石油大学（华东）本科毕业设计(论文)The research of the rational speed of sucker-rod pump of polymer flooding wellAbstractOil field example shows, bumping efficiency of sucker-rod pump depends on the speed,the stroke, the diameter of pump,the concentration of polymer,the production of gas-oil ratios,submergency and other factors. Polymer flooding well is pretty high viscosity,this paper aims to find the suitable speed of sucker-rod pump through the research of pump efficiency.Since the calculation method of pump efficiency nowadays ignore the affect of gas and other factors,and the calculation results have differents with the real results,so the common calculation method is not suitble for those polymer flooding well.Therefore this paper sets up a new model considering factors like oil property,construction of pump,and finally finds a new calculation method of polymer flooding well,in order to find the affect of each factors and to make sure the rational speed of sucker-rod pump of polymer flooding well.Keywords：sucker-rod pump；polymer flooding well；rational speed中国石油大学（华东）本科毕业设计( 论文)目 录第 1 章 前言.11.1 课题研究的目的及意义 .11.2 聚合物驱的机理与应用 .21.2.1 聚合物驱定义 .21.2.2 聚合物驱提高采收率机理 .21.2.3 聚合物驱对有杆泵生产的影响 .21.3 泵充满程度计算研究现状 .31.4 主要研究内容 .81.5 技术路线 .9第 2 章 聚合物水溶液表观粘度计算方法研究调研.102.1 实验的准备与过程 .102.1.1 实验目的 .102.1.2 实验设备及样品 .102.1.3 实验参数 .112.1.4 实验步骤 .112.2 实验结果与分析 .122.2.1 流变曲线及影响因素分析 .122.2.2 流变模式分析 .132.2.3 视粘度计算 .14第 3 章 聚合物驱油井有杆泵充满程度计算方法.153.1 气体对于泵的充满程度的影响 .153.1.1 方法描述 .153.1.2 对于泵充满系数公式的分析 .163.2 泵充满系数计算方法的修正 .16第 4 章 聚合物驱井有杆泵充满程度敏感性分析.214.1 计算基本参数与说明 .21中国石油大学（华东）本科毕业设计( 论文)4.2 沉没压力对泵充满程度的影响 .224.3 流体粘度对充满程度的影响 .234.4 地面气油比对充满程度的影响 .244.5 冲程对充满程度的影响 .254.6 冲次对充满程度的影响 .264.6.1 冲次大小与充满程度的关系 .264.6.2 聚合物驱井有杆泵合理冲次的分析 .28第 5 章 结论.31致 谢.32参考文献.33前言1第 1 章 前言1.1 课题研究的目的及意义随着科技的发展，目前我国国内在经过了多年的科研研究以及经验的积累，对于聚合物驱的研究已经进入了新的阶段，而在新的工业化应用阶段聚合物驱的高粘度同时也为我们的开采带来很多问题。油井见聚合物后，抽油泵效随聚合物浓度增加而降低，能耗大，泵抽特性更加复杂。由于聚合物驱井的原油产出液的粘度较大，所以柱塞的运动速度要快，而进泵流体的速度要相对滞后很多。本身聚合物驱井就会出现进泵流体的滞后问题，而当冲次较大的时候，这个现象则会更加明显，并会出现供液不太足的情况。本文在以往常规模型的基础上综合考虑了原油的性质，泵的结构等因素，重新分析了聚合物驱有杆泵泵的充满程度影响因素，对比研究了新的算法以便可以适用于高粘度的诸如聚合物驱井的油井。在研究此问题时，我们从通过对于泵的充满程度的分析，从而找到冲次、冲程、沉没度、聚合物浓度变化时，泵的充满程度的变化。并针对冲次对于聚合物驱井的影响进行更深入的研究。冲次在我们平时有杆泵的开采中是非常重要的影响因素，目前很多油田的有杆泵抽油井的冲次并不合理。冲次的不合理不仅会造成有杆泵开采整体的系统效率低下，同时也会增大检泵的频率。从冲次对于检泵周期的影响来看，首先冲次的增大会造成油管里面内壁的抽油杆之间的流体的一些本身性质的变化。由于其自身的物化性质发生变化便会使得在这种特殊环境下主要是由于腐蚀作用，管杆损坏的几率也会加大。其次，在我们的油田现场，抽油杆疲劳寿命主要是受抽油杆本身所受载荷的变化梯度的影响。再者，泵出的故障有将近 60%是由于抽油泵游动阀罩的断脱从而造成趟井。这其中最本质的原因是在抽油杆受到一个横向的载荷之后，凡尔罩在这个时候实际上是一个横向的支点，而这个支点在多次反复的受到横向的力和力臂作用后，就十分容易疲劳。如果让抽油杆一直在一个较高的冲次下运行，不仅凡尔罩需要承受的横向的力臂增大，同时在单位时间内受到的横向力臂的前言2次数也会由于冲次的增加而增加，所以降低冲次同时也是延长凡尔罩寿命的十分重要的方法。最后，通过降低有杆泵的冲次，可以减少光管杆的偏磨。本文将不针对冲次对于检泵周期的影响进行过多讨论，故此处不再赘余。下面我们会对冲次对于有杆泵泵的充满程度的影响做较为详细的分析与讲解。1.2 聚合物驱的机理与应用1.2.1 聚合物驱定义聚合物驱是指以聚合物溶液作为驱油剂的驱油法。聚合物驱也可称之为聚合物溶液驱、聚合物强化水驱、稠化水驱、增粘水驱。1.2.2 聚合物驱提高采收率机理简单的说，聚合物驱的基本机理就是通过增大水的粘度从而降低水的流度，进而减小了水油流度比，水油流度比的降低便抑制了水的指进，这样便使得波及系数得到了提升，最终提高了原油采收率。聚合物驱之所以可以增加水的粘度主要是由于水中聚合物分子互相纠结形成结构；聚合物链节中亲水基团在水中溶剂化；并且如果是离子型聚合物则其在水中解离时会产生很多带点符号相同的链节，使聚合物分子在水中所形成的无规线团更松散因而具有更好的粘度。同时，聚合物驱可以降低渗透率，降低水油流度比，从而提高波及系数。聚合物驱之所以可以降低渗透率，主要是它可在岩石孔隙中产生滞留。1.2.3 聚合物驱对有杆泵生产的影响前文已经提到，聚合物驱的基本机理是通过增大了水的粘度，从而降低水的流度，进而减小了水油流度比。在实际生产中发现，有杆泵的泵充满程度实际上与泵内溶液粘度存在着一定的关系。本文将在后面对于粘度对于泵充满程度的影响作出更细致的分析，从而确定聚合物驱井对于泵生产的影响。前言31.3 泵充满程度计算研究现状1994 年，蒋汉青，李福军，曹广胜等人发表一篇关于多相流体进泵规律对于泵效的影响的文章 2。在此之前国内外对于泵充满程度的研究仅仅是停留在研究动态的基础上，即把泵内流体的流动过程看成是一个静态的过程，从而进行关于泵效的分析研究。但实际上，流体在进泵过程中，流体的诸多参数都将影响到泵的充满程度的计算。例如泵内经常出现的供液不足的现象，用传统的常规计算泵效的方法就不能很好地对其进行描述与分析，所以笔者们从多相流体进泵规律的角度来考虑，在基于传统泵效计算方法的基础上研究出了新的计算方法。他们在建立方程时，首先将以往的泵效计算方法瞬时化，即用微积分的角度来变形传统的泵效方程；此后又将气体状态方程和气体传质方程瞬时化；进而又继续考虑了泵入口处的压力损失方程与高压物性参数方程。这样，最基础的几个方程便建立完毕。在解方程时分别选用了差分法与迭代法进行分析。这样便找到了泵的充满程度与一系列参数之间的关系，继而通过敏感性分析，逐步分析了每一个关系图。最终发现用新算法计算而得的泵的充满程度要比以往的低。他们的方程的建立也为日后研究泵的充满程度建立了很大的基础。1991 年，针对低产井抽油机，刘斌发表了文章，针对如何降低该类型抽油机的冲次进行了较为详细的论述。他从五方面提出了降低低产井抽油机冲次的方法。这五方面包括：减小电机的皮带轮直径、增大减速箱主动轮直径、采用低转速的电动机、采用减速轮技术以及降低减速箱的传动比。虽然低渗透油层的开发在一定的生产条件下会出现产液不足的现象，使抽油机包括泵，抽油杆住等机械设备遭受到不同程度的冲力与磨损影响，但通过其提出的集中降低冲次的方法，很大程度上减小了那些影响。1995 年，余国安，齐家昌等人在实验室通过用做实验的方法，研究了不同参量包括工作参数，原油性质等对于泵效的影响。文章中提到了有很多因素影响泵效，但他们将其主要归结为抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩以及气体，油井供液能力以及漏失，气体充不满等影响。他们自行设计和制造了实验装置。试验中为了测得不同的井下粘度，选用了甘油掺水来进行模拟。通过实验得出了泵效与粘度、泵速、油孔径、泵的间隙等因素的关系。不过实验中也存在着一些不严谨，例如试验并没有模拟油井的井底液压，工业能力以及地下油气比等前言4等，地下油气比对于泵效来说是非常重要的影响因素，本实验中并未考虑到。同时，试验选用的是 U 型试管测量压力，而这样会使精度大幅度下降，所以总的说试验还有很多需要改进的地方。有了 1994 年蒋汉青，李福军等人建立的新的泵的充满程度的计算模型，1995 年夏惠芬，李福军等人在之前模型的基础上又加以了创新与修改。前期方程的建立类似于之前文章中的方法，同样先是考虑了泵的充满程度的瞬时方程，以及气体状态方程和气体传质方程，建立的模型也基本类似。不同的是，此后这篇文献中考虑到了不稳定流的伯努利方程，这主要是由于在抽油杆的运动过程中，柱塞的运动速度不是一成不变的，会随着运动的位置而发生变化，由于柱塞的运动从而导致液流也是不稳定的，并且在流动过程中，速度和压力与位置是有一定的函数关系，同时二者也是关于时间的函数，这样伯努利方程便建立出来了。此后，在解方程时也与上一年的计算方法类似，同样是用到了差分和迭代法。最后认为以往的计算方法只不过是一种特殊时间特殊位置的特殊情况，所以当考虑动态流动时，还应从多方面多角度全面考虑1996 年王克亮提出了一种计算泵充满系数的新方法 4。在他的文章中，建立了上冲程运动活塞出于不同位置时，充满系数与抽油杆长度、冲程、冲次、泵径、油气比、含水率、沉没压力、液体密度等参数的关系式，并通过这些关系式给出了有杆泵充满程度计算的新方法。在此前研究有杆泵充满程度时，大多是在当活塞运动到某个特定位置时，计算进入泵内的液量，从而计算出泵的充满系数。在活塞的运动过程中，由于诸如油管柱和抽油杆柱的变形、流体进泵阻力、漏失、气体、泵内压力等影响，进入泵内的液量会发生变化，因此需要在活塞的运动