石油工程毕业设计（论文）-井口压力升降技术研究.doc

专科毕业设计（论文）题 目:井口压力升降技术研究学生姓名：学 号：教学院系:成人教育与网络学院专业年级：石油工程指导教师：职 称：单 位：完成日期：2011年6月01日摘 要抽油井井口回压过高将对深井泵造成不利影响，使深井泵漏失量增大，减小泵效，缩短检泵周期。本文介绍了射流泵的理论基础、工作原理、主要技术参数和优点.由于抽油井回压过高直接影响油井产量，目前国内多以建接转站形式降低井口回压,提高产量，但建接转站受一次性投资高、建设周期长并需实现油气分输等诸多因素制约。掺水井采用射流泵降回压技术，依靠掺水来液的压力将井口来液吸入射流泵,使井口的回压保持在0.0mpa左右,从而提高油井产量。射流泵油气混输技术完全抛弃了气、液同时加压的模式,根据气液不同的流性特点合理匹配,使用普通离心油泵给液相升压,然后利用高压液流为动力液吸入气体并升压,从而实现油气混输。由于大部分稠油井和高含蜡井都存在原油粘度大、对温度敏感、含水低、产量低、距离计量站远等问题，造成生产井口回压大，严重影响油井生产。因此，对于这些稠油井以及高含蜡井通常采用掺热水降粘维持生产，但对于普通的三通式掺水方法不但不能很好地实现掺水降粘，而且还造成井口回压的增大。研究表明， 利用venti原理设计的射流掺水泵可以很好地解决这个矛盾，该泵能大大降低油井井口回压、节约能源、实现稠油的加热与乳化双重降粘作用，而且工艺流程简单、设备维护方便、成本低。现场试验还表明，安装射流掺水泵后， 油井悬点载荷降低， 油井产量增加。该设备还可应用于排污、排酸、解堵等。 关键词 射流泵 ， 降低 ，井口，回压 ，掺水，减压，abstracthigher backpressure has affection for deep-well pump, such as leakage increasing; pump efficiency reducing, and maintenance period reducing. in this paper, jet pump theory base, working theory, main technical parameter and advantage are introduced. because pulls out the oil well back pressure excessively high direct influence oil well output，at present domestic many constructs the forwarding station form to reduce the wellhead back pressure, enhances the output, but constructs the forwarding station the disposable investment high, the construction cycle is been long and must realize the oil disposition to lose and so on many factors restrictions. mixes the water well to use jet pump falls the backpressure technology, depends upon waters the fluid pressure to come the well head the fluid inspiration jet pump, makes the wellhead back pressure to maintain about 0.0 mpa, thus enhances the oil well output. the jet pump oil-gas mixed transferring technology totally asides the pattern that gas and liquid are pressed at the same time and according to the different flowing characteristics of gas and liquid reasonably matching using common centrifugal pump to press the liquid phase and then using the high pressure fluid flow as dynamic fluid absorbing gas and boost its pressure so the oil-gas mixing transferring realized. because most heavy oi1 wells and waxy wells behave disadvantages of high viscosity，therma1 sensitivity，low water bearing，1ow singlewel1 productivity，long spacing among distance measure rooms，etcthese challenges result in high wellhead back pressure and thus lower oil productivity therefore，these wells can not keep working until when injecting hot waterhowever，the ordinary threeway water mixing method is not able to effectively mix water and reduce viscosity, but causes an elevated wellhead back pressureresearches indicate that jet pump of water mixed worked by the venti principle can resolve this conflict because it can decrease wellhead back pressure and save energyin addition，it performs simple technological process。convenient maintenance，and lower costfield applications also show that it allows decreased loads applied on hanging point and increased oil production，and it can he used to sludge drain oil waste water。decrease wellhead back pressure and drain acid，etc key words：jet pump，decrease，wellhead ，back pressure，water mixed ，pressure release， water mixedii目 录中文摘要abstract.引言.11回压的定义及影响21.1概述.21.2原油处理过程简介21.3控制回压的必要性.22有杆泵采油系统.42.1抽油装置.42.2抽油泵原理和效率.62.3抽油机载荷分析8 2.4抽油系统回压分析10 2.5抽油机运动分析.10 2.6影响机械采油有杆泵系统效率的主要因素.113降回压技术及应用.143.1射流泵掺水降回压技术.143.2用混输泵降集输回压.174射流泵井口掺水降回压技术及应用.19 4.1射流泵工作原理及特点.19 4.2射流泵井口掺水降回压技术.20 4.3射流泵比例掺水与油气混输215射流泵结构和设计计算.22 5.1水力射流泵采油系统.225.2降回压射流泵的结构分析. 22 5.3气蚀现象24 5.4泵主要参数计算.25 5.5降压射流泵的优化参数计算.26 6编程计算设计射流泵尺寸.28结论 .31参考文献. .33井口压力升降技术研究 引言随着油田开发时间的延长，由于输油管线长，在井口产生的回压较高，进而导致油管、抽油泵漏失量增加，同时也使抽油机上冲程的负荷增加；使抽油杆的交变载荷不均匀度增加；检泵周期缩短。降低这类抽油机井井口回压，实现井口零回压甚至负压生产，是现如今油田最主要的难题.目前油井由于原油粘度大、含水低、产量低、距输油干线远等原因，造成油井回压大，影响生产。要解决该问题，需采取降粘措施。常规的降粘措施基本上都是针对大型管道的集输问题，对于分散的油井来说不仅成本太高，而且实施工艺复杂，都不经济、简便。油田常采用掺水降粘措施，掺水流程一般是利用配水间或注水井(压力一般在10 mpa以上，温度406o c)，为了满足掺水压力，在水源起点装高低压闸门，加一个油嘴套，配23 mm左右水嘴进行限流和降压，使压力降低，在油井井口装三通，实现油井产出液与掺入水的混合。但这种掺水流程存在一些问题，主要有：（1）掺水压力通过油嘴限流降压，造成能量的损失、浪费；（2）如果油井停产，不及时关闭水源闸门，掺入水将向油井倒灌；（3）油井井口回压增大，严重影响油井的正常生产；（4）混合液以油水断塞形式存在，流动阻力较大。对此现场提出过多种解决办法：其一，在井口或计量站设罐，变密闭集输为开口流程；其二，在计量站增设加压输送装置(油气混输泵)；其三，部分井冬季回压太高，被迫关井，待清除管内结垢，结蜡之后进行加热再生产。但从目前的情况看，前两种办法都需要大量投资，增加管理工作量和费用，而且第一种办法还增加了油气损耗。第三种办法显然是一种被动的做法。针对以上问题，本本文介绍一种新的井口降回压技术射流泵井口掺水降回压技术。这项技术可以解决传统掺水工艺中存在的掺水能量未充分利用的问题，可降低抽油机井井口油压，达到提高抽油泵泵效、增加油井产量、节电、提高抽油机井系统效率的目的，以最少的投入争取最大的效益。第1页井口压力升降技术研究1回压的定义及影响1.1概述所谓回压，就是指某一物料进入处理系统后为了克服系统阻力而形成的系统压力，也就是物料的进料压力，即原油处理系统的来油压力。在自喷井井口装有油嘴，油嘴前的压力称为油压，油嘴后的称为回压，回压反映了原油在管线中的流动阻力；对于井口不安装油嘴的机械采油井来说，在井口安装的压力表应称为回压表，其值为回压。所以在不安装油嘴的机械采油井中应该用“回压”替代“油压”。该系统压力不仅关系到原油处理系统的系统压力，原油脱水、脱气效果的好坏，轻烃产量、外销天然气量，同时还会使原油处理的成本发生变化；而且更重要的是影响到采油的原油产量。1.2原油处理过程简介从油井上来的油通过南北干线汇管进入联合站，分队计量后进人南北干线换热器换热，进入一级油气分离器进行气相(天然气)、液相(原油、污水)分离，分离出的天然气(在此称一级气)进入天然气处理系统处理，分离出的原油和污水混合物加入原油破乳剂后进入静态混合器混合均匀后进人二段换热器换热后进入三相分离器进行脱水脱气，脱出的天然气(此称二级气)进入天然气处理系统处理，排出的污水进入污水处理系统处理，而分离出的原油，其含水率已降低，与原油破乳剂混合均匀后进人三段换热器换热后，进入电脱水器进行强电场深度脱水，脱出的污水进入水处理系统处理，脱出的原油再进入四段换热器换热，换热后的原油进入原油稳定塔进行微正压闪蒸稳定，闪蒸出的重组分天然气(此称稳定气)进入天然气处理系统处理。稳定后的原油含水率已低于1 ，符合部分外输原油含水标准，计量后输送至管道输油处首站。1.3控制回压的必要性1.3.1回压对原油产量的影响第2页井口压力升降技术研究各井站原油通过管道输至南北干线汇管，汇管将其输到联合站。由于集输管线是全密闭输送，故联合站的来油压力即回压将反馈到各井站井口。而产油量的多少与生产压差有着密切关系，对于自喷井而言，生产压差与井口压力成负线性关系，也就是与联合站原油回压成负线性关系。换句话说，回压升高，生产压差减小，原油产量降低，相反，回压降低，生产压差增大，原油产量上升。而对于机械采油，致油管、抽油泵漏失量增加，同时也使抽油机上冲程的负荷增加；使抽油杆的交变载荷不均匀度增加；检泵周期缩短。为此在条件允许的情况下，尽 量降低回压，方便各油井出油。但回压也不是降低得越小越好，它必须服从整个油田配产方案、采油速度和采出速度，在实际操作中，回压控制的范围必须按照厂生产运行科及相关职能部门的统一调度执行。第3页井口压力升降技术研究1.3.2回压对外输天然气量的影响如上所述，如果回压升高，不利于各井站产油，原油产量降低，原油中的轻组分轻烃(通常为c1-c5)含量也相应减少，到天然气处理系统后分离出的天然气(clc2)也相应减少，则外输天然气也要减少。反之亦然。当然，该过程中未考虑天然气放空及其天然气处理过程不正常的情况。1.3.3回压对轻烃产量的影响天然气处理过程的最终产品为外输天然气、液化石油气和轻质油。回压对外输天然气量的影响上面已讨论。而液化石油气和轻质油又是联合站乃至整个油田赢利创效比较大的一块。故在条件允许的情况下，应最大限度地提高c3c5的采收率。由此可见，如果回压升高，来油量少，即使c3c5的收率为100 (即c3c5全部回收)，其量也不大。反之，如回压下降，来油量大，液化气、轻质油的产量升高。1.3.4回压对原油处理成本的影响整个处理过程涉及到原材料和能耗的地方有三处，其一是热耗，因为整个处理系统的换热器需要用蒸汽来提供热源；其二是原油破乳剂，该系统有两处要添加原油破乳剂；其三是电耗，因为该系统中有三台电脱水器，用强电场脱水，电压13万伏，电流9_40a，功率较大。由于蒸汽是联合站自给自足，在此，我们只考虑回压对原油破乳剂和电耗的影响。 回压对原油破乳剂用量的影响在温度相同的条件下，如果回压低，则来油量大，需要的原油破乳剂量大；反之，则少。当然，这不是我们讨论的目的。根据原油处理过程中所用破乳剂的特性得知，当温度在60左右时，原油脱水效果最佳。为此，应控制原油温度在60左右时的回压。如果回压控制得不合理，根据原油物性得知，原油温度偏离60太远，则破乳剂脱水效果差，势必增大原油破乳剂的使用量。 回压对电耗的影响由得知，如回压控制不合理，在添加相同破乳剂量的情况下，原油脱水效果不佳，致使从三相分离器分离出的原油含水率升高，进入电脱水器后，增大了电脱水器的负荷，需用强电场将其中的水强制脱出，增大了电脱水器的电流，从而使电脱水器消耗功率增大，电耗增大。综上所述，回压控制得不好，对整个处理系统带来了不少负面效应，增大了该系统正常运行的难度。为此，必须控制好回压。在实际操作中，只有尽量降低回压才对整个处理系统有实际意义。2有杆泵采油系统在油田开发过程中，随着原油的采出地层能量逐渐下降，经过一定时期的开采，油井自喷难以进行，这时必须借助外部输人的机械能量进行采油。即采用机械采油方法。机械采油方式分为有杆泵采油、无杆泵采油及气举采油三大类。有杆泵采油包括游梁式抽油机-深井泵采油、无游梁式抽油机-深井泵采油和地面驱动螺杆泵采油三种方法。其中，抽油机-深井泵采油方法以其结构简单、适应性强和使用寿命长等特点，成为目前最主要的机械采油方法。2.1抽油装置抽油机-深井抽油装置包括三大部分：地面部分抽油机、中间部分抽油杆以及井下部分抽油泵（深井泵），通常称为“三抽”设备，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.其系统组成见图。2.1.1抽油机抽油机是抽油机-深井泵系统的地面机械传动装置，主要由动力设备、减速装置、曲柄连杆-游梁机构以及辅助装置等四大部分组成。抽油机基本工作原理整个抽油装置是靠电动机带动的。电动机将电源电能转化为机械能并以高速旋转的形式输出，经过皮带传送机构减速以及抽油机减速箱的三轴两级减速后，将电动机的高速旋转运动变为减速箱出轴（曲柄轴）的低速旋转运动，然后通过曲柄连杆-油梁机构将曲柄的低速旋转运动变成驴头随游梁绕支架轴承的上、下摇摆运动，再由驴头带动抽油杆做上、下往复直线运动，同时抽油杆柱带动抽油泵活塞在抽油泵内做上下往复运动，并将井中的原油抽汲到地面。抽油机类型抽油机按其外形结构和工作原理不同，可分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机。游梁式抽油机按结构不同可分为普通式和前置式。普通式抽油机的支架在驴头和曲柄连杆结构之间；前置式抽油机的曲柄连杆机构位于驴头和支架之间。另外，为了节能和增大冲程，科技人员在普通式抽油机的基础上研制出了异相曲柄平衡抽油机、异形游梁式抽油机以及双游梁抽油机等多种形式的抽油机。目前国际上的无游梁式抽油机已有20多种形式，在我国石油矿场用得较多的是链条式抽油机。链条式抽油机的主要特点是长冲程、慢冲速，尤其适合深井抽油和稠油开采。第4页第5页井口压力升降技术研究2.1.2.抽油泵抽油泵是抽油装置的一个重要组成部分，他是通过油管和抽油杆下到井中并沉没在液面以下一定深度处，依靠抽油杆带动其工作，将原油抽出地面的。抽油泵是抽油的井下设备。它所抽汲的液体中含有砂、蜡、气、水及腐蚀性物质，又在数百米到上千米的井下工作，有些油井的泵内压力会高达20mpa以上。所以，它的工作环境复杂，条件恶劣，而泵工作的好坏又直接影响到油井产量。因此，抽油泵一般应满足下列要求：（1） 结构简单，强度高，质量好，连接部分密封可靠。（2） 制造材料耐磨和抗腐蚀性好，使用寿命长。（3） 规格类型能满足油井排液量的需要，适应性强。（4） 便于起下。（5） 在结构上应考虑防砂、防气，并带有必要的辅助设备。抽油泵主要由工作筒（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；固定阀又成为排出阀；固定阀有称为吸入阀。抽油泵按结构不同可分为管式泵和杆式泵。管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而工作的。检泵打捞固定阀时，通常采用两种方式：一种是在起抽油杆柱时利用柱塞下端的卡扣或丝扣将固定阀捞出；另一种是柱塞下部无打捞装置，在起出抽油杆柱和柱塞后，用绞车、钢丝绳下入专门的打捞工具将固定阀捞出。目前大多数用管式泵的抽油井是在起抽油杆及柱塞时打开装在油管下部的井下泄油器，而不用打捞固定阀。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；检泵时必须提出油管，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。杆式泵杆式泵是整个泵在地面组装好后接在油杆的下端整体通过油管下入井内，由预先装在油管柱预定深度（下泵深度）上的卡簧固定在油管上。其特点是：检泵时不需要起出油管；利于深抽；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，排量较小。因此，杆式泵适用于下泵深度不大，产量较低的井。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.第6页井口压力升降技术研究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抽油泵原理和效率2.1.1泵的工作原理泵的活塞上下运动一次称为一个冲程，可分为上冲程和下冲程。冲程还是描述抽油泵的工作参数，指悬点在上、下死点间的位移光杆冲程，或者活塞在上、下死点间的位移活塞冲程。每分钟内完成上下冲程的次数称为冲速（俗称“冲次”）。上冲程过程中，活塞上的游动阀受管内液柱压力作用而关闭，泵内压力随之降低，固定阀在沉没压力与泵内压力所构成的压差的作用下，克服重力而被打开，井液进泵而井口排掖。与此同时，抽油杆由于加载而伸长，油管因卸载而缩短。下冲程过程中，固定阀依靠自重和上部液柱压力而关闭，泵内压力逐渐升高，当泵内压力升高到大于活塞以上的液柱压力和游动阀重力时，游动阀被顶开，活塞下部的液体通过游动阀进入活塞上部，泵内液体排向油管。与此同时，抽油杆由于卸载而缩短，油管因加载而伸长。简单地讲，上冲程中游动阀关闭，固定阀打开，吸液入泵排液出井；下冲程中固定阀关闭，游动阀打开，泵内液体转移到活塞以上油管内。如此周而复始，就将井液源源不断地抽汲到地面。2.1.2抽油泵理论排量抽油泵的工作过程主要由三个基本环节所组成，即活塞在泵内让出体积、井液进泵和从泵内排出。在理想情况下，光杆冲程等于活塞冲程，活塞上下一次进入和排出的液体体积都等于活塞让出的体积v； （式2.1）柱塞截面积， m2d泵径，m；s光杆冲程，m每分钟的排量 式中n冲数，每日排量： （式2.2） 泵的理论排量2.1.3抽油泵的效率在抽油井生产过程中，泵的实际排量常小于其理论排量，二者的比值称为泵的容积效率，油田通称为泵效，用表示，即： （式2.3） 第7页在正常情况下，若泵效为0.7-0.8，就认为泵的工作是良好的。而有些连油、带喷井的泵效会接近1或大于1。矿场实践证明，平均泵效往往低于0.7，甚至有的油井泵效低于0.3。影响抽油泵泵效的因素影响抽油泵泵效的因素很多，但从抽油泵工作的三个基本环节（活塞让出体积，井液进泵及从泵内排出）来看，可归结为以下三个方面；1）抽油杆和油管弹性伸缩的影响由于深井泵的工作特点，抽油杆柱和油管柱在工作过程中承受着交变载荷，从而发生弹性伸缩，使活塞冲程小于光杆冲程，减小了活塞让出的体积，即抽油泵实际排量小于其理论排量，降低了泵效。2）气体和充不满的影响当泵内吸入油气混合物后，气体占据了活塞让出的部分空间，造成液体不能够充满泵内；或者当泵的排量大于油层供油能力时，液体进泵速度跟不上活塞上行速度，造成泵内液体的充不满，使泵效降低。3）漏失的影响a.排出部分漏失。指活塞与衬套的间隙漏失和游动阀漏失，这将减少泵内排出的液量。b.吸入部分漏失。指固定阀漏失，它将减少进入泵内的液量。c.其它部分漏失。由于油管螺纹不严、油管腐蚀穿孔、泵的连接部分及泄油器不严等，都将降低泵效。提高泵效的措施泵效是反映抽油设备工作效率和管理水平的重要指标之一。泵效除与泵的工作状况有关外，又同油层条件有密切的关系，因此提高泵效必须针对油层和井筒两方面采取措施。1）针对油层方面的措施主要是提高和维持油层能量，保证有充足的供油能力。对于注水开发的油田，合理注水是保证高产、高泵效的根本措施。如果井底附近油层物性不好，可采取增产措施提高井底附近油层的渗透率，从而提高油层供油能力。2）针对井筒方面的措施a选择合理的工作方式。当抽油机已选定，在保证产量的前提下，应以获得高泵效作为出发点，对三个参数进行调整，一般原则是采用长冲程、慢冲程、小泵径。第8页井口压力升降技术研究b.将油管下端固定。由于载荷的变化将引起抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩而造成冲程损失，因此用油管锚或封隔器将油管下端固定可消除油管变形，减少冲程损失。c.合理利用气体能量，减少气体的影响。d.采用有效的防砂，防蜡措施，减少砂、蜡对泵效的影响。2.3抽油机载荷分析抽油机在正常工作时,悬点所承受的载荷根据其性质可分为静载荷,动载荷以及其它载荷.静载荷通常是指抽油杆柱和液柱所受的重力以及液柱对抽油杆柱的浮力所产生的悬点载荷;动载荷是指由于抽油杆柱运动时的振动,惯性以及摩擦所产生的悬点载荷;其它载荷主要有沉没压力以及井口回压在悬点上形成的载荷.2.3.1. 抽油杆柱的重力产生的悬点静载荷驴头作上下运动时，带着抽油杆柱作往复运动，所以，抽油杆柱重力始终作用在驴头上。但在下冲程中，游动阀打开后，油管内液体的浮力作用在抽油杆柱上。所以，在下冲程中作用在悬点上的抽油杆柱的重力减去液体的浮力，即它在液体中的重力作用在悬点上的载荷。而在上冲程中，游动阀关闭，抽油杆柱不受管内液体浮力的作用，所以上冲程中作用在悬点上的抽油杆柱载荷为杆柱在空气中的重力。2.3.2. 液柱的重力产生的悬点载荷 在上冲程中,由于游动阀关闭，液柱的重力经抽油杆柱作用于悬点,其方向向下,使悬点载荷增加。在下冲程中,由于游动阀打开，液柱的重力作用于油管上,因而对悬点载荷没有影响.2.3.3.动载荷与惯性载荷 抽油机从上冲程开始到液柱载荷加载完毕,这一过程称之为初变形期.初变形期之后,抽油杆才带动活塞随悬点一起运动.抽油杆柱本身是一个弹性体,在周期性交变力的作用下做周期性变速运动,因而将引起抽油杆柱做周期性的弹性振动.这种振动还将产生振动冲击力,这个力作用于悬点上便形成振动载荷.同时,变速运动将产生惯性力,作用于悬点上便形成惯性载荷. 据资料和实践表明,液柱载荷一般都不会在活塞上(即抽油杆下端)产生明显的振动载荷,因此,在下面的讨论中忽略了液柱的振动载荷. 抽油杆柱的振动引起的悬点载荷 抽油杆柱本身为一弹性体，由于抽油杆柱做变速运动和液柱载荷周期性地作用于抽油杆柱，从而引起抽油杆柱的弹性振动，它所产生的振动载荷亦作用于悬点上。其数值与抽油杆柱的长度、载荷变化周期及抽油机结构有关。抽油杆柱与液柱的惯性产生的悬点载荷第9页井口压力升降技术研究驴头带动抽油杆柱和液柱做变速运动时存在加速度,因而将产生惯性力.如果忽略抽油杆柱和液柱的弹性影响,则可以认为抽油杆柱和液柱各点和悬点的运动规律完全一致.抽油杆柱与液柱的惯性力的大小与其质量和加速度的乘积成正比,方向则与加速度方向相反. 由前面分析知道,悬点加速度在上、下冲程中，大小和方向是变化的。因此，作用在悬点上的惯性载荷的大小和方向也将随悬点加速度的变化而变化。因假定向上作为坐标的正方向，所以加速度为正时，加速度方向向上，加速度为负时，加速度方向向下。上冲程中，前半冲程加速度为正，即加速度向上，则惯性力向下，从而增加悬点载荷；后半冲程中加速度为负，即加速度向下，则惯性力向上，从而减小悬点载荷。在下冲程中，情况刚好相反：前半冲程惯性力向上，减小悬点载荷；后半冲程惯性力向下，增大悬点载荷。实际上,由于抽油杆柱和液柱的弹性,抽油杆柱和液柱各点的运动与悬点的运动并非一致,因此,上述按悬点最大加速度计算的惯性载荷将大于实际值.在液柱中含气比较大和冲数比较小的情况下，计算悬点最大载荷时，可忽略液柱引起的惯性载荷。摩擦载荷抽油井工作时,作用在悬点上的摩擦载荷由以下五部分组成. 1) 抽油杆柱与油管的摩擦力 该摩擦力在上,下冲程中都存在,其大小在直井内通常不超过抽油杆重量的1.5%. 2) 柱塞与衬套之间的摩擦力该摩擦力在上,下冲程中都存在,一般泵径不超过70 mm时,其值小于1717 n. 3) 抽油杆柱与液柱之间的摩擦力抽油杆柱与液柱之间的摩擦发生在下冲程,其摩擦力的方向向上,是稠油井内抽油杆柱下行遇阻的主要原因.阻力的大小随抽油杆柱的下行速度而变化4) 液柱与油管之间的摩擦力液柱与油管之间的摩擦力发生在上冲程,其方向向下,故增大悬点载荷.资料表明,下冲程杆柱与液柱的摩擦力约为液柱与油管间摩擦力的1.3倍.5) 液体通过游动阀的摩擦力 在高粘度大产量油井内,液体通过游动阀产生的阻力往往是造成抽油杆柱下部弯曲的主要原因,对悬点载荷也会造成不可忽略的影响.上冲程中作用在悬点上的摩擦载荷是受（1）（2）及（4）三项影响，其方向向下，故增加悬点载荷。下冲程中作用在悬点上的载荷是受（1）（2）（3）及（5）四项影响，其方向向上，故减小悬点载荷。第10页井口压力升降技术研究在直井中，无论稠油还是稀油，油管与抽油杆柱、柱塞与衬套之间的摩擦力数值都不大，均可忽略。但在稠油井内，液体摩擦所引起的摩擦载荷则是不可忽略的。其它载荷一般情况下，抽油杆柱载荷、作用在柱塞上的液柱载荷及惯性载荷是构成悬点载荷的三项基本载荷，在稠油井内的摩擦载荷及大沉没度井内的沉没压力对载荷的影响也是不可忽略的。 除上述各种载荷以外,还有如沉没压力和管线回压产生的载荷等都会影响到悬点载荷.沉没压力的影响只发生在上冲程,它将减小悬点载荷.液流在地面管线中的流动阻力所造成的井口回压,将对悬点产生附加载荷,其性质与油管内液体的作用载荷相同,即上冲程中增加悬点载荷,下冲程中减小悬点载荷.因二者可以部分抵消,一般计算中常可忽略. 2.4抽油系统回压分析2.4.1沉没压力（泵口压力）对悬点载荷的影响上冲程中，在沉没压力作用下，井内液体克服泵的入口设备的阻力进入泵内，此时液流所具有的压力叫吸入压力。此压力作用在柱塞底部而产生向上的载荷。下冲程中，吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响。2.4.2井口回压对悬点载荷的影响液流在地面管线中的流动阻力所造成的井口回压对悬点将产生附加的载荷。其性质与油管内液体产生的载荷相同。上冲程中增加悬点载荷；下冲程中减小抽油杆柱载荷。由于沉没压力和井口回压在上冲程中造成的悬点载荷方向相反，可以相互抵消一部分，所以，在一般近似计算中可以忽略这两项。2.5抽油机运动分析对抽油机系统细分析后发现它的运动有几个特点。1)采用匀速运动，则抽油机系统的匀速运动阶段将失去惯性载荷和振动载荷。2)在直井和油管结蜡少及原油粘度不高的情况下，摩擦载荷仅占总载荷的2 5。3)油柱重力不是在抽油机一个工作周期始终发生作用，因此可将它视做一个干扰力f。4)在重力平衡系统中，若选用合适的平衡方式，可将负载重力基本上平衡。则抽油机在匀速运动时驱动力仅需克服摩擦载荷。第11页井口压力升降技术研究除上述各种载荷外，在抽油过程中尚有其它一些载荷，如在低沉没度井内，由于泵的充满程度差，会发生柱塞与泵内液面的撞击，产生较大冲击载荷，从而影响悬点载荷。各种原因产生的撞击，虽然可能造成很大的悬点载荷，是抽油机中不利因素，但在进行设计计算时尚无法预计，故在计算悬点载荷时都不考虑。2.6影响机械采油有杆泵系统效率的主要因素抽油机井系统效率在理论上可以达到55 65，但是从最近几年的油田现场测试结果看，实际平均系统效率只有25左右，即使是平均系统效率最高的区块也只有30左右，不到抽油机井系统效率理论值的50。2.6.1影响抽油机井系统效率的主要因素有：(1)电机负载率的影响。常用电机最佳运行效率在额定负载附近，即在0711p辆之间，而现场上大多数电机的负载率都比较低，一般只有30左右。因此“大马拉小车”是造成电机运行效率低的主要原因。油田的实验表明，提高电机负载率5 10，系统效率可提高24，节电率可达10左右。(2)传动皮带的影响。采用三角皮带传动时，由于其弹性方面的原因，其张紧程度难以保证，不可避免地要出现相互错动、打滑和震动，造成部分能量损失。(3)抽油机的影响。普通游梁式抽油机采用的是对称循环工作方式，上下冲程的运行时间相同，平衡重和悬点负荷重对曲柄轴产生的迭加扭矩呈周期性波动，其幅度和频率都比较大。抽油机的这种工作状况对三相异步电动机来说是不理想的，造成能耗偏高、系统效率偏低。(4)平衡程度的影响。抽油机的平衡程度反映了抽油机运行的平稳程度，其好坏直接影响到抽油机的耗电量，现场测试表明，在不同的平衡状况下，电动机电流有较大差异，从而造成输入功率的变化。即使抽油机轴功率相同，也可能造成输入功率有较大的变化。(5)盘根的影响。盘根在使用中与光杆摩擦产生阻力，根据其材质及压紧程度的不同产生的阻力有较大的变化，由于阻力的作用，造成耗电量的增加。(6)工作制度的影响。工作制度直接影响到整个抽油系统。合理的工作制度(冲程、冲次、泵径)可使排液量与地层的供液量相匹配，使泵在较佳的工作状况下工作，提高产液量。(7)油管伸缩的影响。由于油管下端不固定，所以油管的伸缩会使地面传递下去的功率和冲程损失一部分，特别是深抽井，油管的伸缩带来的损失最大。(8)气体对泵的影响。泵的充满程度是影响泵效的主要因素之一。在生产过程中由于气体的影响，使泵不能有效充满，降低了泵的排量及井下效率。(9)泵漏的影响。随着深井泵工作时间的延长，各种磨损也随之增加，造成深井泵的漏失，从而使泵效降低。(10)抽油杆弯曲及摩擦的影响。在抽油过程中，抽油杆柱有时和油管摩擦，特别是抽油杆的下部弯曲，造成有效载荷的波动，使系统效率降低。2.6.2提高机械采油有杆泵系统效率的途径和方法第12页井口压力升降技术研究（1）合理配置电机。配置电机应充分利用电机的负载能力，尽量做到使电机的负载率达到或接近最佳负载率，即在0711p额之间。生产过程中，可按实测功图采用如下公式计算光杆功率，合理选择电机。 （式2.4）式中光杆功率，kw，实测最大，最小负荷，kns冲程，m n冲次，次/min(2)使用新型节能系列电机。(3)采用终端无功补偿，提高功率因数。目前，所有的抽油机自控箱都安装了电力电容器，全部实现了对线路的无功补偿，功率因数由补偿前的不足04提高到现在的055左右，效果非常明显。(4)选用高效传动带。采用窄形联组 带或齿形同步带，以克服因震动、打滑现象造成的损失。使用普通三角带以每组5根为最佳组合。(5)使用节能抽油机。现在油井上使用的抽油机多数为普通游梁式抽油机，节能抽油机的数量比较少。目前，在油井上使用的节能抽油机主要有两种：一种是异向曲柄平衡抽油机，它是非对称循环的梁式抽油机，即悬点的上行曲柄转角大于80。，下行曲柄转角小于180。，悬点上行所用的时间比下行所用的时间略长，这样悬点上行速度曲线比较平缓，加速度减小，动载也就相应减少，故比普通游梁式抽油机省电，并且可以提高泵效；另一种是链条抽油机，它具有冲程长、负荷能力大，平衡效果好、省电等特点，特别适合在稠油井和中深井上使用，链条抽油机悬点运动均匀、电机损耗小、工作电流小、效率高。(6)使用耐油橡胶盘根，对有偏磨的井口应安装使用井口扶正器。(7)安装抽油杆扶正器，减小抽油杆与油管之间的摩擦(8)安装油管锚，减小因油管伸长造成的能量损失。(9)安装气锚。对于油气比较高的井，使用气锚可提高泵的容积效率。(10)使用高效深井泵。针对油井的特点，采用相应的深井泵，如稠油泵、防砂卡泵等。(11)使用抽油机诊断技术。对抽油机井生产过程中的诸如环空液面、沉没度、供液能力、参数匹配、平衡块位置设置、杆柱应力、泵的充满程度、活塞冲程、凡尔漏失、间隙漏失等因素进行综合分析和处理，可有效地提高机械采油系统效率。(12)使用节能控制柜。特别是zjk智能节电控制器和power p1anner电动机高效节能器的节能效果较好。通过现场试验综合节电率分别达到了2350和1598，是较理想的油井电机配套节能控制设备。第13页井口压力升降技术研究3降回压技术及应用目前油田采用降低回压方法很多，本文仅介绍两种方法：第一种方法：3.1射流泵掺水降回压技术3.1.1 问题的提出 传统掺水工艺效率低的问题目前油田普遍采用的掺水集油流程示意图如图3.1所示。掺水流过掺水阀与油井产液混合后进入集油管线，在这种混合方式下，以水力学的观点看来，掺水能量利用的效率很低，造成掺水能量的浪费。图3.1 掺水集油流程示意图 油井日产量掺水压力 掺水量为改善这种状况，考虑在井口加装水力泵，可充分利用掺水能量，水力泵还可以对油井产液起到辅助抽吸的作用。常用的水力泵有水力活塞泵和水力射流泵，前者结构复杂、实现技术难度大、成本高，所以水力射流泵因其结构简单、工作可靠性高、成本低廉而成为首选。抽油机井井口油压升高所带来的问题抽油机井井口油压升高引起产液量下降及耗电量增加，进而造成抽油机井系统效率下降。根据大庆油田设计院通过对抽油井井口油压与产量及耗电量关系的实测，通过对试验数据归纳分析得出的关系式如下：（来自于油田节能2001年第3期） （式3.1）第14页井口压力升降技术研究 （式3.2）第13页井口压力升降技术研究式中油井耗电量井口油压每升高01mpa，产液量下降近似等于1 ，而且这一数值随抽油机井产量、含水率、泵径、冲次的增大而增加， 油压升高使抽油泵柱塞两端压差增加，泵柱塞间隙的漏失量增加是造成产量下降的主要原因。第15页井口压力升降技术研究井口油压每升高01mpa，大约 l起耗电量上升268 kwhd。主要原因是井口油压升高造成抽油机上行阻力增加。下一步需要考虑的问题是如何把井口油压降下去抽油机井一般不装油嘴，实际上井口回压等于井口油压，井口回压保证地面集油系统的需要，必须保持足够高的井口回压使油井产液流动到计量站；根据上面的分析可以得知井口油压则是越低越好，目前的掺水工艺不能解决这一矛盾，而采用射流掺水工艺则可以很巧妙地解决这一矛盾，既可以将井口油压降低达到提高产量、节能降耗之目的，又可以保持足够高井口回压以保证集油的需要.另外根据若干资料，国内许多油田采用建中转站的方式来降低井口回压，显然投资太高，在经济上不太合算。3.2.2 射流掺水工艺原理射流泵工作原理简介射流泵(结构见图3.2)是利用高压液体经喷嘴形成高速射流，将采出液带入喉管内，经能量交换后，进入扩散管将动能转化为压能，从而达到提升被采出液的目的。图3.2 射流泵结构示意图q1，q2，q3动力液，混合液，采出液流量p1，p2，p3动力液，混合液，采出液压力a1，a2，a3喷嘴，喉管，采出液净流动面积由有关公式确定p2p3的关系曲线，如图4.3所示射流掺水降油压的技术机理根据射流泵的基本原理，当用掺水做动力液时(p1=p掺)，油井产液为采出液(p2=p油)，掺水与油井产液的混合液压力为p3=p混，由图3.3曲线可以看出p3比p2低02mpa左右，就是说井口油压比井口回压低02mpa，通过调整射流泵工作参数还可以使油压降得更低，甚至产生负压。第16页图3.3 p2p3关系曲线图射流掺水装置出口压力是井口回压，基本保持原来的井口回(油)压数值以保证地面集油的需要；而在射流掺水装置之前的井口油压比原来降低，可达到节能增产的目的利用一套射流掺水装置巧妙地解决了集油系统需要较高的压力而采油系统需求较低的压力的矛盾，正好充分利用了射流泵的工作特性，达到了充分利用掺水能量的目的。技术关键1）射流泵参数优选最重要的参数是喷嘴直径和喉管直径，因为射流掺水器现场调参很方便，所以通过理论计算与现场调配相结合来优选射流泵的工作参数，提高射流泵