抽油机分析及管理PPT学习教案

1、会计学1 抽油机分析及管理抽油机分析及管理 2 一、柱塞冲程 液柱载荷交替地由油管转移到抽油杆柱和由抽油杆柱转移 到油管，使杆柱和管柱发生交替地伸长和缩短。 (一)静载荷作用下的柱塞冲程 柱塞冲程小于光杆冲程 抽油杆柱和油管柱的弹性伸缩 泵效小于1 交变载荷作用 抽油杆柱和油管柱的自重伸长在泵工作的整个过程中是不 变的，它们不会影响柱塞冲程。 第1页/共41页 3 )() 11 ( tr flp tr L f L f L E gLf ffE LW 冲程损失计算式： SSS trp )( 柱塞冲程： 冲程损失： tr 图3-19 抽油杆和油管弹性伸缩示意图 抽油杆和油管弹性伸 缩如图3-19所示

2、。 第2页/共41页 4 )( 1 m i ri i t flp f L f L E gLf 多级抽油杆的冲程损失： 冲程损失的影响因素分析： (2) 抽油杆和油管的性质、组合； (3) 下泵深度； (4) 抽油泵的规格。 (1) 油层供液状况和生产流体的性质； 第3页/共41页 5 (二)考虑惯性载荷后柱塞冲程的计算 当悬点上升到上死点时，抽油杆柱有向下的(负的)最大加 速度和向上的最大惯性载荷，抽油杆在惯性载荷的作用下 还会带着柱塞继续上行 。 当悬点下行到下死点后，抽油杆的惯性力向下，使抽油杆 柱伸长，柱塞又比静载变形时向下多移动一段距离 。 i 柱塞冲程增加量 ： 第4页/共41页 6

3、 Ef LSNW r r i 1790 2 ) 1790 1 ( 2 Ef LNW SSS r r ip 由于抽油杆柱上各点所承受的惯性力不同，计算中近似 取其平均值，即： 根据虎克定律，惯性载荷引起的柱塞冲程增量为： 因此，考虑静载荷和惯性载荷后的柱塞冲程为： )1 ( 179022 )1 ( 179022 2 2 l r Ef LSNW Ef LI l r Ef LSNW Ef LI r r r rd r r r rd 上冲程 ： )1 ( 179022 )1 ( 179022 2 2 l r Ef LSNW Ef LI l r Ef LSNW Ef LI r r r rd r r r r

4、d 下冲程 ： 第5页/共41页 7 (三)抽油杆柱的振动对柱塞冲程的影响 理论分析和实验研究表明：抽油杆柱本身振动的相位在上 下冲程中几乎是对称的，即如果上冲程末抽油杆柱伸长，则 下冲程末抽油杆柱缩短。因此，抽油杆振动引起的伸缩对柱 塞冲程的影响是一致 ，即要增加都增加，要减小都减小。其 增减情况取决于抽油杆柱自由振动与悬点摆动引起的强迫振 动的相位配合。 液柱载荷交变作用 抽油杆柱变速运动 抽油杆柱振动抽油杆柱变形 第6页/共41页 8 因此，抽油 杆柱振动对柱 塞冲程的影响 存在着冲次、 冲程配合的有 利与不利区域 。 第7页/共41页 9 二、泵的充满程度 气锁：抽汲时由于气体在泵内压

5、缩和膨胀，吸入和排出阀 无法打开，出现抽不出油的现象。 图3-20 气体对冲满程度的影响 ps VVK/余隙比： 充满系数： R KR K R K V V p l 1 1 1 1 充满系数推导过程p139。 K=VS/VP R=Vg/VL 第8页/共41页 10 R KR K R K 1 1 1 1 泵充满程度的影响因素分析： (1) 生产流体的性质气液比 R愈小，就越大。增加泵的沉没深度或使用气锚。 (2) 防冲距 泵吸入口 压力 下死点静止状态下柱塞 与泵吸入口的距离 K值越小，值就越大。尽量减小防冲距，以减小余隙。 第9页/共41页 11 三、泵的漏失 (1) 排出部分漏失 (2) 吸入

6、部分漏失 (3) 其它部分漏失 如油管丝扣、泵的连接部分及泄油器不严等 影响 泵效 漏失 漏失很难计算，除了新泵可根据试泵实验测试结果和 相关式估算外，泵由于磨损、砂蜡卡和腐蚀所产生的 漏失以及油管丝扣、泵的连接部分和泄油器不严等所 产生的漏失很难计算。 第10页/共41页 12 柱塞与衬套间隙漏失计算 静止条件下的漏失量： l HgDe q 12 3 1 tB L Q q 2 86400 1 p Deq 2 1 2 活塞向上运动时上带液量： p De l HgDe qqq 2 1 . 12 3 21 总漏失量为： 所以只考虑柱塞间隙漏失时，漏失系数为： 第11页/共41页 13 四、提高泵效

7、的措施 (1)选择合理的工作方式 选用大冲程、小冲次，减小气体影响，降低悬点载荷 ，特别是稠油的井。 连喷带抽井选用大冲数快速抽汲，以增强诱喷作用。 深井抽汲时，S和N的选择一定要避开不利配合区。 (2)确定合理沉没度。 (3)改善泵的结构，提高泵的抗磨、抗腐蚀性能。 (4)使用油管锚减少冲程损失 (5)合理利用气体能量及减少气体影响 第12页/共41页 14 3 2 1 a 简单气锚 1孔眼； 2吸入管； 3外筒 6 7 5 4 b 井下分离器 4中心管； 5外筒； 6套管； 7封隔器 气 油 气 锚 分 离 原 理 第13页/共41页 15 1.静载荷 (一)悬点所承受的载荷 包括包括：抽

8、油杆柱载荷；作用在柱塞上的液柱：抽油杆柱载荷；作用在柱塞上的液柱 载荷；沉没压力对悬点载荷的影响；井口回载荷；沉没压力对悬点载荷的影响；井口回 压对悬点载荷的影响压对悬点载荷的影响 抽油杆柱载荷 上冲程：上冲程：gLqgLfW rsrr (即杆柱在空气中的重力即杆柱在空气中的重力) 下冲程：下冲程： LgqLg)(fW rlsrr (即杆柱在液体中的重力即杆柱在液体中的重力) . 第二节第二节 抽油机悬点载荷计算抽油机悬点载荷计算 第14页/共41页 16 gLffW lrpl )( 作用在柱塞上的液柱载荷作用在柱塞上的液柱载荷 上冲程上冲程 游动阀关闭，作用在柱塞上的液柱载荷为：游动阀关闭，

9、作用在柱塞上的液柱载荷为： 下冲程下冲程 游动阀打开，液柱载荷作用于油管游动阀打开，液柱载荷作用于油管 ，而不作用于悬点。，而不作用于悬点。 沉没压力沉没压力( (泵口压力泵口压力) )对悬点载荷的影响对悬点载荷的影响 上冲程上冲程 在沉没压力作用下，井内液体克服泵入口设备的阻在沉没压力作用下，井内液体克服泵入口设备的阻 力进入泵内，此时液流所具有的压力即吸入压力。吸入压力力进入泵内，此时液流所具有的压力即吸入压力。吸入压力 作用在柱塞底部产生作用在柱塞底部产生向上向上的载荷的载荷: 下冲程下冲程 吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响。吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响。 pinpii

10、fppfpP)( . 第15页/共41页 17 井口回压对悬点载荷的影响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。口回压对悬点将产生附加的载荷。 )( rphhu ffpP 上冲程：增加悬点载荷: rhhd fpP 下冲程：减小抽油杆柱载荷: . 第16页/共41页 18 2.2.动载荷动载荷( (惯性载荷、振动载荷惯性载荷、振动载荷) ) 惯性载荷惯性载荷( (忽略杆液弹性影响忽略杆液弹性影响) ) 抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做 变速运动，因而产生抽油杆柱和

11、液柱的惯性力。变速运动，因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。 . 第17页/共41页 19 A r r g W Ia 抽油杆柱抽油杆柱的惯性力：的惯性力： A l l g W Ia 液柱液柱的惯性力：的惯性力： rtf rp ff ff 为油管过流断面变化引为油管过流断面变化引 起液柱加速度变化的系数起液柱加速度变化的系数 上冲程上冲程:前半冲程前半冲程加速度为正，即加速度向上，则惯性力加速度为正，即加速度向上，则惯性力 向下，从而向下，从而增加增加悬点载荷；悬点载荷；后半冲程后半冲程中加速度为负，即加中加速度为负，即加 速度向下，则惯性力向上，从而速度向下，则惯性力向上，从而减小减小悬点载荷。悬

12、点载荷。 悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的。 下冲程下冲程:与上冲程相反，与上冲程相反，前半冲程前半冲程惯性力向上，惯性力向上，减小减小悬点载悬点载 荷；荷；后半冲程后半冲程惯性力向下，将惯性力向下，将增大增大悬点载荷。悬点载荷。 . 第18页/共41页 20 振动载荷振动载荷 抽油杆柱本身为一弹性体，由于抽油杆柱作变速运动和液柱抽油杆柱本身为一弹性体，由于抽油杆柱作变速运动和液柱 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，它所产

13、生的振动载荷亦作用于悬点上。其数值与抽油杆柱的抽油杆柱的 长度长度、载荷变化周期载荷变化周期及及抽油机结构抽油机结构有关有关。 . 第19页/共41页 21 3. 3. 摩擦载荷摩擦载荷 (1)抽油杆柱与油管的摩擦力抽油杆柱与油管的摩擦力 （杆管）（杆管） (2)柱塞与衬套之间的摩擦力柱塞与衬套之间的摩擦力 （柱塞与衬套）（柱塞与衬套） (3)液柱与抽油杆柱之间的摩擦力液柱与抽油杆柱之间的摩擦力 （杆液）（杆液） (4)液柱与油管之间的摩擦力液柱与油管之间的摩擦力 （管液）（管液） (5)液体通过游动阀的摩擦力液体通过游动阀的摩擦力 （阀阻力）（阀阻力） . 上冲程，增加悬点载荷上冲程，增加悬

14、点载荷 下冲程，减小悬点载荷下冲程，减小悬点载荷 第20页/共41页 22 max 22 2 ) 1(ln) 1( 1 2 mmm m LFrl 602 max SNS 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力 抽油杆柱与液柱间的摩擦发生在抽油杆柱与液柱间的摩擦发生在下冲程下冲程，摩擦力，摩擦力方向向方向向 上上。阻力的大小随抽油杆柱的下行速度而变化，最大值为。阻力的大小随抽油杆柱的下行速度而变化，最大值为 ： 主要决定因素：主要决定因素：液体粘度和抽油杆的运动速度。液体粘度和抽油杆的运动速度。 把悬点看做简谐运动，则把悬点看做简谐运动，则 液柱与油管间的摩擦力液柱与油管间的摩擦力

15、 上冲程时，游动阀关闭，油管内的液柱随抽油杆柱和柱塞上冲程时，游动阀关闭，油管内的液柱随抽油杆柱和柱塞 上行，液柱与油管间发生相对运动而引起的摩擦力的上行，液柱与油管间发生相对运动而引起的摩擦力的方向向方向向 下下，故，故增大悬点载荷增大悬点载荷。 3 . 1 Frl t l F . 第21页/共41页 23 NfFrt杆管摩擦力：杆管摩擦力： 液体通过游动阀产生的阻力：液体通过游动阀产生的阻力： ghfF plv 2 2 3 22 )( 1029. 7 1 SN f f o p l 柱塞与衬套之间的摩擦力：柱塞与衬套之间的摩擦力： 与配合间隙有关，属半干摩擦，一般摩擦力不超过与配合间隙有关，

16、属半干摩擦，一般摩擦力不超过1717N . 第22页/共41页 24 悬点载荷的三项基本载荷：悬点载荷的三项基本载荷： 抽油杆柱载荷抽油杆柱载荷 液柱载荷液柱载荷 惯性载荷惯性载荷 稠油井内：稠油井内： 摩擦载荷摩擦载荷 大沉没度的井：大沉没度的井： 沉没压力产生的载荷沉没压力产生的载荷 在低沉没度井：在低沉没度井： 柱塞与泵内液面的撞击，产生柱塞与泵内液面的撞击，产生冲击载荷冲击载荷 . 悬点载荷的小结悬点载荷的小结 第23页/共41页 25 第六节第六节 有杆抽油系统工况分析有杆抽油系统工况分析 (1) 了解油层生产能力及工作状况，分析是否已发挥了油层潜力了解油层生产能力及工作状况，分析是

17、否已发挥了油层潜力 ，分析、判断油层不正常工作的原因；，分析、判断油层不正常工作的原因； (2) 了解设备能力及工作状况，分析设备是否适应油层生产能了解设备能力及工作状况，分析设备是否适应油层生产能 力，了解设备潜力，分析判断设备不正常的原因；力，了解设备潜力，分析判断设备不正常的原因； (3) 分析检查措施效果。分析检查措施效果。 分析目的：分析目的：油层与抽油设备协调，油井高效生产。油层与抽油设备协调，油井高效生产。 分析内容：分析内容： 第24页/共41页 26 一、抽油井液面测试与分析一、抽油井液面测试与分析 （一）动液面、静液面及采油指数（一）动液面、静液面及采油指数 静液面（静液面

18、（L Ls s或或H Hs s）：）：对应于对应于油藏压力。油藏压力。 动液面（动液面（L Lf f或或H Hf f）：）：对应于井底压力对应于井底压力 流压流压 生产压差：生产压差：与静液面和动液面之差与静液面和动液面之差 相对应的压力差。相对应的压力差。 沉没度沉没度h hs s：根据气油比和原油进泵根据气油比和原油进泵 压力损失而定。压力损失而定。 图图3-25 静液面与动液面的位置静液面与动液面的位置 第25页/共41页 27 2/VtL ( (二二) )液面位置的测量液面位置的测量 测量仪器：回声仪测量仪器：回声仪 测量原理：测量原理：利用声波在环形空间流体介质中的传播速利用声波在环

19、形空间流体介质中的传播速 度和测得的反射时间来计算其位置：度和测得的反射时间来计算其位置： 1.有音标的井有音标的井 图图3-26 声波反射曲线声波反射曲线 2/ 1 1 t L V 1 1 t t LL 图图3-25 静液面与动液面的位置静液面与动液面的位置 第26页/共41页 28 二、地面示功图分析二、地面示功图分析 示功图：示功图：载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。载荷随位移的变化关系曲线所构成的封闭曲线图。 地面示功图或光杆示功图地面示功图或光杆示功图：悬点载荷与位移关系的示功图。悬点载荷与位移关系的示功图。 ( (一一) )理论示功图及其分析理论示功图及其分析 1.1.静

20、载荷作用下的理论示功图静载荷作用下的理论示功图 循环过程：循环过程： 下死点下死点A 加载完成加载完成B 上死点上死点C 卸载完成卸载完成D 下死点下死点A 图图3-28 静载理论示功图静载理论示功图 第27页/共41页 29 2.2.考虑惯性载荷后的理论示功图考虑惯性载荷后的理论示功图 图图3-29 考虑惯性和振动后的理论示功图考虑惯性和振动后的理论示功图 S/2 第28页/共41页 30 ( (二二) )典型示功图分析典型示功图分析 典型示功图：典型示功图：某一因素的影响十分明显，其形状代表了该某一因素的影响十分明显，其形状代表了该 因素影响下的基本特征的示功图。因素影响下的基本特征的示功

21、图。 1.1.气体和充不满对示功图的影响气体和充不满对示功图的影响 图图3-30 有气体影响的示功图有气体影响的示功图 气体影响示功图气体影响示功图 S DD g AD D A 充满系数充满系数 ： 气锁气锁 第29页/共41页 31 充不满影响的示功图充不满影响的示功图 充不满现象：充不满现象：地层产液在上冲程末未充满泵筒的现象。地层产液在上冲程末未充满泵筒的现象。 液击现象：液击现象：泵充不满生产时，柱塞与泵内液面撞击引泵充不满生产时，柱塞与泵内液面撞击引 起抽油设备受力急剧变化的现象。起抽油设备受力急剧变化的现象。 图图3-31 充不满的示功图充不满的示功图 第30页/共41页 32 2

22、.2.漏失对示功图的影响漏失对示功图的影响 排出部分的漏失排出部分的漏失 图图3-32 泵排出部分漏失泵排出部分漏失 CBS pu 柱塞的有效吸入行程柱塞的有效吸入行程 ： SCB / 泵效：泵效： 第31页/共41页 33 吸入部分漏失吸入部分漏失 图图3-33 吸入凡尔漏失吸入凡尔漏失 ADS ped 柱塞的有效吸入行程柱塞的有效吸入行程 ： SAD / 泵效：泵效： 第32页/共41页 34 图3-34 吸入凡尔严重漏失 第33页/共41页 35 吸入部分和排出部分同时漏失 图3-35 吸入凡尔和排出凡尔同时漏失 第34页/共41页 36 3.柱塞遇卡的示功图 柱塞在泵筒内被卡死在某一位置时，在抽汲过程中柱塞无法 移动而只有抽油杆的伸缩变形，图形形状与被卡位置有关。 图3-36 活塞卡在泵筒中部 第35页/共41页 37 4.带喷井的示功图 在抽汲过程中，游动阀和固定阀处于同时打开状态，液柱