1、tQQ/第四節(jié)第四節(jié) 泵效計算泵效計算泵效泵效：在抽油井生產(chǎn)過程中，實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值。在抽油井生產(chǎn)過程中，實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量的比值。影響泵效的因素：影響泵效的因素：(3) (3) 漏失影響漏失影響(1) (1) 抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮SSp入(2) (2) 氣體和充不滿的影響氣體和充不滿的影響活液VV(4) (4) 體積系數(shù)的影響體積系數(shù)的影響lBB1地面產(chǎn)液量地面產(chǎn)液量一、柱塞沖程一、柱塞沖程 液柱載荷交替地由油管轉(zhuǎn)移到抽油桿柱和由抽油桿柱轉(zhuǎn)移到液柱載荷交替地由油管轉(zhuǎn)移到抽油桿柱和由抽油桿柱轉(zhuǎn)移到油管，使桿柱和管柱發(fā)生交替地伸長和縮短。油管，使桿柱和管柱

2、發(fā)生交替地伸長和縮短。( (一一) )靜載荷作用下的柱塞沖程靜載荷作用下的柱塞沖程 柱塞沖程小于光桿沖程柱塞沖程小于光桿沖程抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮抽油桿柱和油管柱的彈性伸縮泵效小于泵效小于1 1交變載荷作用交變載荷作用 抽油桿柱和油管柱的自重伸長在泵工作的整個過程中是不變抽油桿柱和油管柱的自重伸長在泵工作的整個過程中是不變的，它們不會影響柱塞沖程。的，它們不會影響柱塞沖程。)ff(ELFtr*l11沖程損失計算式：沖程損失計算式： SSStrp)(柱塞沖程：柱塞沖程：沖程損失：沖程損失：tr抽油桿和油管彈性伸縮示意圖抽油桿和油管彈性伸縮示意圖)fLfL(EFmiriit*l1多級抽油桿的沖

3、程損失：多級抽油桿的沖程損失：沖程損失的影響因素分析：沖程損失的影響因素分析：(2) (2) 抽油桿和油管的性質(zhì)、組合；抽油桿和油管的性質(zhì)、組合；(3) (3) 下泵深度；下泵深度；(4) (4) 抽油泵的規(guī)格。抽油泵的規(guī)格。(1) (1) 油層供液狀況和生產(chǎn)流體的性質(zhì)；油層供液狀況和生產(chǎn)流體的性質(zhì)；( (一一) )靜載荷作用下的柱塞沖程靜載荷作用下的柱塞沖程 ( (二二) )考慮慣性載荷后柱塞沖程的計算考慮慣性載荷后柱塞沖程的計算 當(dāng)懸點(diǎn)上升到上死點(diǎn)時，抽油桿柱有向下的當(dāng)懸點(diǎn)上升到上死點(diǎn)時，抽油桿柱有向下的( (負(fù)的負(fù)的) )最大最大加速度和向上的最大慣性載荷，抽油桿在慣性載荷的作用下加速度

4、和向上的最大慣性載荷，抽油桿在慣性載荷的作用下還會帶著柱塞繼續(xù)上行還會帶著柱塞繼續(xù)上行 。 當(dāng)懸點(diǎn)下行到下死點(diǎn)后，抽油桿的慣性力向下，使抽油當(dāng)懸點(diǎn)下行到下死點(diǎn)后，抽油桿的慣性力向下，使抽油桿柱伸長，柱塞又比靜載變形時向下多移動一段距離桿柱伸長，柱塞又比靜載變形時向下多移動一段距離 。 i柱塞沖程柱塞沖程增加增加量量：EfLSNWrri17902 由于抽油桿柱上各點(diǎn)所承受的慣性力不同，計算中近似由于抽油桿柱上各點(diǎn)所承受的慣性力不同，計算中近似取其平均值，即：取其平均值，即： 根據(jù)虎克定律，慣性載荷引起的柱塞沖程增量為：根據(jù)虎克定律，慣性載荷引起的柱塞沖程增量為：)lr(EfLSNWEfLI)lr

5、(EfLSNWEfLIrrrrdrrrrd 1179022117902222上沖程：上沖程：)lr(EfLSNWEfLI)lr(EfLSNWEfLIrrrrurrrrd 1179022117902222下沖程：下沖程：( (二二) )考慮慣性載荷后柱塞沖程的計算考慮慣性載荷后柱塞沖程的計算)17901 (2EfLNWSSSrrip 因此，因此，考慮靜載荷和慣性載荷后的柱塞沖程為：考慮靜載荷和慣性載荷后的柱塞沖程為：( (三三) )抽油桿柱的振動對柱塞沖程的影響抽油桿柱的振動對柱塞沖程的影響 理論分析和實(shí)驗(yàn)研究表明：理論分析和實(shí)驗(yàn)研究表明：抽油桿柱本身振動的相位在上抽油桿柱本身振動的相位在上下沖

6、程中幾乎是對稱的，下沖程中幾乎是對稱的，即如果上沖程末抽油桿柱伸長，則下即如果上沖程末抽油桿柱伸長，則下沖程末抽油桿柱縮短。因此，抽油桿振動引起的伸縮對柱塞沖沖程末抽油桿柱縮短。因此，抽油桿振動引起的伸縮對柱塞沖程的影響是一致程的影響是一致 ，即要增加都增加，要減小都減小。其增減，即要增加都增加，要減小都減小。其增減情況取決于抽油桿柱自由振動與懸點(diǎn)擺動引起的強(qiáng)迫振動的相情況取決于抽油桿柱自由振動與懸點(diǎn)擺動引起的強(qiáng)迫振動的相位配合。位配合。液柱載荷交變作用液柱載荷交變作用抽油桿柱變速運(yùn)動抽油桿柱變速運(yùn)動抽油桿柱振動抽油桿柱振動 抽油桿柱變形抽油桿柱變形 因此，抽油桿因此，抽油桿柱振動對柱塞沖程柱

7、振動對柱塞沖程的影響存在著的影響存在著沖沖 次、次、沖程配合的有利與沖程配合的有利與不利區(qū)域。不利區(qū)域。超沖程現(xiàn)象超沖程現(xiàn)象二、泵的充滿程度二、泵的充滿程度氣鎖氣鎖：抽汲時由于氣體在泵內(nèi)壓縮和膨脹，吸入和排出閥無抽汲時由于氣體在泵內(nèi)壓縮和膨脹，吸入和排出閥無法打開，出現(xiàn)抽不出油的現(xiàn)象。法打開，出現(xiàn)抽不出油的現(xiàn)象。氣體對沖滿程度的影響氣體對沖滿程度的影響psVVK/余隙比：余隙比：充滿系數(shù)：充滿系數(shù)：RKRKRKVVpl1111binPP 條件：條件： RVVVVVVRVVVVVVVpsplplsllpglp1RKRKRK1111泵充滿程度的影響因素分析：泵充滿程度的影響因素分析：(1) (1)

8、 生產(chǎn)流體的性質(zhì)生產(chǎn)流體的性質(zhì)氣液比氣液比 R R愈小，愈小， 就越大。增加泵的沉沒深度或使用氣錨。就越大。增加泵的沉沒深度或使用氣錨。(2)(2) 防沖距防沖距 泵吸入口泵吸入口壓力壓力下死點(diǎn)靜止?fàn)顟B(tài)下柱塞下死點(diǎn)靜止?fàn)顟B(tài)下柱塞與泵吸入口的距離與泵吸入口的距離K K值越小，值越小， 值就越大。盡量減小防沖距，以減小余隙。值就越大。盡量減小防沖距，以減小余隙。 二、泵的充滿程度二、泵的充滿程度三、泵的漏失三、泵的漏失(1) (1) 排出部分漏失排出部分漏失(2) (2) 吸入部分漏失吸入部分漏失(3) (3) 其它部分漏失其它部分漏失 如油管絲扣、泵的連接部分及泄油器不嚴(yán)等如油管絲扣、泵的連接部

9、分及泄油器不嚴(yán)等影響影響泵效泵效漏失漏失 漏失很難計算，漏失很難計算，除了新泵可根據(jù)試泵實(shí)驗(yàn)測試結(jié)除了新泵可根據(jù)試泵實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果和相關(guān)式估算外，泵由于磨損、砂蠟卡和腐蝕所產(chǎn)果和相關(guān)式估算外，泵由于磨損、砂蠟卡和腐蝕所產(chǎn)生的漏失以及油管絲扣、泵的連接部分和泄油器不嚴(yán)生的漏失以及油管絲扣、泵的連接部分和泄油器不嚴(yán)等所產(chǎn)生的漏失很難計算。等所產(chǎn)生的漏失很難計算。柱塞與襯套間隙漏失計算柱塞與襯套間隙漏失計算靜止條件下的漏失量：靜止條件下的漏失量：lHgDeq1231tBLQq2864001pDeq212活塞向上運(yùn)動時上帶液量：活塞向上運(yùn)動時上帶液量：pDelHgDeqqq21.12321總漏失量為：總

10、漏失量為： 所以只考慮柱塞間隙漏失時，漏失系數(shù)為：所以只考慮柱塞間隙漏失時，漏失系數(shù)為：四、提高泵效的措施四、提高泵效的措施(1)(1)選擇合理的工作方式選擇合理的工作方式選用大沖程、小沖次，減小氣體影響，降低懸點(diǎn)載荷，特別選用大沖程、小沖次，減小氣體影響，降低懸點(diǎn)載荷，特別是稠油的井。是稠油的井。連噴帶抽井選用大沖數(shù)快速抽汲，以增強(qiáng)誘噴作用。連噴帶抽井選用大沖數(shù)快速抽汲，以增強(qiáng)誘噴作用。深井抽汲時，深井抽汲時，S S和和N N的選擇一定要避開不利配合區(qū)。的選擇一定要避開不利配合區(qū)。(2)(2)確定合理沉沒度。確定合理沉沒度。(3)(3)改善泵的結(jié)構(gòu)，提高泵的抗磨、抗腐蝕性能。改善泵的結(jié)構(gòu)，提

11、高泵的抗磨、抗腐蝕性能。(4)(4)使用油管錨減少沖程損失使用油管錨減少沖程損失(5)(5)合理利用氣體能量及減少氣體影響合理利用氣體能量及減少氣體影響321a 簡單氣錨1孔眼；2吸入管；3外筒6754b 井下分離器4中心管；5外筒；6套管；7封隔器氣 油重重力力式式氣氣錨錨分分離離原原理理旋流分離器旋流分離器 利用離心力原理分離氣液（固）體。利用離心力原理分離氣液（固）體。 氣液（固）混合物由切線方向進(jìn)入分離器氣液（固）混合物由切線方向進(jìn)入分離器后，沿分離器筒體旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生后，沿分離器筒體旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力離心力。離心力。離心力與液（固）體顆粒的密度成正比。液（固）體與液（固）體顆粒的密度成正比

12、。液（固）體顆粒的密度比氣體大得多，于是顆粒的密度比氣體大得多，于是液（固）體顆液（固）體顆粒就被拋到外圈（靠近器壁），粒就被拋到外圈（靠近器壁），較輕的氣體則較輕的氣體則在內(nèi)圈。在內(nèi)圈。被拋在外圈的液（固）體顆粒繼續(xù)旋被拋在外圈的液（固）體顆粒繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并向下沉淀，最后到達(dá)錐形管聚集后從下轉(zhuǎn)，并向下沉淀，最后到達(dá)錐形管聚集后從下部出口放出，內(nèi)圈的氣體則從上部出口放出。部出口放出，內(nèi)圈的氣體則從上部出口放出。 rfPmaxmaxrfPminmin第五節(jié)第五節(jié) 有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計 一、抽油桿強(qiáng)度計算及桿柱設(shè)計一、抽油桿強(qiáng)度計算及桿柱設(shè)計抽油桿設(shè)計：抽油桿設(shè)計：抽油桿柱的長度、直徑、

13、組合及材料。抽油桿柱的長度、直徑、組合及材料。 抽油桿柱工作時承受著交變負(fù)荷所產(chǎn)生的非對稱循環(huán)應(yīng)抽油桿柱工作時承受著交變負(fù)荷所產(chǎn)生的非對稱循環(huán)應(yīng)力作用。力作用。 在交變負(fù)荷作用下，抽油桿柱往往是由于疲勞而發(fā)生破壞，在交變負(fù)荷作用下，抽油桿柱往往是由于疲勞而發(fā)生破壞，而不是在最大拉應(yīng)力下破壞。因此，抽油桿柱必須根據(jù)疲勞強(qiáng)而不是在最大拉應(yīng)力下破壞。因此，抽油桿柱必須根據(jù)疲勞強(qiáng)度來進(jìn)行計算度來進(jìn)行計算K11maxacrafPP22minmaxminmax1. 1. 奧金格公式奧金格公式采用采用下部加重桿柱下部加重桿柱，既可提高抽油桿剛度和強(qiáng)度，又可克服活，既可提高抽油桿剛度和強(qiáng)度，又可克服活塞下行阻

14、力，以減小彎曲。塞下行阻力，以減小彎曲。注意：注意：對于深井，通常對于深井，通常多級組合抽油桿柱多級組合抽油桿柱。強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件： 1c( (一一) )抽油桿強(qiáng)度計算方法抽油桿強(qiáng)度計算方法 抽油桿使用系數(shù)抽油桿使用系數(shù)取決于流體的性質(zhì)取決于流體的性質(zhì)2.2.修正古德曼方法修正古德曼方法修正古德曼圖修正古德曼圖安全區(qū)安全區(qū)強(qiáng)度條件：強(qiáng)度條件：allmaxSF)5625. 04T(minall%100minminmaxallPL應(yīng)力范圍比：應(yīng)力范圍比：( (一一) )抽油桿強(qiáng)度計算方法抽油桿強(qiáng)度計算方法 ( (二二) )抽油桿柱設(shè)計步驟抽油桿柱設(shè)計步驟 (2) (2) 等強(qiáng)度設(shè)計方法等強(qiáng)度設(shè)計

15、方法(1) (1) 不等強(qiáng)度設(shè)計方法不等強(qiáng)度設(shè)計方法套管套管抽油泵抽油泵油管油管.21PLPL%100iPL%100iPL二、有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計二、有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計有桿抽油系統(tǒng)組成：有桿抽油系統(tǒng)組成：有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容：有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容：(1) (1) 油層油層(2) (2) 井筒井筒(4) (4) 地面出油管線地面出油管線(3) (3) 采油設(shè)備采油設(shè)備( (機(jī)、桿、泵等機(jī)、桿、泵等) )(4) (4) 工況指標(biāo)預(yù)測。工況指標(biāo)預(yù)測。(1) (1) 油井流入動態(tài)計算；油井流入動態(tài)計算；(2) (2) 采油設(shè)備采油設(shè)備( (機(jī)、桿、泵等機(jī)、桿、泵等) )選擇；選擇；(3) (3)

16、 抽汲參數(shù)抽汲參數(shù)( (沖程、沖次、泵徑和下泵深度等沖程、沖次、泵徑和下泵深度等) )確定；確定；有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)：有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)： 經(jīng)濟(jì)、有效地舉升原油。經(jīng)濟(jì)、有效地舉升原油。IPR井筒多相井筒多相流規(guī)律流規(guī)律運(yùn)動學(xué)和動運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)規(guī)律力學(xué)規(guī)律地面多相地面多相流規(guī)律流規(guī)律(1) (1) 油井和油層數(shù)據(jù)；油井和油層數(shù)據(jù)；(2) (2) 流體物性參數(shù)；流體物性參數(shù)；(3) (3) 油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)。油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)。有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)：有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)：有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計理論基礎(chǔ)：有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計理論基礎(chǔ)：有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：有桿抽油系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：油藏供液能力油藏供液能力節(jié)點(diǎn)系

17、統(tǒng)分析方法節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分析方法二、有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計二、有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計思路：有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計思路：TP、hqwfPfhpumphtPcPoutPinPiqwfiP(1) IPR(1) IPR計算計算(3) (3) 溫度場計算溫度場計算(2)(2)iqwfiP(4)(4)wfiPinPcP(5) (5) 計算計算fh(6)(6)tPoutP(7) (7) 抽油桿柱設(shè)計抽油桿柱設(shè)計(8) (8) 泵效分析泵效分析(9) (9) 產(chǎn)量迭代計算產(chǎn)量迭代計算(10) (10) 工況指標(biāo)計算工況指標(biāo)計算抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的必要性分析抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的必要性

18、分析（1 1）示例井?dāng)?shù)據(jù)表）示例井?dāng)?shù)據(jù)表油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 油層溫度() 50 井井 身身 軌軌 跡跡 套管外徑(mm) 1778 井身長(m) 井斜(度) 套管內(nèi)徑(mm) 1571 0 0 油管外徑(mm) 73 1312 0 油管內(nèi)徑(mm) 63 人工井底(m) 14397 油層壓力(MPa) 20 流 體 物 性 參 數(shù) 飽 和 壓 力 (MPa) 10.2 氣 相 相 對 密 度 ( 小數(shù) ) 0.6 原 油 密 度 (kg/m3) 971.5 原 油 粘 溫 關(guān) 系 系 數(shù) a 無 地 層 水 密 度 (kg/m3) 1000 原 油 粘 溫 關(guān) 系 系 數(shù) b 無 油 井 生 產(chǎn) 數(shù)

19、 據(jù) 抽 油 機(jī) 型 號 CYJY8-3-48B 下 泵 深 度 (m) 1001.2 產(chǎn) 量 (t/d) 31.6 動 液 面 (m) 498 沖 程 (m) 3 沖 次 (rpm) 6 泵 徑 (mm) 56 井 口 油 壓 (MPa) 0.7 井 口 套 壓 (MPa) 2.7 生 產(chǎn) 氣 油 比 (m3/t) 0 質(zhì) 量 含 水 率 (%) 96.1 尾 管 深 度 (m) 1051.2 抽 油 桿 柱 組 合 (直 徑 mm 長 度 m) 22 1001.2 抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的必要性分析抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的必要性分析指標(biāo) 數(shù)據(jù)范圍 抽油機(jī)型號 CYJY8-3-48B 沖

20、程(m) 1.8、2.1、2.4、2.7、3.0 沖次(rpm) 3、4、5、6、7、8、9 下泵深度(m) 5001200 迭代間距(m) 100 尾管長度(m) 20 泵徑(mm) 38、44、56、70、83 （2）計算分析數(shù)據(jù)范圍）計算分析數(shù)據(jù)范圍抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的必要性分析抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的必要性分析1 5 7 8 5=1400 方案數(shù)為: （3）油井產(chǎn)能分析）油井產(chǎn)能分析示例井流入動態(tài)曲線示例井流入動態(tài)曲線0246810121416020406080100120140產(chǎn)液量(t/d)井底流壓(MPa)抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的必要性分析抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的必要

21、性分析（4）油井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的必要性）油井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的必要性 根據(jù)示例井的已知數(shù)據(jù)和所提供的設(shè)備（機(jī)、桿、泵）及設(shè)根據(jù)示例井的已知數(shù)據(jù)和所提供的設(shè)備（機(jī)、桿、泵）及設(shè)計分析數(shù)據(jù)范圍。共有計分析數(shù)據(jù)范圍。共有14001400個組合方案，其中個組合方案，其中831831個方案具有技個方案具有技術(shù)可行性。術(shù)可行性。l 油井產(chǎn)液量的變化范圍為油井產(chǎn)液量的變化范圍為7.81t/d7.81t/d，77.29t/d 77.29t/d l 產(chǎn)油量的變化范圍為產(chǎn)油量的變化范圍為0.30t/d0.30t/d，3.01t/d3.01t/dl 舉升效率的變化范圍為舉升效率的變化范圍為3.51%3.51%，6

22、8.42% 68.42% l 泵效的變化范圍為泵效的變化范圍為65.82%65.82%，90.08% 90.08% 無論是從產(chǎn)量，還是從舉升效率考慮，均有必要以油井和油層的性質(zhì)無論是從產(chǎn)量，還是從舉升效率考慮，均有必要以油井和油層的性質(zhì)狀態(tài)為基礎(chǔ)，優(yōu)化配置抽油設(shè)備及其工作，使油井經(jīng)濟(jì)高效生產(chǎn)。狀態(tài)為基礎(chǔ)，優(yōu)化配置抽油設(shè)備及其工作，使油井經(jīng)濟(jì)高效生產(chǎn)。抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的必要性分析抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的必要性分析油井產(chǎn)液量與舉升效率的關(guān)系油井產(chǎn)液量與舉升效率的關(guān)系00.10.20.30.40.50.60.70.801020304050607080產(chǎn)液量(t/d)舉升效率(小數(shù))抽油機(jī)井

23、生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的必要性分析抽油機(jī)井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的必要性分析 開 始 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 油井產(chǎn)能（IPR 曲線）計算 抽油設(shè)備使用范圍及規(guī)格的確定 i=0 設(shè)計方案的落實(shí)（n 個方案） i=i+1 井筒中流體壓力、溫度及物性分布計算 抽油桿柱設(shè)計 抽油泵泵效組成分析 抽油工況指標(biāo)預(yù)測 i=n 設(shè)計目標(biāo)的確定 數(shù)據(jù)結(jié)果存儲與輸出 結(jié) 束 N Y 有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計框圖有桿抽油井生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計框圖? ?三、鋼桿三、鋼桿- -玻璃鋼桿組合桿柱抽油技術(shù)玻璃鋼桿組合桿柱抽油技術(shù)玻璃鋼桿優(yōu)點(diǎn)玻璃鋼桿優(yōu)點(diǎn)(1) (1) 重量輕，可減少設(shè)備投資，節(jié)省能源和增加下泵深度。重量輕，可減少設(shè)備投資，節(jié)省能源和增加

24、下泵深度。(2) (2) 彈性好，可以實(shí)現(xiàn)超沖程。彈性好，可以實(shí)現(xiàn)超沖程。(3) (3) 耐腐蝕，可減少斷脫事故。耐腐蝕，可減少斷脫事故。玻璃鋼桿缺點(diǎn)玻璃鋼桿缺點(diǎn)(1) (1) 價格貴：是鋼質(zhì)抽油桿的價格貴：是鋼質(zhì)抽油桿的1.61.61.81.8倍。倍。(2) (2) 不能承受軸向壓縮載荷，使用溫度不能超過不能承受軸向壓縮載荷，使用溫度不能超過93.393.3。(3) (3) 報廢桿不能溶化回收利用。報廢桿不能溶化回收利用。目前鋼目前鋼玻璃鋼組合桿柱設(shè)計理論與普通全鋼桿設(shè)計理論基本相同。玻璃鋼組合桿柱設(shè)計理論與普通全鋼桿設(shè)計理論基本相同。第六節(jié)第六節(jié) 有桿抽油系統(tǒng)工況分析有桿抽油系統(tǒng)工況分析(

25、1) (1) 了解油層生產(chǎn)能力及工作狀況，分析是否已發(fā)揮了油層潛了解油層生產(chǎn)能力及工作狀況，分析是否已發(fā)揮了油層潛力，分析、判斷油層不正常工作的原因；力，分析、判斷油層不正常工作的原因；(2) (2) 了解設(shè)備能力及工作狀況，分析設(shè)備是否適應(yīng)油層生產(chǎn)能了解設(shè)備能力及工作狀況，分析設(shè)備是否適應(yīng)油層生產(chǎn)能力，了解設(shè)備潛力，分析判斷設(shè)備不正常的原因；力，了解設(shè)備潛力，分析判斷設(shè)備不正常的原因；(3) (3) 分析檢查措施效果。分析檢查措施效果。分析目的：分析目的：油層與抽油設(shè)備協(xié)調(diào)，油井高效生產(chǎn)。油層與抽油設(shè)備協(xié)調(diào)，油井高效生產(chǎn)。分析內(nèi)容：分析內(nèi)容：一、抽油井液面測試與分析一、抽油井液面測試與分析（

26、一）動液面、靜液面及采油指數(shù)（一）動液面、靜液面及采油指數(shù)靜液面（靜液面（L Ls s或或H Hs s）：）：對應(yīng)于對應(yīng)于油藏壓力。油藏壓力。動液面（動液面（L Lf f或或H Hf f）：）：對應(yīng)于井底壓力對應(yīng)于井底壓力 流壓流壓生產(chǎn)壓差：生產(chǎn)壓差：與靜液面和動液面之差與靜液面和動液面之差相對應(yīng)的壓力差。相對應(yīng)的壓力差。沉沒度沉沒度h hs s：根據(jù)氣油比和原油進(jìn)泵壓根據(jù)氣油比和原油進(jìn)泵壓力損失而定。力損失而定。 靜液面與動液面的位置靜液面與動液面的位置610gpLLocffcfssfHHQLLQK采油指數(shù)：采油指數(shù)：折算液面折算液面：把在一定套壓下測得的液面折算成套管壓力為把在一定套壓下測

27、得的液面折算成套管壓力為零時的液面，即：零時的液面，即：？（一）動液面、靜液面及采油指數(shù)（一）動液面、靜液面及采油指數(shù) 靜液面與動液面的位置靜液面與動液面的位置2/VtL ( (二二) )液面位置的測量液面位置的測量測量儀器：回聲儀測量儀器：回聲儀測量原理：利用聲波在環(huán)形空間流體介質(zhì)中的傳播速度測量原理：利用聲波在環(huán)形空間流體介質(zhì)中的傳播速度和測得的反射時間來計算其位置：和測得的反射時間來計算其位置： 1.1.有音標(biāo)的井有音標(biāo)的井 聲波反射曲線聲波反射曲線2/11tLV 11ttLL KPV ZRTmPVZRTKV ZKTVgo95.162.2.無音標(biāo)井無音標(biāo)井根據(jù)波動理論和聲學(xué)原理，聲波在氣

28、體中的傳播速度為：根據(jù)波動理論和聲學(xué)原理，聲波在氣體中的傳播速度為：利用氣體狀態(tài)方程確定氣體密度：利用氣體狀態(tài)方程確定氣體密度：Vm/因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?ZRTP則：則：聲波速度為：聲波速度為：簡化為：簡化為：( (三三) )含水井油水界面及工作制度與含水的關(guān)系含水井油水界面及工作制度與含水的關(guān)系含水井正常抽油時，油水界面穩(wěn)定在泵的吸入口處。含水井正常抽油時，油水界面穩(wěn)定在泵的吸入口處。低氣油比含水油井低氣油比含水油井：在泵下加深尾：在泵下加深尾管來降低流壓，提高產(chǎn)量管來降低流壓，提高產(chǎn)量( (同樣的動同樣的動液面深度時液面深度時) )。低含水高氣油比井低含水高氣油比井( (除帶噴者外除帶噴者外)

29、)：加深尾管會降低泵的充滿系數(shù)。加深尾管會降低泵的充滿系數(shù)。 含水井的油水界面含水井的油水界面思考題：上述說法的理由？思考題：上述說法的理由？抽油井工作制度與含水的變化關(guān)系抽油井工作制度與含水的變化關(guān)系 當(dāng)油層和水層壓力相同當(dāng)油層和水層壓力相同( (或油水同層或油水同層) )時，油井含水不隨工作時，油井含水不隨工作制度而改變；制度而改變； 當(dāng)出油層壓力高于出水層壓力時，增大總采液量當(dāng)出油層壓力高于出水層壓力時，增大總采液量( (降流壓降流壓) )，將引起油井含水量的上升；將引起油井含水量的上升； 當(dāng)水層壓力高于油層壓力時，加大總采液量，將使油井含當(dāng)水層壓力高于油層壓力時，加大總采液量，將使油井

30、含水量下降。水量下降。確定含水井工作制度時：確定含水井工作制度時：對油水層壓力相同及水層壓力高于油層壓力的井，把產(chǎn)液量對油水層壓力相同及水層壓力高于油層壓力的井，把產(chǎn)液量增大到設(shè)備允許的抽汲量是合理的。增大到設(shè)備允許的抽汲量是合理的。利用油井在不同工作制度下產(chǎn)液量與含水的變化情況來判斷利用油井在不同工作制度下產(chǎn)液量與含水的變化情況來判斷油水層的壓力關(guān)系。油水層的壓力關(guān)系。?二、地面示功圖分析二、地面示功圖分析示功圖：示功圖：載荷隨位移的變化關(guān)系曲線所構(gòu)成的封閉曲線圖。載荷隨位移的變化關(guān)系曲線所構(gòu)成的封閉曲線圖。地面示功圖或光桿示功圖：地面示功圖或光桿示功圖：懸點(diǎn)載荷與位移關(guān)系的示功圖。懸點(diǎn)載荷

31、與位移關(guān)系的示功圖。示功圖測試儀器：示功圖測試儀器：動力儀。動力儀。( (一一) )理論示功圖及其分析理論示功圖及其分析1.1.靜載荷作用下的理論示功圖靜載荷作用下的理論示功圖循環(huán)過程：下死點(diǎn)循環(huán)過程：下死點(diǎn)A A加載完成加載完成B B上上死點(diǎn)死點(diǎn)C C卸載完成卸載完成D D下死點(diǎn)下死點(diǎn)A A 靜載理論示功圖靜載理論示功圖ABCABC為上沖程靜載荷變化線。為上沖程靜載荷變化線。ABAB為為加載過程，加載過程中，游動閥加載過程，加載過程中，游動閥和固定閥處于關(guān)閉狀態(tài)；在和固定閥處于關(guān)閉狀態(tài)；在B B點(diǎn)加點(diǎn)加載完畢，變形結(jié)束，柱塞與泵筒載完畢，變形結(jié)束，柱塞與泵筒開始發(fā)生相對位移，固定閥打開開始發(fā)

32、生相對位移，固定閥打開而吸入液體。而吸入液體。BCBC為吸入過程為吸入過程（BC=sBC=sP P為泵的沖程），游動閥處為泵的沖程），游動閥處于關(guān)閉狀態(tài)。于關(guān)閉狀態(tài)。CDACDA為下沖程靜載荷變化線。為下沖程靜載荷變化線。CDCD為卸載過程，游動閥和固定閥處為卸載過程，游動閥和固定閥處于關(guān)閉狀態(tài)；在于關(guān)閉狀態(tài)；在D D點(diǎn)卸載完畢，點(diǎn)卸載完畢，變形結(jié)束，柱塞與泵筒發(fā)生向下變形結(jié)束，柱塞與泵筒發(fā)生向下相對位移，游動閥被頂開、排出相對位移，游動閥被頂開、排出液體。液體。DADA為排出過程，固定閥處為排出過程，固定閥處于關(guān)閉狀態(tài)。于關(guān)閉狀態(tài)。二、地面示功圖分析二、地面示功圖分析2.2.考慮慣性載荷后的

33、理論示功圖考慮慣性載荷后的理論示功圖 考慮慣性和振動后的理論示功圖考慮慣性和振動后的理論示功圖S/2S/2( (一一) )理論示功圖及其分析理論示功圖及其分析( (二二) )典型示功圖分析典型示功圖分析典型示功圖：某一因素的影響十分明顯，其形狀代表了該典型示功圖：某一因素的影響十分明顯，其形狀代表了該因素影響下的基本特征的示功圖。因素影響下的基本特征的示功圖。1.1.氣體和充不滿對示功圖的影響氣體和充不滿對示功圖的影響有氣體影響的示功圖有氣體影響的示功圖氣體影響示功圖氣體影響示功圖SDDgADDA 充滿系數(shù)：充滿系數(shù)：氣鎖氣鎖充不滿影響的示功圖充不滿影響的示功圖充不滿現(xiàn)象：地層產(chǎn)液在上沖程末未

34、充滿泵筒的現(xiàn)象。充不滿現(xiàn)象：地層產(chǎn)液在上沖程末未充滿泵筒的現(xiàn)象。液擊現(xiàn)象：液擊現(xiàn)象：泵充不滿生產(chǎn)時，柱塞與泵內(nèi)液面撞擊引起泵充不滿生產(chǎn)時，柱塞與泵內(nèi)液面撞擊引起抽油設(shè)備受力急劇變化的現(xiàn)象。抽油設(shè)備受力急劇變化的現(xiàn)象。充不滿的示功圖充不滿的示功圖2.2.漏失對示功圖的影響漏失對示功圖的影響 排出部分的漏失排出部分的漏失 泵排出部分漏失泵排出部分漏失CBSpu柱塞的有效吸入行程：柱塞的有效吸入行程：SCB/ 泵效：泵效： 吸入部分漏失吸入部分漏失 吸入閥漏失吸入閥漏失ADSped柱塞的有效吸入行程：柱塞的有效吸入行程：SAD/ 泵泵 效：效： 吸入閥嚴(yán)重漏失吸入閥嚴(yán)重漏失 吸入部分和排出部分同時漏

35、失吸入部分和排出部分同時漏失 吸入閥和排出閥同時漏失吸入閥和排出閥同時漏失3.3.柱塞遇卡的示功圖柱塞遇卡的示功圖 柱塞在泵筒內(nèi)被卡死在某一位置時，在抽汲過程中柱塞柱塞在泵筒內(nèi)被卡死在某一位置時，在抽汲過程中柱塞無法移動而只有抽油桿的伸縮變形，圖形形狀與被卡位置有無法移動而只有抽油桿的伸縮變形，圖形形狀與被卡位置有關(guān)。關(guān)。 活塞卡在泵筒中部活塞卡在泵筒中部4.4.帶噴井的示功圖帶噴井的示功圖 在抽汲過程中，游動閥和固定閥處于同時打開狀態(tài)，液在抽汲過程中，游動閥和固定閥處于同時打開狀態(tài)，液柱載荷基本加不到懸點(diǎn)。示功圖的位置和載荷變化的大小取柱載荷基本加不到懸點(diǎn)。示功圖的位置和載荷變化的大小取決于

36、噴勢的強(qiáng)弱及抽汲液體的粘度。決于噴勢的強(qiáng)弱及抽汲液體的粘度。 噴勢強(qiáng)、油稀帶噴噴勢強(qiáng)、油稀帶噴 噴勢弱、油稠帶噴噴勢弱、油稠帶噴gqbhCLr5.5.抽油桿斷脫抽油桿斷脫 抽油桿斷脫后的懸點(diǎn)載荷實(shí)際上是斷脫點(diǎn)以上的抽油桿抽油桿斷脫后的懸點(diǎn)載荷實(shí)際上是斷脫點(diǎn)以上的抽油桿柱重量，只是由于摩擦力，才使上下載荷線不重合。圖形的柱重量，只是由于摩擦力，才使上下載荷線不重合。圖形的位置取決于斷脫點(diǎn)的位置。位置取決于斷脫點(diǎn)的位置。抽油桿柱的斷脫位置可抽油桿柱的斷脫位置可根據(jù)下式來估算：根據(jù)下式來估算： 抽油桿斷脫抽油桿斷脫 出砂井出砂井6.6.其它情況其它情況 結(jié)蠟井結(jié)蠟井 管式泵活塞脫出工作筒管式泵活塞脫

37、出工作筒 防沖距過小活塞碰防沖距過小活塞碰固定閥的示功圖固定閥的示功圖三、抽油機(jī)井工況診斷技術(shù)三、抽油機(jī)井工況診斷技術(shù)抽油機(jī)井工況診斷技術(shù)：抽油機(jī)井工況診斷技術(shù)：光桿示光桿示功圖功圖數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型計算機(jī)計算機(jī)井下示井下示功圖功圖抽油設(shè)抽油設(shè)備工況備工況計算抽油桿柱斷面上的應(yīng)力分布和示功圖；計算抽油桿柱斷面上的應(yīng)力分布和示功圖；估算泵口壓力；估算泵口壓力；判斷油井潛能；判斷油井潛能；計算活塞沖程和泵效；計算活塞沖程和泵效；檢驗(yàn)泵及油管錨的機(jī)械狀況；檢驗(yàn)泵及油管錨的機(jī)械狀況；計算和繪制扭矩曲線，并進(jìn)行平衡和功率的計算與分析。計算和繪制扭矩曲線，并進(jìn)行平衡和功率的計算與分析。抽油井計算機(jī)診斷的內(nèi)容

38、：抽油井計算機(jī)診斷的內(nèi)容：三、抽油機(jī)井工況診斷技術(shù)三、抽油機(jī)井工況診斷技術(shù)( (一一) )診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ)診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ) 抽抽油油泵泵 動動力力儀儀 抽抽油油桿桿 信號發(fā)送器信號發(fā)送器信號接收器信號接收器井下動態(tài)信井下動態(tài)信號的傳導(dǎo)線號的傳導(dǎo)線應(yīng)應(yīng)力力波波設(shè)備工況設(shè)備工況信號記錄信號記錄ttxUcxtxUattxU ),(),(),(22222 nnnnotntntD1)sincos(2)(應(yīng)力波在抽油桿柱中傳播過程可用帶阻尼的波動方程描述：應(yīng)力波在抽油桿柱中傳播過程可用帶阻尼的波動方程描述： 用以截尾傅立葉級數(shù)表示的懸點(diǎn)動負(fù)荷函數(shù)用以截尾傅立葉級數(shù)表示的懸點(diǎn)動負(fù)荷函數(shù)D(T)D(T)及

39、光桿及光桿位移函數(shù)位移函數(shù)U(T)U(T)作為邊界條件：作為邊界條件：nnnntntntU10)sincos(2)( (一一) )診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ)診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ)n1,2,=n sin)(n0,1,2,=n cos)(n1,2,=n sin)(n0,1,2=n cos)(000T0TnTnTnntdtntUtdtntUtdtntDtdtntDnnnnotntntD1)sincos(2)(nnnntntntU10)sincos(2)( (一一) )診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ)診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ) 用分離變量法，可得抽油桿柱任意深度斷面的位移隨時用分離變量法，可得抽油桿柱任意深度斷面的位移隨時間的變化：間

40、的變化：nnnnrtnxPtnxOxEAtxU100)sin)(cos)(22),(根據(jù)虎克定律：根據(jù)虎克定律：xtxUEAtxFr),(),( 抽油桿柱任意深度斷面上的動負(fù)荷函數(shù)隨時間的變化為：抽油桿柱任意深度斷面上的動負(fù)荷函數(shù)隨時間的變化為：)sin)(cos)(2),(10tnxxPtnxxOEAEAtxFnnnnrr 抽油桿柱任意深度斷面上的動負(fù)荷函數(shù)隨時間的變化為：抽油桿柱任意深度斷面上的動負(fù)荷函數(shù)隨時間的變化為：)sin)(cos)(2),(10tnxxPtnxxOEAEAtxFnnnnrr( (一一) )診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ)診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ))(,)()(112)(112sin)(

41、cos)()(cos)(sin)()(222222nnrnnnnnnnrnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnEAEAKnCannCanxxshxchxxchxshKxPxxchxshxxshxchKxO式中：式中：( (一一) )診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ)診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ)抽油桿柱系統(tǒng)的阻尼力：粘滯阻尼力、非粘滯阻尼力。抽油桿柱系統(tǒng)的阻尼力：粘滯阻尼力、非粘滯阻尼力。粘滯阻尼力粘滯阻尼力：(1) (1) 桿、接箍與液體之間的粘滯摩擦力；桿、接箍與液體之間的粘滯摩擦力；非粘滯阻尼力非粘滯阻尼力：(1) (1) 桿、接箍與油管之間的非粘滯性摩擦力；桿、接箍與油管之間的非粘滯性摩擦力；

42、 ( (二二) )阻尼系數(shù)確定阻尼系數(shù)確定(2) (2) 泵閥的流體壓力損失等。泵閥的流體壓力損失等。(2) (2) 光桿與盤根之間的摩擦力；光桿與盤根之間的摩擦力；(3) (3) 泵柱塞與泵筒之間的摩擦損失等。泵柱塞與泵筒之間的摩擦損失等。cossin12)1(4ln12112LaaLaLBBBmACrrrtDDm1ln2121mmBmmmBln) 1(12242真實(shí)阻尼真實(shí)阻尼系統(tǒng)每一個循環(huán)中消除等值阻尼力時系統(tǒng)每一個循環(huán)中消除等值阻尼力時的能量與消除真實(shí)阻尼時的能量相同的能量與消除真實(shí)阻尼時的能量相同等值阻尼等值阻尼( (二二) )阻尼系數(shù)確定阻尼系數(shù)確定( (三三) )診斷技術(shù)的應(yīng)用診

43、斷技術(shù)的應(yīng)用1.1.判斷泵的工作狀況及計算泵排量判斷泵的工作狀況及計算泵排量2.2.計算各級桿柱的應(yīng)力和分析桿柱組合的合理性計算各級桿柱的應(yīng)力和分析桿柱組合的合理性3.3.計算和分析抽油機(jī)扭矩、平衡及功率計算和分析抽油機(jī)扭矩、平衡及功率4.4.估算泵口壓力及預(yù)測油井產(chǎn)量估算泵口壓力及預(yù)測油井產(chǎn)量5.5.判斷油管錨或封隔器固定油管的有效性判斷油管錨或封隔器固定油管的有效性( (四四) )診斷技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r診斷技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r(1) Gibbs S G.(1) Gibbs S G.一維帶阻尼的波動方程一維帶阻尼的波動方程(1966(1966年）年）(2) Doty D R. & Smith Z.(2

44、) Doty D R. & Smith Z.二維預(yù)測模型二維預(yù)測模型(1981(1981年年) )(4) (4) 示功圖識別技術(shù)的發(fā)展示功圖識別技術(shù)的發(fā)展主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)：考慮了抽油桿的慣性，而忽略了液柱的慣性；考慮了抽油桿的慣性，而忽略了液柱的慣性；目前計算機(jī)診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ)。目前計算機(jī)診斷技術(shù)的理論基礎(chǔ)。主要特點(diǎn)：同時主要特點(diǎn)：同時考慮了抽油桿和液柱的慣性。考慮了抽油桿和液柱的慣性。(3) (3) 余國安等三維振動預(yù)測模型余國安等三維振動預(yù)測模型(1989(1989年年) )主要特點(diǎn)：同時主要特點(diǎn)：同時考慮了桿、液、管的慣性與振動。考慮了桿、液、管的慣性與振動。人工智能人工智能(AI)

45、(AI)技術(shù)。使用模式識別技術(shù)、專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。使用模式識別技術(shù)、專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來判斷泵的工作狀況。技術(shù)來判斷泵的工作狀況。附錄附錄A A：API RP 11L API RP 11L 方法方法( (導(dǎo)讀導(dǎo)讀) )計算內(nèi)容：計算內(nèi)容：(1)(1)柱塞沖程；柱塞沖程；特點(diǎn)：特點(diǎn)：(1) (1) 經(jīng)經(jīng)APIAPI專家組推薦，于專家組推薦，于19671967年公開發(fā)表；年公開發(fā)表；(3) (3) 由以無因次量表示的一系列圖表和簡單計算公式所由以無因次量表示的一系列圖表和簡單計算公式所組成；組成；(2) (2) 歸納和總結(jié)了電模擬研究成果；歸納和總結(jié)了電模擬研究成果；(4) (4) 以公

46、報形式發(fā)表了以公報形式發(fā)表了11001100多張以無因次量表示的模擬示多張以無因次量表示的模擬示功圖，可用類比分析。功圖，可用類比分析。(2)(2)泵排量；泵排量；(3)(3)光桿最大載荷；光桿最大載荷；(4)(4)光桿最小載荷；光桿最小載荷；(5)(5)最大扭矩；最大扭矩； (6)(6)光桿馬力；光桿馬力；(7)(7)有效平衡值。有效平衡值。一、基本假設(shè)一、基本假設(shè)(1) (1) 普通型游梁式抽油機(jī)；普通型游梁式抽油機(jī)；(2) (2) 低滑差，即轉(zhuǎn)數(shù)隨負(fù)載變化很小的硬特性電動機(jī)；低滑差，即轉(zhuǎn)數(shù)隨負(fù)載變化很小的硬特性電動機(jī)；(3) (3) 模擬的是上粗下細(xì)的級次桿；模擬的是上粗下細(xì)的級次桿；(

47、4) (4) 泵完全充滿泵完全充滿( (沒有氣體影響沒有氣體影響) )；(5) (5) 井下摩擦正常；井下摩擦正常；(6) (6) 油管錨定；油管錨定；(7) (7) 抽油機(jī)完全平衡，且傳動效率為抽油機(jī)完全平衡，且傳動效率為100%100%；(8) (8) 未考慮具體抽油機(jī)的幾何特性；未考慮具體抽油機(jī)的幾何特性；(9) (9) 計算最大扭矩時，認(rèn)為最大、最小載荷發(fā)生在曲柄位計算最大扭矩時，認(rèn)為最大、最小載荷發(fā)生在曲柄位于于7575 和和285285 處。處。二、基本示功圖二、基本示功圖最大載荷最大載荷靜載示功圖靜載示功圖考慮動載的考慮動載的示功圖示功圖最小載荷系最小載荷系數(shù)數(shù)最大載荷系最大載荷系數(shù)數(shù)最小載荷最小載荷三、自學(xué)要求三、自學(xué)要求(1) (1) 基本示功圖上各符號的意義；基本示功圖上各符號的意義；(2) (2) 桿、管彈性常數(shù)和彈簧常數(shù)的物理意義；桿、管彈性常數(shù)和彈簧常數(shù)的物理意義；(3) (3) 五個無因次變量的物理意義；五個無因次變量的物理意義；(4) (4) 圖圖3-523-52圖圖3-573-57的特征。的特征。例如：圖例如：圖3-523-52和圖和圖3-53(p1743-53(p174175)175)地面驅(qū)動螺桿泵井生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)地面驅(qū)動螺桿泵井生產(chǎn)系