非接触式螺杆泵特征参数传感器及采集系统

鉴于采用电流法对螺杆泵采油必备的转矩、转速、轴向力等特征参数只能进行间接计算,因受电网影响存在误差较大和不能反映轴向力等缺点,从延长传感器使用寿命出发,利用非接触式信号传输技术研制了螺杆泵采油专用转矩、转速、轴向力传感器。该传感器采用电阻应变光电脉冲原理,输出的频率信号与特征参数成线性关系,其配套采集诊断系统通过信号采集仪串口数据传输技术,实现与计算机通讯,笔记本电脑实现井场实时数据采集及故障诊断。     

螺杆泵油系统工况参数测试仪的研制

介绍了螺杆泵采油系统工况实时监测与故障诊断系统及其核心仪器：扭矩、轴向力、转速一体化传感器工作原理、主要参数指标。这种传感器利用了受扭轴扭转应变与扭矩、轴向应变与轴向力的对应关系，采用了信号非接触传输原理。数据采集仪使用了信号高速传输和屏蔽技术。这 种传感器的使用寿命长、精度高、性能稳定、传输数据快、抗干扰能力强、测量范围宽、安装简便、成本适中。文中给出了3口油井的对应扭矩与转速实测曲线。为螺杆泵采油系统的工况实时监测与故障诊断提供了技术手段。     

直井地面驱动螺杆泵采油杆管偏磨机理

将直井地面驱动螺杆泵采油杆柱简化为在油管内偏心旋转的杆柱。考虑了杆柱偏心旋转惯性离心力、轴向力对杆柱横向弯曲变形的影响。应用可移动双向弹簧元模拟杆管接触状态,并考虑了杆体、结箍以及扶正器与油管间隙不同对杆柱挠度约束的差别,建立了螺杆泵采油杆柱在油管内受力变形的有限元仿真模型。仿真结果表明：抽油杆柱在油管内偏心旋转会产生陀螺效应,杆柱在油管内变形形态呈下密上疏的螺旋状,这是直井地面驱动螺杆泵采油系统杆管偏磨的主要原因之一。杆柱与油管接触段长度主要取决于转速、下泵深度和偏心距等参数。当转速较高时,几乎所有接箍均与油管内壁接触,也会出现杆体与油管内壁接触的现象。     

基于总线技术的螺杆泵在线测试系统设计

为避免因螺杆泵抽油系统出现故障而造成不必要的经济损失,设计了基于总线技术的螺杆泵在线测试系统。该系统可模拟螺杆泵的实际工况,在线测试螺杆泵工作过程中的电流、电压、进出口压力、流量、转矩、转速、轴向力等参数,计算出螺杆泵的容积效率和综合泵效,并绘制出特性曲线。现场应用表明,系统测试数据和性能曲线可为新泵在高泵效区生产和旧泵的科学高效使用提供依据。     

轴向力平衡式螺杆泵井下油水分离系统设计

鉴于目前井下油水分离技术尚存不足,将井下油水分离技术与地面驱动螺杆泵采油技术相结合,设计出一套轴向力平衡式螺杆泵井下油水分离系统。介绍了系统的总体结构及工作原理,提出了轴向力平衡式螺杆泵的设计方法,给出了螺杆泵基本参数及油水分离装置结构参数的确定方法。以某油区的生产数据为例,对系统主要装置结构参数和工作参数进行了分析与计算。试制的油水分离装置室内试验结果表明,样机能够满足井下油水分离性能要求。     

地面驱动螺杆泵采油系统启动过程动力学研究

综合考虑地面驱动与传动系统的机械特性、杆柱扭转振动、杆柱所受的液体阻尼与负载扭矩,建立了地面驱动螺杆泵采油系统动力学分析的数学模型,该数学模型由描述转盘旋转的动力学常微分方程与描述杆柱扭转振动的波动方程组成,既可以分析螺杆泵采油系统启动过程的动力学特性,也可以分析其停车过程的动力学特性。建立了一种独立模块仿真算法,求解转盘旋转动力学常微分方程组与杆柱扭转振动波动方程所组成的耦合数学模型。开发了地面驱动螺杆泵采油系统动态参数的计算机仿真软件。仿真计算结果表明,对于机械特性较硬的Y系列电动机所驱动的螺杆泵采油系统,电动机在较短时间内就能达到其稳定工作转速,驱动头处有较大的动载扭矩,动载系数随工作转速的增加而增加。当工作转速增加至300r/min时,动载系数达1.3,在对采油杆柱进行强度计算时,有必要考虑动载系数的影响。     

直驱式螺杆泵地面驱动系统节能效果分析

直驱式螺杆泵地面驱动系统与传统变频调速螺杆泵地面驱动系统相比系统效率较高,应用直驱式螺杆泵地面驱动系统可大大提高螺杆泵采油系统地面效率,降低百米吨液耗电量,达到节能降耗的目的.为了了解直驱式螺杆泵地面驱动系统的节能效果,进行了不同工况条件下的室内模拟试验和现场试验.试验表明,直驱式螺杆泵地面驱动系统效率较高,在装机功率相同的情况下,低转速、低工作扭矩的螺杆泵井应用直驱式螺杆泵地面驱动系统节能降耗效果更加显著.     

螺杆泵采油井优化设计软件开发与应用

地面驱动螺杆泵以其独特的特性在油田得以广泛应用,快速准确的采油优化设计是提高系统效率的关键之一。本文利用VB语言设计开发出了一套以系统效率为目标函数的地面驱动螺杆泵油井生产系统的优化设计软件。该软件可根据油井的基本资料,能够便捷地预测和优化螺杆泵型号及合理的下泵深度、最佳的螺杆泵转速、排量等工作参数。实例表明,依靠该软件计算结果可提高螺杆泵的系统效率。     

QLB井下驱动螺杆泵系统的研制与发展前景

在吸收国内外井下驱动螺杆泵系统研究和试验成果的基础上,研制成功具有国际先进水平和自主知识产权的QLB井下驱动螺杆泵系统。该系统采用的关键技术包括:(1)采用新研制的双联行星齿轮减速器,可将螺杆泵的转速降到150～365 r/min,低于国外井下驱动螺杆泵的转速;(2)柔性轴设计独特,解决了螺杆泵偏心距大,负载重的难题;(3)采用双头螺杆泵,增大了泵的排量和扬程,可实现大泵深抽。该系统特别适用于含砂井、稠油重载荷油井采油。     

螺杆泵采油抽油杆柱动力学研究

螺杆泵采油抽油杆柱断脱事故严重制约了螺杆泵采油技术的应用.以螺杆泵采油抽油杆柱微元段受力分析为基础,根据力学平衡原理建立抽油杆柱动力学波动方程.采用有效差分法对波动方程进行数值离散,并给出了波动方程求解的定解条件,得到了描述抽油杆柱动力学波动方程的数值解.实例计算表明,抽油杆柱受到的扭矩和轴向力均随深井的增加而减小,扭矩和轴向力的最大值均发生在井口.     

基于电参数的螺杆泵杆管偏磨预判研究

针对螺杆泵采油中存在的杆管偏磨问题,建立了基于电参数的抽油杆偏磨分析模型。通过模型分析发现:抽油杆扭矩和轴向力的变化都能反映工况的变化;抽油杆扭矩与沉没度正相关,与油管半径负相关;当扭矩和轴向力发生变化时,抽油杆的偏磨程度就会发生变化,该变化会在电流和有功功率参数中反映出来。结合现场故障井数据分析得出:有功功率对工况变化的敏感性强,尤其对中小驱动装置或电机轻载情况,比电流具有更强的反映工况变化的能力;当抽油杆磨断时,电流会有一定程度降低,而有功功率则产生明显突变;含蜡量、转速和沉没度偏高所引起的杆管偏磨监测曲线的变化趋势与基于电参数的抽油杆偏磨模型的分析结果一致。根据研究结果,提出用自动调速功能控制沉没度波动;通过控制系统自动调整螺杆泵转速的方法改变液面深度,使杆管磨损程度大幅度降低;应用自动连续监测方法确定螺杆泵井的合理热洗周期,从而预防含蜡量偏高所引起的杆管偏磨。      

地面驱动螺杆泵动液面高度控制方法研究

在地面驱动螺杆泵采油技术中,动液面高度的变化直接影响到抽油杆柱和螺杆泵的运动和受力状态,是控制螺杆泵稳定工作的主要参数。根据螺杆泵扭矩计算公式,开发了地面驱动扭矩与液面高度分析软件,建立了螺杆 泵动液面高度的控制方法,即由动态监测扭矩值来实时计算动液面高度,并通过调整转速来实施动液面高度控制。经现场5口井应用表明：动液面高度控制误差在±45m内,确保了螺杆泵处于稳定的工作状态,提高了采油 效率。     

变频器在地面驱动螺杆泵中的应用

针对地面驱动螺杆泵抽油杆断、脱频繁及单井提液调整参数难以控制等问题,开发了螺杆泵井的变频调速装置及自动控制系统。该系统可准确、实时地监控螺杆泵井的扭矩、转速等工况参数,并对螺杆泵井实施变频调速和自动控制。该技术的应用进一步提高了螺杆泵井的管理水平,有效地减缓了抽油杆的频繁断、脱问题,延长了螺杆泵井的检泵周期。     

全金属螺杆泵工作特性实验研究

为研究全金属螺杆泵用于人工举升采油的可行性和最佳工作范围,以分段加工全金属螺杆泵为研究对象,通过不同转速、不同压头、不同黏度下,全金属螺杆泵特性室内实验来研究全金属螺杆泵工作特性,为全金属螺杆泵采油系统优化设计提供了最佳转速和合理工况参数。     

地面驱动螺杆泵采油系统管道内流体摩阻分析

运用流体力学有关理论, 对地面驱动螺杆泵采油系统环空管道结构参数和螺杆泵转速对流体摩阻的影响进行了分析。分析结果表明, 当油管直径一定时, 过大的抽油杆直径会使抽油杆柱旋转所受的油液摩阻及油液流动摩阻增大; 泵的转速过高会使抽油杆柱旋转所受油液摩阻及油液流动摩阻增大。建议在满足抽油杆强度及其它条件下尽可能采用小直径抽油杆; 在满足泵排量、泵效及其它条件下尽量不要使泵转速过高。合理选择抽油杆直径和泵转速将显著降低地面驱动螺杆泵系统总的能量损失。     

地面驱动螺杆泵抽油杆柱的受力计算

结合螺杆泵抽油系统的工作特点，对抽油杆柱的扭转载荷与轴向载荷进行了分析和计算，结合第四强度理论，对杆柱强度条件进行了分析。受力分析和强度条件分析表明，杆柱顶部截面所受载荷最大，是设计与校核的重点部位。同时，杆柱所受最大载荷与下泵深度、杆柱直径、原油粘温关系等密切相关，必须结合相关的强度理论才能实现对螺杆泵抽油系统的合理设计。     

地面驱动螺杆泵恒液面控制方法

恒液面控制有利于提高泵效,降低抽油杆柱和泵等设备的失效率。为此结合地面控制装置,研究了一种控制方法和软件。该软件根据控制装置实时测量的转速、扭矩等参数并结合地层开采能力、杆泵型号等参数,分析计算出液面高度和控制范围,并计算出转速改变量,由控制装置实行闭环控制。经大庆油田5口井试验表明,液面高度误差均在50 m内,实现了螺杆泵恒液面控制目的。