能耗最低机采系统设计方法的研究及应用

为了有效地降低有杆泵抽油系统能耗及提高抽油机井系统效率,建立了一套有杆泵抽油系统输入功率理论计算体系。该体系将有杆抽油系统输入功率划分为有效功率、地面损失功率、井下粘滞损失功率、井下滑动损失功率及溶解气膨胀功率5部分。分析了各部分功率的影响因素,确定了抽油系统输入功率与物性参数、井斜参数、设备参数及生产参数组合间的函数关系式。根据新的输入功率计算体系,提出了以能耗最低或以成本最低为目标函数的机采系统设计方法。运用该方法进行机采参数优化,能够确定最经济机采参数组合。现场应用表明,该方法可以有效降低抽油机井系统能耗,大幅度提高机采系统效率。     

有杆抽油系统的经济运行

在对有杆抽油系统进行能耗分析的基础上,找出了其能耗分布规律。地面设备的损失主要是电动机的功率损失和机械摩擦损失;井下设备的损失主要是机械摩擦损失、弹性变形损失和水力损失,它们不同程度地反映出地面或井下设备的运行状况。根据有杆抽油系统的运行特点,并考虑影响有杆抽油系统能耗的因素,提出了有杆抽油系统经济运行的措施和评价指标。     

有杆抽油系统杆管偏磨磨损量预测研究

根据能量法原理,建立了有杆抽油系统杆管偏磨磨损量预测模型。通过几何分析确定了抽油杆与油管的最大磨损深度计算方法,并编制程序进行了计算,得出在摩擦因数、磨损效率、摩擦行程相同的情况下,杆管柱的磨损量和最大磨损深度主要与正压力有关。该模型可用于有杆抽油系统中杆管柱的磨损量预测,不仅为较好地预测井下杆管偏磨情况提供了理论依据,同时对采取及时有效的防偏磨措施具有指导意义。、     

基于LuGre摩擦模型的定向井有杆抽油系统动态参数预测

针对定向井有杆抽油系统井下摩擦的非线性特征,提出了一种基于LuGre摩擦模型的有杆抽油系统动态预测方法。介绍了LuGre摩擦模型,并确定了符合工程实际的模型参数。将抽油杆柱的振动视为多级杆的纵向振动,对杆柱单元进行了受力分析,建立了有限元形式的杆柱系统动力学方程。结合泵载荷边界条件,利用状态空间法对系统动力学方程进行了数值求解,获得了悬点载荷随冲程变化的地面示功图。给出了基于LuGre摩擦模型的动态预测实例,并将预测结果与采用经典库仑-黏滞摩擦模型预测所得结果以及实测结果进行了对比。结果表明:LuGre摩擦模型能较好地描述抽油系统井下摩擦状况,基于LuGre摩擦模型的预测结果更接近系统真实值。     

标准试验井抽油杆摩擦功率的初步研究

分析了影响抽油机井井下功率损失和抽油杆摩擦功率的因素。根据标准试验井的井下功率损失试验结果给出了计算井下功率损失和抽油杆摩擦功率的回归方程。介绍了利用抽油杆摩擦功率计算抽油机井阻尼系数的方法。     

碳纤维杆抽油系统节能效果与机理的仿真研究

针对碳纤维杆抽油系统节能机理缺乏深入研究的现状,建立了碳纤维杆抽油系统能效仿真模型,形成仿真评价方法,应用开发的软件系统对实际油井示功图与系统输入功率进行仿真,并将仿真结果与实际测试结果进行对比,对碳纤维杆抽油系统的节能效果进行了研究,分析了该系统的节能机理。研究结果表明:在相同工况或产量条件下,与钢质杆抽油系统比较,碳纤维杆抽油系统能显著降低悬点最大载荷、曲柄轴最大扭矩、曲柄轴均方根扭矩与电动机最大输入功率;系统节电效果显著,电动机有功节电达20%以上;可以显著降低曲柄摇杆机构各传动副的约束反力、摩擦力与摩擦功率损失,提高了换向机构效率与地面效率;碳纤维抽油杆直径有所减小,降低了抽油杆柱的水力阻力与摩擦功率损失,提高了抽油杆柱的效率与井下生产效率。研究结论可以为提高碳纤维抽油杆柱的生产效率提供理论指导。     

有杆抽油系统效率优化方法研究

有杆抽油系统效率是衡量有杆抽油系统性能和管理水平的综合性指标,建立准确的系统效率优化模型是提高抽油机井系统效率的关键。通过对抽油机井系统各部分能耗的分析,将抽油机井效率分为地面效率和井下效率。地面效率以实测示功图为基础,运用较少的参数,解决电机与抽油机的匹配问题;井下效率通过对功率损失的重新分类,以冲程、冲次、泵径、泵挂等生产参数优化组合为基础,提高井下部分的系统效率。通过对现场实际井采取措施前后的对比,系统效率平均提高9.24%。建立的模型具有简便、易操作的优点,精度能够满足现场需要,具有实际应用价值。     

定向井有杆抽油系统抽汲参数的优化设计和仿真模型

综合分析了复杂结构定向井井眼轨迹、杆管间摩擦力、抽油机悬点运动规律、抽油泵气体影响或供液不足的井下实际边界条件对抽油杆柱轴向振动的影响,建立了定向井抽油杆柱轴向振动仿真模型,利用该模型实现了悬点与泵示功图的自动快速仿真。根据仿真示功图,建立了定向井有杆抽油系统效率的仿真模型。系统分析了定向井井眼轨道对杆管摩擦力、摩擦功率及系统效率的影响。综合考虑油井产能协调、油井配产、抽油机承载能力、抽油杆柱强度与电动机功率利用率等约束条件,以系统效率最高为目标函数,提出了定向井抽汲参数优化设计的计算机仿真方法,开发了定向井有杆抽油系统抽汲参数优化设计的计算机软件。现场试验结果表明,该软件系统具有较高的仿真精度。     

机采系统效率计算方法研究与认识

从能量供给与消耗的角度分析并定义了有杆抽油能量系统。在能量供给方面,除了考虑电机输入能量,还考虑了地层输入能量,尤其是可用于液体举升的气体膨胀功率。当考虑气体膨胀功率时,所计算的有杆抽油系统效率值小于按标准SY/T6 12 6—1995所计算的值。按照现行方法计算系统效率,通常情况下地面效率大于地下效率,亦即在整个有杆抽油能量消耗比例中地下值大于地面值。地下能耗中,粘滞损失功率及泵损失功率所占比例较大。从能量供给与消耗的角度分析与认识机采系统效率,有助于提高机采系统效率技术的深入研究     

提高机械采油系统效率的理论研究及应用

提出了将有杆泵抽油系统输入功率划分为有效功率、地面损失功率、井下粘滞损失功率、井下滑动损失功率、溶解气膨胀功率5部分的新观点,找出了各部分功率的影响因素,并确定了其函数关系.建立了油井在各种不同物性参数、井斜参数、设备参数、生产参数组合条件下所对应输入功率的数学计算公式,提出了以能耗最低或以成本最低为原则的确定机采参数的新方法.据此找出的最经济机采参数组合能大幅度提高机采系统效率,从而实现经济采油的目标.     

井下电潜式往复泵举升系统设计

针对目前使用的有杆抽油系统存在的各种问题,提出一种无杆抽油系统,即,井下电潜式往复泵举升系统.对该举升系统进行了设计,并分析了其工作原理.这种举升系统以直线电机为井下动力源,不使用抽油杆,有效地减小偏磨、能耗等问题,提高了综合效益.     

计算机在抽油井系统效率计算中的应用

研究抽油井系统效率的计算方法,是提高系统效率的有效途径之一。目前国内各油田在抽油井系统效率的测试和计算方法上比较繁琐。鉴于此,作者用计算机及抽油井井下诊断技术得到了满意的结果。本文根据电动机相量图理论推导出电动机电功率及电流随抽油机扭矩和皮带-减速箱传动效率变化的数学模型,用BASIC语言编制程序后,利用抽油井井下诊断技术的诊断结果(包括地面功图、泵功图、抽油机曲轴扭矩值、扭矩曲线及抽油机冲数),由计算机处理计算出抽油井系统效率等共27项参数,并画出电流曲线和功率曲线;对于皮带-减速箱的传动效率采用了计算机模拟法;计算结果和实测曲线及数据对比基本准确。这种方法的基本原理是S=S(M,η₂)。本文提出的方法及数学模型将计算机诊断技术和抽油井系统效率的计算结合起来,这不仅扩大了诊断技术的内容,而且为系统效率的分析提出了一条有效的途径。     

井下外磁转子式涡轮发电机设计与试验研究

为了满足自动垂直钻井系统涡轮发电机寿命及功率需求,采用理论计算方法和仿真分析方法确定井下外磁转子式涡轮发电机电气参数,建立仿真分析模型,进行电磁场、场路耦合以及温度场分析,对发电机电磁特性、损耗以及温度变化进行数值模拟。理论计算和数值模拟结果表明,发电机输出功率达到设计额定功率800 W,在额定转速下的最大功率输出时定子稳态温升23 ℃。利用现场试验对理论计算与仿真数据以及发电机寿命进行验证,试验结果为额定转速下最大输出功率1 000 W,稳态定子温升20.5 ℃,仿真与试验数据基本吻合,发电机运行320 h后仍能正常工作。研究表明,井下外磁转子式涡轮发电机功率输出性能达到设计目标,可以为井下各类仪器设备用电源提供技术保障。      

有杆抽油系统的经济运行

在对有杆抽油系统能耗进行理论分析和实际测量的基础上，对有杆抽油系统在运行过程中的理想状态下，实际生产状态下的电机、皮带－减速箱，四连杆、盘根盒、抽油杆、抽油泵、油管等各部件能量损失进行计算与对比，建立有杆抽油系统能耗分布规律，论述了有杆抽油系统能耗大，效率低的影响因素，根据有杆抽油系统的运行特点，提出了有杆抽油系统经济运行的措施和评价指标。     

通过优化抽油系统设计提高抽油机井运行效率

从分析抽油系统的功率消耗入手,把抽油系统的能量输入构成分解为电机输入电能和气体膨胀功,能量消耗构成分解为有用功、抽油机损耗功、粘滞损耗功和滑动摩擦损耗功,摸索出了一种实用的抽油系统效率计算方法。提出并实践了提高系统效率的途径和方法:利用功率计算公式,计算各种抽油参数组合下的系统效率,并以系统效率较高、收益较好为目标,采取"多中择优"的参数组合设计方法选取一套抽油参数,达到抽油系统设备配置和参数选择的优化设计目的。现场应用表明,该技术能够较大幅度地提高系统效率,经济效益显著。     

抽油机井系统效率方案优选及因素分析

提高抽油机井系统效率是节能降耗的关键,但是在进行系统效率方案优选时,以公式为基础的单一指标评价标准不能突出因素的影响,因此,在考虑公式计算系统效率的同时,建立了定性与定量相结合的抽油机井系统效率模糊优选评价体系及因素分析体系,实现了单个因素的评估与对比,由此可直接发现抽油机井系统效率存在的问题。在理论与方法体系设计后,进行了五个方案的算例分析,发现本套方法评估结论与仅靠公式计算的评估结论有很大不同,在进行决策时,可参照两种方法的结果,使方案的优选和改进更加科学而准确。     

运用能量法研究下部钻具组合的弹性稳定性

运用能量法对下部钻具组合中的钻柱弯曲特性进行了分析和计算。考虑到钻具在井下不仅受轴向荷载而且受横向均布荷载的影响,选择正弦三角级数作为纵横弯曲梁的挠曲方程,根据现场实际情况,考虑钻柱在转动时离心力对挠曲产生的影响,用能量方法求出了系统总的位能,并由此导出了此时钻柱挠度的计算方程。该方法不但简便,计算快捷,而且比过去的方法更为准确,为现场选择钻具结构,提供了理论和计算依据。