碳纤维连续抽油杆超冲程问题研究

碳纤维连续抽油杆使用时,柱塞的运动存在超冲程现象,且超冲程的影响规律不明,导致碳纤维连续抽油杆的设计使用缺少理论依据。鉴于此,将抽油杆运动分解为由悬点位移和泵时变载荷激励的两个子运动,分别建立相应的数学模型,采用有限差分法对模型进行求解。根据所建模型分析了冲次和杆柱组合对柱塞超冲程的影响,分析结果表明:悬点位移激励产生的柱塞超冲程随着冲次的增加而单调增加,泵时变载荷引起的柱塞超冲程则有正有负;柱塞的超冲程是由悬点位移和泵时变载荷共同作用产生;有杆采油系统均存在超冲程现象,碳纤维-钢混合杆柱的能耗和泵效均优于全钢杆。研究结果可为现场充分利用碳纤维抽油杆的优势提供理论依据。     

钢丝绳连续抽油杆抽油系统柱塞超冲程的初步分析

根据钢丝绳连续抽油杆抽油系统在油田使用的实际情况,用振动理论初步分析了钢丝绳连续抽油杆抽油系统柱塞产生超冲程的原因,提出了柱塞实际冲程的计算公式,并以此分析了产量和泵效提高的原因。最后,为提高钢丝绳连续抽油杆抽油系统柱塞的实际冲程和扩大使用这项技术,提出了一些有益的建议。     

碳纤维抽油杆采油系统柱塞超冲程产生机理

碳纤维抽油杆由于其本身的优势在油田得到推广;但在使用时存在柱塞超冲程现象,导致碳纤维连续抽油杆的设计使用缺少理论依据。采用运动分解的方法将抽油杆运动分解为由悬点位移激励和泵载荷激励的两个子运动,并建立相应数学模型,采用有限差分法求解,与现场数据对比,验证了模型的准确性。同时,建立了柱塞超冲程的仿真模型,分析了柱塞超冲程的产生机理及冲数、悬点冲程、泵径、泵挂和碳杆占比对柱塞超冲程的影响。仿真和分析结果表明：①柱塞相对超冲程由悬点位移激励的同频超冲程和泵载激励的谐振超冲程组成;②加载完成时悬点的速度、杆柱的谐振性能参数越大,谐振截止相位越接近3π/2,柱塞谐振超冲程越大;阀二次动作会削弱柱塞谐振超冲程;同频超冲程随抽油杆柱的固有频率增加而下降,随冲数和悬点冲程增加而上升;③柱塞相对超冲程随冲数的增加波动上升,随悬点冲程的增加先下降、后上升,随泵径的增加先上升、后下降,随泵挂的增加单调上升;④在极值冲数或较高冲数、极值碳杆占比（杆柱固有频率最低时的碳杆占比）,高泵挂时,柱塞超冲程现象明显。     

低产抽油机井动态参数仿真模型与提高系统效率的途径

综合考虑柱塞运动规律、阀球运动规律、阀隙瞬时流量与油井流入特性等因素的影响,建立了流体进泵规律与泵筒内瞬时压力的仿真模型,以此为依据改进了抽油杆柱纵向振动底部边界条件的仿真模型,进而建立了基于抽油杆柱纵向振动与流体进泵规律耦合的抽油机井示功图动态仿真模型;基于流体瞬时进泵规律,建立了抽油泵充满系数、漏失系数的仿真模型,从而改进了排量系数计算模型。对比仿真结果表明,所建立的系统动态参数仿真模型具有通用性,可以提高低沉没度供液不足油井示功图、排量系数与系统动态参数的仿真精度。仿真优化算例表明：①大泵径、长冲程与低冲数的抽汲参数设计原则仍然适用于低产抽油机井的节能设计,但最低冲数存在界线,同时最低冲数界限也限制了泵径上限;最低冲数界限随泵间隙的增加而增加;②对于严重供液不足油井,通过合理降低冲程与冲数,可以确保在油井产液量下降率低于5%的条件下,使系统效率最高提高近120%;③在油井产液量一定、下泵深度相同的条件下,优化冲程、冲数与泵径组合可以显著提高系统效率,仿真算例的系统效率变化范围为9.43%~17.48%;④在油井产液量与流压一定条件下,综合优化下泵深度、冲程、冲数与泵径可以显著提高系统效率,优化算例的系统效率由10.56%提高到31.49%。     

碳纤维抽油杆采油系统柱塞超冲程产生机理

碳纤维抽油杆由于其本身的优势在油田得到推广；但在使用时存在柱塞超冲程现象，导致碳纤维连续抽油杆的设计使用缺少理论依据。采用运动分解的方法将抽油杆运动分解为由悬点位移激励和泵载荷激励的两个子运动，并建立相应数学模型，采用有限差分法求解，与现场数据对比，验证了模型的准确性。同时，建立了柱塞超冲程的仿真模型，分析了柱塞超冲程的产生机理及冲数、悬点冲程、泵径、泵挂和碳杆占比对柱塞超冲程的影响。仿真和分析结果表明：①柱塞相对超冲程由悬点位移激励的同频超冲程和泵载激励的谐振超冲程组成；②加载完成时悬点的速度、杆柱的谐振性能参数越大，谐振截止相位越接近3π/2，柱塞谐振超冲程越大；阀二次动作会削弱柱塞谐振超冲程；同频超冲程随抽油杆柱的固有频率增加而下降，随冲数和悬点冲程增加而上升；③柱塞相对超冲程随冲数的增加波动上升，随悬点冲程的增加先下降、后上升，随泵径的增加先上升、后下降，随泵挂的增加单调上升；④在极值冲数或较高冲数、极值碳杆占比（杆柱固有频率最低时的碳杆占比），高泵挂时，柱塞超冲程现象明显。     

使用混合杆柱时抽油泵柱塞的超冲程

任何抽油杆柱在理论上都可能产生超冲程，只是大小不同而已。超冲程的存在，使泵柱塞的有效冲程增大，甚至会大于光杆冲程。首次提出了抽油泵柱塞相对超冲程和绝对超冲程的概念，这将有助于正确认识玻璃钢抽油杆的作用和玻璃钢抽油杆的推广使用。将抽油杆柱简化成上端受光杆的激振位移、下端带有集中质量的弹簧－质量力学模型，建立了抽油杆柱纵向振动的偏微分方程和边界条件，然后用固有函数法求解方程，得出了抽油泵柱塞超冲程的无穷级数解析计算式。     

有杆泵抽油系统综合性能影响因素及评价

为研究有杆采油系统井下工况、采油参数及杆管泵参数对机采系统综合性能的影响,在对胜利油田抽油机井数据调研的基础上,通过机采生产综合性能影响因素研究和分析,以井下效率、抽油杆应力幅和产液量为目标函数,以沉没度、冲程、冲次及抽油泵泵径为影响因子,设计了4因素4水平正交试验,综合比较了各影响因子对目标函数的影响趋势和影响程度。分析结果表明:泵径增加有利于提高井下效率,而沉没度增加会降低井下效率;泵径增加会极大程度地增大抽油杆应力幅,从而缩短抽油杆服役寿命;冲程、冲次和泵径增加均会提高油井产液量,而在这三者共同作用下,沉没度对产液量的影响较小。所得结果对有杆采油系统性能的综合评价和参数优化设计具有一定的指导意义。     

钢丝绳连续抽油杆矿场试用情况初步分析

介绍了我国５ 个油田试用钢丝绳连续抽油杆抽油系统的情况。根据现场试验数据,初步分析了油井产量和泵效得以提高的原因,认为钢丝绳连续抽油杆抽油系统在我国的试用是成功的,无论是下泵深度、泵径,还是钢丝绳连续抽油杆的使用寿命,均超过了国外的水平。钢丝绳连续抽油杆的使用优势已充分显示：接箍数量和事故次数减少,劳动强度减轻,起下速度、泵的有效冲程和冲程效率提高,检泵周期延长。同时,针对钢丝绳连续抽油杆抽油系统试用中存在的问题,提出了推广应用的建议。     

液压反馈式增压抽油泵设计

针对常规有杆泵采油充满度低造成泵效低的问题，设计了一种新型液压反馈式增压抽油泵。叙述了新型泵的增压原理和结构特点；分析了增压柱塞上下行程所受的力、增压柱塞的行程、工作泵吸入口的压力及其与常规泵相比的增压值，以及使用增压装置后工作泵有效冲程的损失等参数的计算公式。设计实例表明，在泵挂深度不增加和油层动液面未改变的情况下，新型泵的充满度明显提高，特别适合在地层能量小、液面低的油井抽汲油液。与常规泵相比，这种泵能减轻驴头悬点载荷，降低能耗，并能提高抽油杆柱等采油设备的工作寿命。     

液力反馈型空心杆抽油泵的设计

设计的液力反馈型空心杆抽油泵主要由反馈长柱塞、反馈泵筒、出油阀、接箍、旋转装置、工作泵筒、工作柱塞、进油阀等组成。悬点载荷分析表明,这种泵在下行程时,与常规泵相比,增加了杆柱的下行动力而减少了下行阻力,有效地解决了常规泵空心抽油杆采油工艺中空心抽油杆柱下行困难的问题,并可提高抽油泵的泵效,延长空心抽油杆的使用寿命。液力反馈型空心杆抽油泵的应用,可改进空心抽油杆采油工艺,提高采油的整体效率,将对空心抽油杆采油工艺的推广应用起积极作用。     

钢丝绳柔性抽油杆抽油装置图表选择法的研究

对柔性连续抽油杆抽油装置图表选择法进行了简要的理论分析。为了保证柔性抽油杆在工作中下冲程过程的正常回落 ,在钢丝绳的末端设置了一定长度的加重杆 ,所以柔性杆的最大下泵深度为钢丝绳和加重杆两部分长度之和。另外 ,针对钢丝绳抽油杆自身弹性模量小、弹性大的特点 ,提出了确定泵柱塞有效冲程的新的计算理论 ,并且在青海尕斯库勒油田 16 - 6井实际验证了上述理论计算的正确性。     

钢丝绳抽油杆抽油系统抽油模式的选择

用预测方法来研究钢丝绳抽油杆抽油系统的抽油模式,可确定在中、低产量深井中应用此抽油系统的最佳油汲参数、杆柱组合、抽油机机型等.研究结果表明,在中、低产量深井应用此抽油系统时,长冲程、低冲次、中小泵径、油管锚定、直径较小的钢丝绳杆与直径较大的加重钢杆组成的抽油混合杆柱是最佳抽油模式.该模式有利于提高泵的有效冲程及系统效率,降低能耗.采用液压抽油机有利于充分发挥钢丝绳抽油杆的有效冲程,而稠油大泵强采则不利于此杆优点的发挥.     

钢丝绳杆泵抽油系统优化设计方法及现场应用

应用系统工程节点分析方法,全面定量地计算了从油层到井口的整个系统钢丝绳和常规杆混合杆柱抽油井的供排协调点,合理地选择机-泵工作参数和混合杆柱组合,分析了杆柱的受力状况,预测了系统指标,包括产液量、冲程效率、泵效、井下系统效率。分析了主要抽油工作参数(泵深、冲程、冲次、泵径)对系统指标的影响,得出了考虑多目标指标下的油井优化设计方案。编制了钢丝绳杆混合杆柱的抽油井系统优化设计软件,设计软件在现场应用取得了较好的效果。     

钢丝绳采油系统动力学模型及其差分方程

对直井中的钢丝绳连续油杆采油系统建立了绳杆子系统纵向振动的动力学分析模型及其一种差分求解方程,包括方程求解的边界条件,初始条件,并给出了差分方程的收敛条件,模型中利用了绳杆联结处力,位移的连续条件和位移的泰勒级数展开式,从而解决了钢丝绳和加重杆这两种不同材料特性的绳杆组合问题,这种模型及其分方程配以相应的定解条件后,不仅可用于钢丝绳连续抽油杆采油系统的绳杆优化设计,行为预测,也可用于该系统的工况诊断以及绳杆强度分析。     

钢丝绳抽油杆技术的应用与发展

分析了我国钢丝绳抽油杆抽油技术的研究和应用现状及存在的问题,提出了钢丝绳抽油杆抽油系统成套技术的概念及其组成.建议成套开发钢丝绳抽油杆抽油技术,合理选择井深和产量,改进配套设备,完善设计理论和制造工艺,使其在生产中更好地发挥优势.     

提高有杆泵采油经济效益的措施

对有杆泵井实施最佳措施程序和工艺技术措施,研制和采用平衡采油系统、自旋转柱塞抽油泵、连续油管抽油泵、抗冲蚀泵和多相泵及下冲程有杆泵等新型有杆泵装置,以实现对必须有杆泵井的全面管理,提高有杆泵采油的经济效益。     

携砂抗砂增效抽油系统现场应用及效果评价

由KS—A抗砂增效泵及配套的KS—T携砂助抽器构成的新型抽油系统 ,具有抗砂磨、防砂卡、防砂埋、减少泵漏失及携砂助抽等特点。与长柱塞防砂卡抽油泵相比 ,KS—A抗砂增效泵的不同之处是柱塞两端装有刮砂杯 ,柱塞密封段有几道强磁密封环 ,增加了泵筒与柱塞间隙的密封性能。从现场 2 5口井的应用情况看 ,对于出砂量小于 1%的油井 ,可直接下抗砂增效泵和携砂助抽器进行生产 ,不会出现卡泵或砂埋泵筒 ;对于出砂较严重的井 ,应先采取化学防砂和固砂措施 ,然后再下携砂抗砂增效抽油系统 ,能有效延长油井的检泵周期。然而KS—A抗砂增效泵的泵底阀阀座及阀球材质硬度不是很高 ,有时会出现被刺现象。     

国外新型有杆抽油泵及其特点

有杆抽油泵是有杆抽油装置的最关键部分。为了推动有杆抽油的技术进步,提高采油经济效益,国外研制成功了一系列新型有杆抽油泵,即,双管泵和多相泵等抽稠泵;抗冲蚀泵、自旋转柱塞泵、防砂防气泵和旋流柱塞泵等防砂泵;连续油管抽油泵、下冲程泵和带收集柱塞抽油泵等高效抽油泵。文章简介了这些泵的技术特点。