液力反饋泵井懸點(diǎn)靜載荷的測(cè)試與分析(圖文)

1、第 液力反饋泵井懸點(diǎn)靜載荷的測(cè)試與分析(圖文)論文導(dǎo)讀：液力反饋抽抽油泵的特點(diǎn)是抽油桿柱下行時(shí)不存在由于抽油桿浮力里所引起的下行阻力，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖1。某口油井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和桿柱組合見表1、表2。測(cè)試得到的上漏失曲線值為62KN，下漏失曲線值為50KN。研究了示功儀測(cè)試上、下漏失曲線的意義以及力的組成，針對(duì)于液力反饋泵井建立了上、下漏失曲線測(cè)試時(shí)抽油桿的受力平衡方程，通過兩個(gè)方程聯(lián)立求解，得到抽油桿自重、泵出口壓力以及液柱載荷的計(jì)算公式。關(guān)鍵詞：液力反饋泵，油井，抽油桿，靜載荷，測(cè)試 0.前言 隨著全國(guó)各大油田含水的上升，伴隨產(chǎn)生的抽油桿柱下行阻力大的現(xiàn)象日益突出，為了解決這個(gè)問題，各個(gè)油田都在

2、進(jìn)行液力反饋泵的推廣試點(diǎn)工作，為了使液力反饋泵的應(yīng)用更加合理，有必要對(duì)它的靜載荷進(jìn)行分析。抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷包括靜載荷和動(dòng)載荷兩部分，靜載荷是指抽油機(jī)停機(jī)時(shí)懸點(diǎn)所受的載荷，動(dòng)載荷是指由于懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的載荷，主要是慣性載荷和摩擦載荷，載荷可以通過示功儀測(cè)取。此前懸點(diǎn)靜載荷多采用直接計(jì)算的方法，由于抽油桿柱組合的多樣性以及井筒中流體的復(fù)雜性，使得桿柱自重和液柱載荷的計(jì)算不很精確，導(dǎo)致靜載荷的計(jì)算誤差較大。本文利用示功儀測(cè)取漏失曲線12，通過對(duì)漏失曲線的分析，計(jì)算得到了靜載荷各個(gè)分量。 1.液力反饋抽油泵的工作原理 圖中1-抽油桿；2-泵筒接箍；3-上柱塞；4-出油閥；5-進(jìn)油閥；6-上泵筒；7-中心

3、管；8-中間接箍；9-下柱塞；10-下泵筒；11-下部接頭。 圖1液力反饋抽油泵 液力反饋抽抽油泵的特點(diǎn)是抽油桿柱下行時(shí)不存在由于抽油桿浮力里所引起的下行阻力，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖1。液力反饋抽抽油泵是由兩臺(tái)不同泵徑的抽油泵串聯(lián)而成，中心管將上下柱塞聯(lián)為一體。這種泵的進(jìn)、出油閥均裝在柱塞上，在下沖程時(shí)，柱塞下行，上柱塞與上泵筒的環(huán)形腔A體積減小，壓力增大，A腔的原油通過孔b將進(jìn)油閥關(guān)閉，出油閥打開并排入油管中。此時(shí)進(jìn)油閥關(guān)閉，油管內(nèi)液柱的壓力通過進(jìn)油閥施加在柱塞上（即液力反饋）強(qiáng)迫柱塞克服稠油的阻力下行。在上沖程時(shí)，柱塞上行，A腔增大，壓力減小，進(jìn)油閥打開，出油閥被油管內(nèi)的液柱壓力關(guān)閉，泵下的原油經(jīng)

4、孔b流入A腔。 這種泵的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是采用大下柱塞形成的A腔和只在大下柱塞上裝進(jìn)出油閥，以達(dá)到下沖程時(shí)進(jìn)油閥關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)液力反饋的目的。 2.懸點(diǎn)靜載荷 由于油井情況的復(fù)雜性，抽油桿柱在井下的受力狀態(tài)也極為復(fù)雜，依據(jù)工藝需要，會(huì)有扶正器、脫節(jié)器等井下工具連接在抽油桿上，這些工具的部分?jǐn)?shù)據(jù)不容易準(zhǔn)確獲取，利用桿柱組合計(jì)算桿柱自重的方法并不準(zhǔn)確。同樣，流體在井筒中的流動(dòng)也是一個(gè)復(fù)雜的過程，流體在井筒中是多相流，用垂直多相管流計(jì)算方法計(jì)算時(shí)需要液體粘度、密度、含水、氣液比、飽和壓力和溫度分布等參數(shù)3，由于計(jì)算所采用的理論模型和液體物性參數(shù)存在誤差，導(dǎo)致計(jì)算出的液柱載荷不準(zhǔn)確。 抽油機(jī)懸點(diǎn)所受的靜載荷包括5

5、：抽油桿柱自重引起的載荷、液柱載荷、井口油壓產(chǎn)生的載荷、沉沒壓力產(chǎn)生的載荷以及抽油桿柱所受的浮力。漏失曲線是在抽油機(jī)停止運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)試得到的，漏失曲線反映的懸點(diǎn)靜載荷與抽油機(jī)停機(jī)時(shí)懸點(diǎn)的位置和停機(jī)上下沖程過程有關(guān)，如圖1所示，運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性載荷和摩擦載荷等不會(huì)對(duì)漏失曲線產(chǎn)生影響。下面研究用漏失曲線測(cè)試值和解析方法計(jì)算各靜載荷值的方法，研究中尚未考慮抽油桿接箍所受的壓差、摩擦力對(duì)桿柱的夾持力以及泵內(nèi)外壓差的影響。 圖1漏失曲線 1.1上漏失曲線 上漏失曲線是在抽油機(jī)上沖程接近上死點(diǎn)時(shí)停機(jī)測(cè)取得到的，如果游動(dòng)閥、油管等處有漏失，上漏失曲線的載荷值隨時(shí)間下降，在上漏失曲線起始點(diǎn)處的載荷值主要由以下幾部

6、分組成：抽油桿柱自重引起的向下的載荷、液柱產(chǎn)生的向下的載荷、井口油壓產(chǎn)生的向下的載荷、沉沒壓力引起的向上的作用力。 抽油桿在測(cè)試上漏失曲線時(shí)力的平衡方程為： (1) 式中，為上漏失曲線的起始點(diǎn)載荷/（），為抽油桿柱自重/（），為作用在大活塞上的液柱載荷/（），為井口油壓作用在大活塞上產(chǎn)生的載荷/（），為沉沒壓力作用在大活塞上產(chǎn)生的載荷/（）。 井口油壓可以從井口的壓力表直接讀取，沉沒壓力則由套壓、動(dòng)液面和下泵深度等參數(shù)計(jì)算得到，而套壓、動(dòng)液面是容易測(cè)取的數(shù)值。所以井口油壓引起的載荷與沉沒壓力產(chǎn)生的作用力可以準(zhǔn)確計(jì)算得到4，其計(jì)算公式為： 井口油壓產(chǎn)生的載荷： (2) 式中，為井口油壓/（），為

7、泵大活塞的截面積/（），為最后一級(jí)抽油桿的直徑/（）。 沉沒壓力產(chǎn)生的載荷： (3) 式中，為沉沒壓力/（）。 1.2下漏失曲線 下漏失曲線是在抽油機(jī)下沖程接近下死點(diǎn)時(shí)停機(jī)測(cè)取得到的，在下漏失曲線起始點(diǎn)處的載荷值主要由以下幾部分組成：抽油桿柱自重引起的向下的載荷、液柱產(chǎn)生的向下的載荷、井口油壓產(chǎn)生的向下的載荷、沉沒壓力引起的向上的作用力。抽油桿在測(cè)試下漏失曲線時(shí)力的平衡方程為： (4) 式中，為下漏失曲線的起始點(diǎn)載荷/（）,為作用在小活塞上的液柱載荷/（）。 井口油壓產(chǎn)生的載荷： (5) 式中，為井口油壓/（），為泵小活塞的截面積/（），為最后一級(jí)抽油桿的直徑/（）。 沉沒壓力產(chǎn)生的載荷： (

8、6) 式中，為沉沒壓力/（）。 3.由上、下漏失曲線計(jì)算分析抽油桿受力 從上面的分析中可以看出，只有井口油壓與沉沒壓力產(chǎn)生的載荷可以準(zhǔn)確計(jì)算，下面研究其余載荷的解析計(jì)算方法。 由式(1)與式(4)可以看出，上、下漏失曲線中均包含抽油桿柱自重，用(1)式減去(4)式并將井口載荷與沉沒壓力產(chǎn)生的載荷代入可得： (7) 式中，為上漏失曲線的起始點(diǎn)載荷/（），為第最后一級(jí)抽油桿柱在井筒流體中所受到的浮力/（）。 上式中，液柱載荷的實(shí)質(zhì)表現(xiàn)就是液柱產(chǎn)生的壓力對(duì)活塞的作用，這樣 (8) (9) 將式(8)與式(9)代入式7中得液柱的壓力為 (10) 式中，為柱塞處液柱的壓強(qiáng)/（）。 泵出口處的壓力為： (

9、11) 井筒中的液柱載荷為： (12) 抽油桿柱的自重為： (13) 綜上所述，通過公式(2)、(3)、(11)、(12)、(13)可以分別得到井口油壓產(chǎn)生的載荷、沉沒壓力產(chǎn)生的載荷、液柱載荷及抽油桿柱自重。 4計(jì)算實(shí)例 某口油井的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和桿柱組合見表1、表2。 表1油井基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 泵徑(mm)70/44產(chǎn)液量()30泵深(m)1000含水率(%)85.1動(dòng)液面(m)638.1氣液比()7.2回壓()0.4油密度()880.7套壓()0.0油粘度()535.8 表2抽油桿柱組合 油桿級(jí)數(shù)油桿長(zhǎng)度(m)油桿外徑(mm)抽油桿線重(kg/m)第1級(jí)1000.1254.19 測(cè)試得到的上漏失曲線值為

10、62KN，下漏失曲線值為50KN。 利用上面的計(jì)算方法對(duì)該井進(jìn)行計(jì)算之后，得到的計(jì)算結(jié)果見表3： 表3計(jì)算結(jié)果列表 桿柱組合自重(KN)44.88泵出口壓力()8.68沉沒壓力對(duì)上柱塞的作用力(KN)12井口回壓對(duì)上柱塞的作用力(KN)1.34沉沒壓力對(duì)下柱塞的作用力(KN)4.74井口回壓對(duì)下柱塞的作用力(KN)0.41泵出口壓力對(duì)上柱塞的作用力(KN)29.12泵出口壓力對(duì)下柱塞的作用力(KN)8.93 從表3中的計(jì)算結(jié)果中可以看出，用漏失曲線推算出的桿柱組合自重為44.88KN，而用兩級(jí)抽油桿長(zhǎng)度乘以抽油桿線重的方法計(jì)算得到的桿柱自重為41.06KN，兩者相差3.82KN，差異很大，產(chǎn)生

11、差異的主要原因是由于用線重計(jì)算桿重的方法忽略了桿柱組合中部分元件，這些元件包括光桿、泵活塞、短節(jié)和扶正器等。 用漏失曲線推算出的泵出口壓力為8.68MPa，而根據(jù)油水相對(duì)密度和含水率計(jì)算得到的泵出口靜水壓是9.63MPa，引起計(jì)算結(jié)果差別的主要原因是：該井的動(dòng)液面較高的原因，另外在油管內(nèi)，流體處于氣液兩相流狀態(tài)，如用純液流計(jì)算，就會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏大。采用多相垂直管流計(jì)算方法會(huì)得到較準(zhǔn)確的計(jì)算值，但需要的已知參數(shù)多，且不易準(zhǔn)確獲取。 5.結(jié)論 研究了示功儀測(cè)試上、下漏失曲線的意義以及力的組成，針對(duì)于液力反饋泵井建立了上、下漏失曲線測(cè)試時(shí)抽油桿的受力平衡方程，通過兩個(gè)方程聯(lián)立求解，得到抽油桿自重、泵出口壓力以及液柱載荷的計(jì)算公式。該方法測(cè)試數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單，所得到的參數(shù)對(duì)液力反饋泵井工況診斷和油井工藝方案設(shè)計(jì)具有重要作用。 參考文獻(xiàn)1石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5864-93,抽油機(jī)井示功圖測(cè)試S2沈迪成，艾萬誠(chéng)，盛曾順等抽油泵北京：石油工業(yè)出版社.19943王一平，王海文，張超等利用漏失曲線計(jì)算抽油機(jī)懸點(diǎn)靜載荷J.西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2022,20(2)：58-604王海文,王一平，韓林