低渗透油藏新型丛式井抽油机研究与应用

由于高效节能、成本低的优良特点,丛式井抽油机具有良好的应用前景。针对低渗透油藏油井供液不足的典型特征,基于对称平衡原理,进行了新型丛式井抽油机动力学分析和节能机理分析。在实际工况下,给出了新型丛式井抽油机理论结果分析和样机实际测试结果分析;并与异相抽油机的工作性能进行对比。结果表明:抽油机采用对称平衡方式在低渗透油藏有较好的平衡效果;基于对称平衡原理的新型丛式井抽油机无需附加任何形式平衡重,减速器峰值扭矩大幅降低,减速器净扭矩曲线变化较为平缓,电动机装机功率与有效输出功率明显降低,载荷波动系数明显减小;适用于6口油井的新型丛式井抽油机样机和井数相同的异相机组相比,节能27%左右,装机功率降低至少37.5%,减速器额定净扭矩降低至少34%左右,重量降低至少约56%。对于低渗透油田,显示出比较显著的高效节能特性和较好的动力特性。     

链条抽油机井设备工况参数的计算方法

链条抽油机是我国研制成功的一种新型无游梁抽油机，本文系统研究了链条抽油机的运动规律及动力学特性。给出了包括悬点载荷、平衡条件、扭矩、功率等链条抽油机井设备工况参数的计算方法。这些结果为管好、用好链条机和充分挖掘链条机的潜力创造了条件。     

链条抽油机井设备工况参数的计算方法

链条抽油机是我国研制成功的一种新型无游梁抽油机，本文系统研究了链条抽油机的运动规律及动力学特性，给出了包括悬点载荷、平衡条件、扭矩、功率等链条抽油机井设备工况参数的计算方法，这些结果为管好，用好链条机和充分挖掘链条机的潜力创造了条件。     

调径变矩抽油机设计计算

调径变矩抽油机作为众多抽油机中的一种,它的主要特点是取消了曲柄平衡,使用了游梁平衡,其基本结构和常规抽油机一样,设计计算时,同样需要计算四连杆机构、电机功率和配重,调径变矩抽油机更多的是考虑结构不平衡重,这是计算的重点,通过运动、动力分析比较,说明它比常规抽油机要节能。     

CYJW游梁式抽油机平衡计算

通过对CYJW9-3-37HY游梁式抽油机进行运动特性分析、动力特性分析以及扭矩分析,基于游梁式抽油机平衡原理(下冲程中需要储存的能量为悬点在上、下冲程中所作功之和的一半),以游梁平衡重静载等效为悬点的载荷为平衡计算方法,推导出了CYJW9-3-37HY游梁式抽油机曲柄轴净扭矩计算公式。此计算方法相对简单方便,提供了一种抽油机平衡计算的新思路,为抽油机的平衡计算提供借鉴。     

抽油机下偏杠铃节能技术应用

针对目前油田普遍应用常规式游梁抽油机存在的问题;平衡性能相对较差,启动扭矩大,拖动电机功率大,抽油系统效率低和耗能较高的问题,应用下偏杠铃复合平衡技术对其进行节能技术改造。阐述了该项节能技术改造设计结构及工艺原理,对现场应用效果进行了分析评价,取得以下认识;一是曲柄与下偏杠铃的复合平衡方式,削减了抽油机峰值扭矩,降低了电机消耗功率,有效改善了抽油机平衡效果,平均节电率达到20.53％。二是从现场应用情况看,在不改变原机结构前提下,安装方便,投入成本较低,CYJ10型机改造的节电总体效果高于CYJ6型机。     

抽油机井系统动态实时分析模型

针对传统示功图测试方法的不足,根据电机直接转矩控制理论和抽油机运动学、动力学原理,建立抽油机井系统动态实时分析模型.该模型根据油井实测电流、电压计算电机的输出扭矩,结合抽油机动力传递过程和减速箱的平衡原理,计算减速箱的净扭矩和油井负荷扭矩,根据抽油机的扭矩因数,计算得到光杆示功图.实例分析表明,油井电参数测量是一种高精度可靠的测量手段,利用所建模型计算得到的扭矩曲线及示功图与现场实际资料吻合较好,很好地反映了抽油机井的运行状况,可实现油井系统动态实时分析.     

不同抽油机井系统效率计算模型研究与节能效果

为降低油井生产能耗和提高系统效率,油田应用了多种新型节能抽油机,但缺乏节能抽油机特性与节能效果及其选型理论的研究。为此,基于常规游梁式抽油机、异相型抽油机、调径变矩抽油机、异型抽油机和皮带式抽油机的工作动态特性,建立了不同抽油机的油井地面效率计算模型,并运用抽油杆柱纵向振动的一维有阻尼波动方程,以悬点运动规律和井下泵的受力状况为边界条件,建立了抽油机井地面功图与泵功图的计算模型;井下举升效率和系统效率计算模型。研究不同抽油机井的系统效率和节电率,分析了不同井液黏度和不同下泵深度对抽油机井系统效率的影响。结果表明,与常规游梁式抽油机相比较,其它四种抽油机都能达到提高系统效率和节电节能的目的,其中皮带式抽油机的系统效率为最高,相对于常规游梁式抽油机井提高9.06%,节电率为22.36%;随着井液黏度的增大,油井生产系统效率均降低,皮带式抽油机井的下降幅度较小,适合于稠油井的应用;抽油机井存在油井生产系统效率最高的合理下泵深度(或合理沉没度)。     

新型双变径天轮式抽油机的设计

利用机构选型中的组合原理设计了一种新型天轮式长冲程抽油机。该新型抽油机由曲柄摇杆机构与双变径增程天轮机构组成，可以通过对现有的游梁式抽油机进行改造而制得。按照逐步优化设计思想，对该抽油机主参数进行了多目标优化设计和动态静力分析。现场试验和理论分析表明，该抽油机具有节能、结构紧凑、曲柄扭矩峰值较低、负扭矩小、扭矩变化平缓等优点。用该机构作为主机构的抽油机，其减速箱扭矩具有与双驴头抽油机类似的特性。与常规抽油机相比，其扭矩可以下降10％～15％，平衡效果好，平衡力矩有较大幅度降低。该机采用双变径天轮，提高了整机的动力性能；采用导向轮让位方式，改善了柔性件和支架的受力。由于该机选用了柔性件传动，在设计时必须考虑提高柔性件的寿命。     

注重功率平衡提高抽油井系统效率

有杆泵采油占我国油井的80%,由于与抽油机联合工作的井下抽油泵载荷交替变化造成地面系统工作不平稳,加剧了动力系统的无功消耗,导致抽油系统的低效率运行,造成了巨大的能源浪费。通过抽油机电机的输入功率等电参数、油井示功图、油井生产参数的测试、录取和系统效率计算工作,对测试数据进行系统的节点分析,确定了造成抽油机系统效率低的因素,提高抽油机系统效率的目的。     

游梁式抽油机悬点负载耦合动力学建模

建立了描述游梁式抽油机悬点负载动态特性的耦合动力学模型.采用多自由度的弹簧-质量-阻尼器机械动力学系统描述抽油杆柱振动特性.综合考虑有杆泵抽汲过程中泵腔内气体可压缩性、泵腔压力变化、泵阀局部阻力等因素的影响,建立了泵腔压力、进泵流体流量、泵腔内液体体积与柱塞运动之间相互关系的数学模型,得到一组描述有杆泵动态抽汲过程的新模型,确定了求解抽油杆柱振动模型的井下边界条件.采用时步有限元方法对所建杆-泵耦合动力学模型进行仿真计算.油田现场应用表明,所建模型具有较高精度,可用于抽油井负荷、泵效、扭矩和平衡度等工况参数预测及故障诊断.     

地面驱动螺杆泵采油系统抽油杆柱运动模型

根据垂直井地面驱动螺杆泵采油系统的工作特点,利用抽油杆柱的动力学分析结果,建立了抽油杆柱运动模型,并给出了其有限差分解。利用该模型,可以根据在地面测试的光杆扭矩变化规律计算出井筒中任意部位及螺杆泵处抽油杆扭矩的变化情况,也可根据螺杆泵处抽油杆扭矩变化来预测光杆扭矩的变化。为进一步研究地面驱动螺杆泵抽油杆柱的运动特性和采油系统的工作状况提供了理论基础。计算实例表明,该数学模型及其有限差分解法是有效的和稳定的。     

游梁式抽油机减速器平均效率的测量

游梁式抽油机减速器的平均效率是分析抽油机动态性能的重要工作参数，用常规方法很难对减速器输出轴转矩瞬时值进行连续测量，所得到的只是平均转矩，其测试结果也有误差．本文介绍了用ＮＥＣ公司生产的ＮＫ－７６９０遥测仪同步测试电机、抽油机曲柄轴转矩，用测速电机测电机转速的方案，最后算出一冲程内电机及减速器输出轴功率，再用积分法算出二者在一冲程内的功则可算出减速器的平均效率．本文提供对２种工况的测试结果     

基于系统效率最高的抽油机井合理流压研究

确定抽油机井合理流压是采油工程与油藏工程的重要研究内容。本文建立了以系统效率最高为评价指标的抽油机井合理流压仿真方法,具体包括:基于抽油机井井筒油气水多相稳定流动的泵排出口压力与油井产液量的耦合仿真模型;有效功率的仿真计算方法;基于抽油杆柱轴向振动与悬点示功图仿真的电动机输入功率仿真模型;系统效率与流压、油藏参数、抽汲参数之间函数关系的仿真模型;给定流压条件下系统效率极值的仿真模型;系统效率极值随流压的变化规律以及合理流压的确定方法。仿真分析结果表明:流压对抽油机井系统效率有显著影响,优化流压可以显著提高系统效率;含水率、气油比与饱和压力等油藏参数是影响合理流压的主要因素。     

具有负载自适应功能的游梁式抽油机矢量控制系统

 为了减少抽油机的能耗,降低采油成本,提高系统效率,本文提出将电动机矢量控制技术应用于抽油机中,并使用模糊PID控制器使异步电动机的工作特性与游梁式抽油机载荷的变动特性相匹配.矢量控制方法实现了电动机的磁链和转矩解耦、抽油机的曲柄扭矩计算和等效力学模型确定的控制系统输入,而载荷传感器作为负载反馈,则可以根据负载控制电动机的电磁转矩电流.在抽油机运行过程中,矢量控制系统实时进行负载自适应控制,可提高电动机功率因数,降低无功功率.对具有负载自适应功能的游梁式抽油机矢量控制系统在长庆油田进行了现场试验,试验结果表明该控制系统能够实时、动态自动调整电机的转矩电流,使电机的输出转矩与抽油机的负载特性相匹配,提高了抽油机系统效率,达到节能降耗的目的.     

新型双变径天轮式抽油机的设计

利用机构选型中的组合原理设计了一种新型天轮式长冲程抽油机。该新型抽油机由曲柄摇杆机构与双变径增程天轮机构组成 ,可以通过对现有的游梁式抽油机进行改造而制得。按照逐步优化设计思想 ,对该抽油机主参数进行了多目标优化设计和动态静力分析。现场试验和理论分析表明 ,该抽油机具有节能、结构紧凑、曲柄扭矩峰值较低、负扭矩小、扭矩变化平缓等优点。用该机构作为主机构的抽油机 ,其减速箱扭矩具有与双驴头抽油机类似的特性。与常规抽油机相比 ,其扭矩可以下降 10 %～ 15 % ,平衡效果好 ,平衡力矩有较大幅度降低。该机采用双变径天轮 ,提高了整机的动力性能 ;采用导向轮让位方式 ,改善了柔性件和支架的受力。由于该机选用了柔性件传动 ,在设计时必须考虑提高柔性件的寿命     

地面驱动螺杆泵井节点系统优化设计技术

以油井生产系统为研究对象,采用节点系统分析方法建立了地面驱动螺杆泵井优化设计模型。在力学分析的基础上,推导并建立了地面驱动螺杆泵井抽油杆柱的应力计算模型。矿场验证结果表明,优化设计模型合理,建立的杆柱力学模型计算准确性高,可作为地面驱动螺杆泵井的生产设计和工作状况分析的理论基础和计算工具     

抽油机井工况管理模型及应用

分析了抽油机井工况的各种影响因素,结合抽油机井工况管理的实际状况,推导并建立了一种新的沉没度／下泵深度与校核泵效关系的抽油机井工况管理图。确定了抽油机井的下泵深度和沉没度是影响泵效的主要因素,并完善了相应的计算模型。该方法具有直观、简明等特点,其准确度较之原有模型有所提高。经在胜利油田纯梁采油厂和孤东采油厂使用验证,符合率分别为９６．５％和９２．９％,能够更好地满足抽油机井生产管理的需要。     

单螺杆泵采油系统杆柱瞬态动力学模型及应用

抽油杆柱运动的数学模型是油井生产系统优化设计、动态特性预测及工况诊断的理论基础.对地面驱动单螺杆泵采油系统进行有限元分析,建立抽油杆瞬态动力学模型,克服以往静力学模型无法动态反映抽油杆柱受力和运动状态的缺点.利用Newmark直接积分方法对动力学模型进行求解,可获得任意位置处抽油杆柱扭矩载荷随时间变化曲线、任意时刻沿井筒侧向位移等.由于模型中运用经典碰撞理论考虑碰撞接触的影响,因此该模型可更加真实地反映抽油杆柱的受力和运动状态,同时为螺杆泵井扶正器设计奠定理论基础.利用该模型编制的软件在二连油田的应用证实了它的准确性和实用性.     

有杆抽油系统诊断方法研究与应用

以有杆抽油系统动力学行为分析为基础,将基础理论研究和应用技术有机地结合起来,建立了考虑悬挂系统弹性的直井和定向井有杆抽油系统诊断模型,研究了基于B/S（Brower/Server）模式的有杆抽油系统故障诊断方法,利用Internet技术和Web技术开发了相应的软件系统, 通过浏览器即可实现对有杆抽油系统快速、准确的故障诊断,并给出了诊断算例,诊断结果验证了该系统的有效性。基于B/S模式的有杆抽油系统故障诊断对避免井下作业的盲目性,提高系统效率,降低采油成本,实现油田企业信息化和提高油井的科学管理水平具有重要意义。