机杆泵特性研究与节能效果评价

【摘要】：为降低油井生产能耗，适应油井井下复杂情况，油田应用了多种新型的机杆泵，但缺乏机杆泵特性与节能效果及其选型理论的研究。为此，基于抽油机(包括常规游梁式抽油机、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等)的工作特性，建立了抽油机井地面效率计算模型；基于抽油机、抽油杆(包括实心钢抽油杆、玻璃钢抽油杆、连续型抽油杆等)和井下抽油泵(包括常规泵、动筒式防砂泵、液压反馈式抽抽泵、减载深抽泵等)的运动特性和受力特征，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抽油泵受力状况为边界条件，建立了抽油机井地面功图预测模型及井下举升效率以及抽油机井系统效率计算模型；并利用有限元软件(Algor软件)分析了油井井下杆柱的运动特性和受力特征。研究结果表明，在给定的油井生产条件下，相比较于常规游梁式抽油机，其它四种抽油机的减速箱输出轴的均方根扭矩和最大净扭矩均有所减小，运行平稳，从而达到了提高系统效率和节电节能的目的；相比较于实心钢抽油杆杆柱，由于玻璃钢抽油杆质量较轻，玻璃钢—钢杆混合杆柱的悬点载荷将会降低，当玻璃钢杆在杆柱中长度比例合适时会出现超冲程现象；使用钢丝绳抽油杆可使悬点载荷降低，当杆柱比例合适时会出现超冲程现象；使用钢质连续型抽油杆杆柱可降低悬点载荷，只有在高冲程、高冲次的情况下，钢质连续型抽油杆杆柱的柱塞冲程和系统效率均略高于常规实心钢抽油杆杆柱；在给定的油井生产条件下，与常规泵相比，动筒式防砂泵时的柱塞载荷差较大、系统效率略小；液压反馈式抽稠泵和浸入式抽稠泵在下冲程时具有一个液压反馈力，降低了上下冲程的载荷差，所以系统效率也比常规泵要大；减载深抽泵由于其大小柱塞之间的泵筒上方有传压孔，从而通过油套压力差的作用对柱塞产生向上的顶托力，载荷差比其它四种泵均要小一些，其系统效率最高。用Algor软件模拟的不同抽油杆柱的系统参数与Gibbs方程求解的结果比较，其相对误差在0.36%~8.54%之间，表明了运用Algor软件模拟抽油杆柱运动的可行性，Algor软件可对井下杆柱进行准确的行为模拟，对合理的选择井下杆柱，提高抽油系统运行效率具有重要的指导意义。 【关键词】：抽油机井 节能 Gibbs方程 行为预测 系统参数 Algor软件
【学位授予单位】：中国石油大学（华东）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE355.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 前言9-16
• 1.1 研究目的及意义9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.2.1 不同抽油机特性的研究现状9-10
• 1.2.2 不同抽油杆特性的研究现状10-11
• 1.2.3 不同抽油泵特性的研究现状11-13
• 1.2.4 抽油机井系统效率模型的研究现状13
• 1.2.5 有限元 Algor 软件机械运动仿真模型的研究现状13-14
• 1.3 研究的主要内容14-15
• 1.3.1 研究目标14
• 1.3.2 主要研究内容14-15
• 1.4 技术路线15-16
• 第二章 不同机杆泵的特性研究16-42
• 2.1 不同类型抽油机特性分析16-22
• 2.1.1 常规游梁式抽油机特性分析16-17
• 2.1.2 异相型抽油机特性分析17-18
• 2.1.3 调径变矩抽油机特性分析18-19
• 2.1.4 异型(双驴头)抽油机特性分析19-20
• 2.1.5 皮带式抽油机特性分析20-22
• 2.2 不同类型抽油杆的特性研究22-25
• 2.2.1 实心钢抽油杆23
• 2.2.2 玻璃钢抽油杆23-24
• 2.2.3 钢丝绳抽油杆24-25
• 2.2.4 钢质连续型抽油杆25
• 2.3 不同类型抽油泵的特性及井下受力分析25-41
• 2.3.1 常规抽油泵25-28
• 2.3.2 防砂抽油泵28-33
• 2.3.3 防气抽油泵33-34
• 2.3.4 抽稠泵34-39
• 2.3.5 减载深抽泵39-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第三章 抽油机井系统效率模型的研究42-47
• 3.1 地面功图预测与井下举升效率计算模型42-44
• 3.1.1 有杆抽油系统的行为预测42-43
• 3.1.2 井下举升效率的计算模型43-44
• 3.2 不同抽油机井地面效率计算模型44-46
• 3.2.1 不同抽油机减速箱输出轴净扭矩计算44-45
• 3.2.2 电动机输出功率计算45-46
• 3.2.3 电动机额定功率的计算46
• 3.2.4 电动机平均输入功率的计算46
• 3.3 本章小结46-47
• 第四章 软件设计与计算分析47-78
• 4.1 软件的设计与开发47-49
• 4.2 计算分析49-76
• 4.2.1 不同抽油机的性能对比分析49-53
• 4.2.2 不同抽油杆的性能对比分析53-70
• 4.2.3 不同抽油泵的性能对比分析70-76
• 4.3 本章小结76-78
• 结论78-80
• 参考文献80-83
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果83-84
• 致谢84

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