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聚合物驱抽油机井参数优化设计研究 第4页

更新时间:2009-2-19:  来源:毕业论文

聚合物驱抽油机井参数优化设计研究 第4页
1—IPR曲线;2—H~P曲线;3—P~ŋ曲线
图2-1 井泵参数选择的协调原理

根据所建立的三条压力分布曲线,将三条曲线处理后可以绘制在一个图上。综合三条曲线,建立联立方程可求解其中参数。在上图中,L轴为油管深度;P轴为井底流压及垂直管压力;Q轴为油层产量及排液量;p轴是三条曲线的公用轴。由于p轴和Q轴的公用,给三条曲线建立方程关系创造了条件,求解时,依据四个协调条件:
当pr(IPR) = pr (t),即油井渗流特性曲线上的流压,等于垂直管流曲线上的井底流压。
当P=P吸,即垂直管流曲线泵口处的压力,等于泵抽曲线上的泵吸入口压力。  
当ΔPr=ΔP’,即泵吸入口到油层中部这段液柱在正常生产条件下产生的压力降,必须等于渗流特性曲线上的流压与泵吸入口处的压力差(A-B)。
当Q(IPR)=Q泵(C点),即地层产液量体积(Q(IPR))和泵抽排液体积(Q泵)必须相等。
保证油井稳定生产必须满足以上四个协调条件。

在低渗透油田油井产能受岩石渗透率的影响。岩石的渗透率体现了岩石的综合导流能力,它的高低决定了地层流体的渗流情况。
2.3泵挂深度设计
抽油泵的吸入口压力常低于饱和压力,因此总有气体进泵。气体进泵占据部分泵筒空间,必然减少进泵液体的量,并导致液体不能充满泵筒,从而使得泵效降低。当气体影响严重时,由于气体在泵内的压缩和膨胀,使得吸入阀无法打开而抽不出油,这种现象称为“气锁”。气体对泵效的影响程度常用泵的充满系数来反映,充满系数β是指每冲次吸入泵内的原油(或液体)的体积与活塞让出容积之比,即
                       (2-14)
令K=Vs/Vp,上式可改写为:
                        (2-15)
式中 K—泵余隙比;
R—经泵生产的气液比,m3/m3。
由上式可知,减小气体影响可减小余隙比和气液比,是提高充满系数的重要途径。
泵内条件下的气液比可表示为:
                    (2-16)
若忽略泵的余隙,充满系数可表示为泵吸入压力的函数。
                (2-17)
       (2-18)
由上式便可作出充满系数β与沉没压力(相当于下泵深度)ps的关系曲线。由此作为优选下泵深度的依据。
根据泵沉没压力P、利用计算管流压降的Beggs-Brill方法计算井底流压,根据井底流压可以作为泵挂深度设计的基本依据:
                         (2-19)
2.4合理泵径的确定
合理的泵径是地层与井筒协调生产的关键因素。泵的排量可表示为:
                     (2-20)
式中  Q—泵排液量,t/d;
      D—泵径,m;;
      S—冲程,m;
      N—冲次,min-1;
      ηv—泵效。
整理得:
                      (2-21)
式中 fp—柱塞面积,m2;
 
δ—柱塞间隙,m。
根据我国抽油机、抽油杆、抽油泵设备制造水平,其推荐值为SN=20~40(m•spm),因此泵径可按下式计算:
                    (2-22)

表2-1 活塞与衬套的配合间隙选择
配合等级 配合尺寸,mm 适 用 条 件
一 级 0.02-0.07 下泵深度大,含砂少,粘度较低的油井
二 级 0.07-0.12 含砂不多的油井
三 级 0.12-0.17 含砂多,粘度高的浅井

抽油泵的间隙选择应保证抽油泵有良好的润滑条件和较小摩擦损耗,又能使漏失量减小,以提高泵效。
2.5抽油杆杆柱设计
抽油杆柱的组合尺寸直接影响到抽油系统的效率,经济安全合理设计抽油杆柱,其技术关键在于正确地计算各级杆柱的载荷。
2.5.1强度条件
抽油杆柱工作是承受着交变载荷,因此,在抽油杆内产生了由 到 的非对称循环应力:
 ;   
式中   —抽油杆最大应力,Pa;
   —抽油杆最小应力,Pa;
   —抽油杆最大载荷,N;
   —抽油杆最小载荷,N;
 —抽油杆横截面积,m2。
在交变载荷作用下,抽油杆柱往往是由于疲劳而发生破坏,而不是在最大拉应力下破坏,因此抽油杆柱必须按照疲劳强度来计算。
应用Goodman应力修正图可计算抽油杆的最大需用应力。其中σr代表材料的最小抗拉强度,阴影部分为抽油杆应力允许使用的安全区,根据各级杆的最小应力,就可以查出许用最大应力或用下式计算第i级抽油杆柱上端的许用应力。
                    (2-23)
式中  —许用最大应力,N/m2;
 —实际工作最小应力,N/m2;
 —抽油杆的最小抗拉强度,N/m2;
SF—工作介质常数,即考虑到液体腐蚀因素而附加的系数。


表2-2  抽油杆的使用系数
使 用 介 质 API D 级杆 API C 级杆
无腐蚀性 1.00 1.00
矿 化 水 0.90 0.65
含硫化氢 0.70 0.50

 
图2-3 修正古德曼应力图

要保证抽油杆柱不发生疲劳破坏,抽油杆柱的最大应力不应超过上式计算的许用最大应力 ,即:
 
通过计算抽油杆柱强所允许的悬点最大载荷的公式,可确定在一定抽汲参数和设备下抽油杆的允许下入深度,或者在一定泵深度下使抽油杆不超载的组合。
抽油杆的许用应力不仅和杆的材料以及抽汲流体的腐蚀性有关,而且与所受的最小应力有关,即修正古德曼图和公式给出的是许用应力范围。所以在抽油杆柱设计及应力分析中常采用应力范围比 ,即:
                      (2-24)
式中  —许用应力范围;
 —抽油杆的应力范围。
2.5.2 抽油杆设计方法步骤
通常人们把确定抽油杆柱组合称为抽油杆柱设计,其具体设计计算步骤为:

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