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1、大 慶 石 油 學(xué) 院 學(xué) 報 J ( ) URNAIOFI ) AQI N( ;P E TROIE UM I NS ' ] 、 I TUTE第 2 8卷 第 6期 2 0 0 4年 1 2月Vo I .2 8No . 6De c .2 0 0 4地面驅(qū)動螺桿泵抽油桿柱負載扭矩 的計算 陳濤平 , 王春艷 , 孫兆海。 , 錢朝 慧(1 .大 慶石 油學(xué) 院 石 油工程 學(xué)院 , 黑 龍江 大 慶1 6
2、3 3 1 8 ;2 .大慶 油 田有 限責(zé) 任公 司 勘探 開 發(fā)研究 院 , 黑龍江 大 慶1 6 3 7 1 2 ;3 , 大 慶 油田有 限責(zé) 任公 司 第 十采 油廠 , 黑 龍 江 大 慶1 6 6 4 0 5 ;4 .大慶 油 田有 限責(zé) 任公 司 第 四采 油廠 , 黑龍 江 大慶 l 6 3 3I 3)摘 要 : 為完 善負 載扭 矩 的計 算方 法 . 根據(jù)地 面驅(qū) 動螺 桿泵 的抽 油原理 , 應(yīng) 用環(huán) 空螺 旋
3、流 的理 論 , 建立 了桿 管 環(huán)空 壓 降及抽 油桿 柱與 井液 間摩擦 扭矩 的數(shù) 學(xué)模 型 , 進 而給 出 了螺 桿泵 工作 時抽 油桿柱 負載 扭矩 的計 算公式 .現(xiàn)場 應(yīng)用 結(jié) 果表 明 : 將環(huán) 空 螺旋 流的理 論應(yīng) 用于 螺桿 泵井桿 管環(huán) 空 中流體 流動規(guī) 律 的描述 中 , 可 使螺 桿 泵抽 油 桿柱 負 載扭 矩 計算 值 的平 均 相 對誤差 不 大于 2 , 0 0; 有功 扭矩 在總扭 矩 中所 占
4、的 比例最 大 ; 桿 液摩擦 扭 矩受 黏度 、 桿 管 直徑 比及泵 轉(zhuǎn)速 的影 響 , 聚驅(qū) 油井 的桿 液摩擦 扭矩 通 常 比水 驅(qū)井 的大.關(guān) 鍵 詞 : 地 面驅(qū)動 ;螺桿 泵 ; 負 載扭矩 ;抽 油桿 ; 扭 矩計算 中圖分 類 號 : T E 3 5 5 , 5文獻 標(biāo)識 碼 : A文章 編號 : 1 0 0 0 —1 8 9 1 ( 2 0 0 4 ) 0 6 —0 0 2 6 —0 3地面驅(qū)動螺桿 泵抽油桿柱負
5、載扭 矩的精確計算對螺 桿泵 工況 的診 斷 、 抽油 桿柱 的合理 設(shè)計 以及 泵 的 選擇具 有重要意 義.有些學(xué)者 以動力學(xué) 分析為基 礎(chǔ), 建立 了相關(guān)模 型 , 根 據(jù)地面實測扭 矩計算 井筒 中各部 位 的扭 矩。 r ; 另有學(xué) 者在螺桿 泵工 況分析 中, 從抽 油桿 的受力 出發(fā) , 提 出 了抽 油桿柱 負載 扭矩 的計 算方 法 ; 陳憲侃 等在桿柱設(shè) 計時 , 提 出了扭矩計算 的簡化程序.筆者擬根據(jù)地 面驅(qū) 動
6、螺 桿泵 的抽 油原 理及 環(huán) 空螺旋流 的流動 , 考慮泵進 、 出 口壓 差的影響 因素 , 建立 了流動 壓力損耗及扭矩 的數(shù)學(xué)模型.1計算負載扭矩 的數(shù)學(xué)模型 地面驅(qū) 動螺 桿泵正常工作 時 , 原動機通 過抽 油桿柱帶動螺桿 泵旋轉(zhuǎn) , 抽 油桿柱受到 的總扭 矩為 M — M 1 + M 2 + M 。+ M + M s ,( 1 )式 中: M 為轉(zhuǎn)子 的有 功扭矩 ; M 為抽 油桿柱 與井 液的摩 擦扭 矩 ;
7、M。 為抽 油 桿柱與 油管 間 的摩擦扭 矩 ;M. 為定子 與轉(zhuǎn)子間的過盈扭 矩 ; M 為抽 油桿的慣性扭矩 .1 . 1 轉(zhuǎn)子的有功 扭矩 螺桿泵工作 時 , 通 過螺桿 一襯套副 的作 用 , 將轉(zhuǎn)子 的機械 能轉(zhuǎn)化 成液 體 的壓 能 , 每轉(zhuǎn) 的能 量轉(zhuǎn) 化關(guān) 系 為 2 7 c M 1一 q Ap q P ,( 2 )式 中 : q為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一 周的理論排量 ; A p為螺桿泵 吸人端與排 出端 流體壓差 ;為泵 的容
8、 積效率.根據(jù) 螺 桿泵特征 曲線 , 不 同泵型的容積效率 為 0 . 7 5 ~0 . 8 5 , 其 中( , 一 Q / ( 14 4 0 n ),Ap— P+ l Dg L+ A p f — P c一 P,式 中: Q為抽 油井 E t 產(chǎn)量 ;為泵的轉(zhuǎn)速 ; I D為油 管 中流體 的平均密 度 ;為油 套環(huán)空 中液體 的平 均密度 ;L為泵 出 口至 井 口的距離 ; h為油套環(huán)空動液 面至泵吸人 口的距 離 ; P為井
9、 口套壓 ; P 。 為井 口油壓 ; A p f 為 泵 出口至井 口流體流動 的摩擦 阻力損失.I坐 標(biāo)軸 與桿 管 中心 軸重 合 , 以井 底 為 中心 坐標(biāo) 原 點 , 建 立柱 坐標(biāo) 系0( r ,, 。 ) , 其周 向 、 軸 向和徑 收稿 日期 : 2 f ) 0 4 —0 g 一 15 ; 審 稿人 : 趙子 剛 : 編 輯 : 關(guān) 開 澄作者 簡介 : 陳濤 平( I1) . 男 , 碩 士, 教授 . 主要 從事
10、 采油 工藝 及提高 采 收率等 方面 的研 究 ·2 6·維普資訊 http://www.cqvip.com 大 慶 石 油 學(xué) 院 學(xué) 報 第 2 8卷 2 0 0 4年 M 4— 0 . 0 9 13 a o一 ”+ 4 7.( 9 )I _ 5 抽油桿 的慣性 扭矩 螺桿 泵地面裝置啟 動時 , 光桿 的轉(zhuǎn)速瞬 間提高 , 受 原油 黏滯 力的影 響 , 抽油 桿扭 矩 的傳 遞緩 慢.假 定 螺桿 泵啟抽
11、及停泵過 程中 , 桿柱 均為勻變速旋 轉(zhuǎn)運動 , 則 由角加速度 e 引起 的抽 油桿 的慣性扭矩 為 M 一 — n— n_ = I .m。 — D一2,,( 1 0 )l0r式 中 : m 為單 位長度桿柱 的質(zhì)量 ; t 為啟動或停 泵時間.2現(xiàn) 場 應(yīng)用取大慶第 四采油廠 2 4口螺桿泵抽 油井穩(wěn) 定生產(chǎn)時 的生產(chǎn)數(shù) 據(jù)計算 負載 扭矩 , 忽 略慣性 扭矩 , 并與實 測 值進行 比較 , 見表 1 .由表 1 可 以看
12、出, 水 驅(qū) 油井 抽 油桿 柱。 扭矩 計算 值 與其 實 測值 的平 均 相 對誤 差 為 1 . 0 9, 聚驅(qū)油井抽 油桿 柱扭矩計算值 與實測值 的平均 相對誤差為 一1 . 6 4, 均滿 足工程計 算 的要求.表 1表明 : 無 論是水驅(qū)油 井還是聚驅(qū)油井 , 在各項扭 矩 中, 有 功扭矩所 占比例最 大 , 且 油井 的產(chǎn)液量 對有功扭 矩 的影響最大 , 產(chǎn)液量 越高其有功扭矩 越大 ; 泵的初 始過盈參數(shù)在 下井前
13、 已適 當(dāng)調(diào)節(jié) , 因此 , 各泵 的過盈扭 矩值差別不 大 ; 桿液 摩擦 扭矩及桿管 摩擦扭 矩 因受 黏度 的影 響 , 聚驅(qū) 油井 的扭 矩 值 比水驅(qū) 油井 的扭 矩值 大 .表 l抽油 桿柱 扭 矩計 算值 與 實測 值對 比桿 液 摩 擦 扭 矩 的 對 比見 表 2 .由式 ( 6 ) 及 表 2可 以 看 出 , 桿 液摩擦扭矩 不僅與流體黏度 及泵 轉(zhuǎn)速成 正 比 , 而且 還 受桿 管 直 徑 比的影 響 ; 當(dāng)
14、流體 黏 度及 泵 轉(zhuǎn) 速 一 定時 , 桿 管直徑 比越 大 , 桿 液摩 擦扭 矩也越 大.表 2 桿 液摩 擦扭 矩 對 比3結(jié)論 ( 1 ) 將 環(huán)空螺旋流 的理論應(yīng)用于螺桿 泵井桿管環(huán)空 中流體 流動規(guī)律 的描 述 中, 使 螺桿泵抽油桿柱 負載 扭 矩計算值 的平均 相對誤差 不大于 2 . O 0.( 2 ) 有 功扭矩在 總扭 矩 中所 占的 比例最大.( 3 ) 桿 液摩擦扭矩受 黏度 、 桿 管直徑 比及泵 轉(zhuǎn)速的影
15、 響 , 聚 驅(qū)油井 的桿液 摩擦 扭矩通 常 比水 驅(qū)油井 的 桿 液磨擦扭矩 大.參 考文 獻 :[ 1 ] 陳德春 , 李兆 文 , 吳曉 東.地 面驅(qū) 動螺桿 泵采 油系 統(tǒng)抽 油桿 柱運動 模 型[ J ] .石油 大學(xué)學(xué) 報 , 1 9 9 9 , 2 3 ( 1 ) : 4 2 ~4 4C 2 3 王海 文 , 陳 鐳 . 雷 鍵 .螺桿 泵光 桿受 力分析 法 工況診 斷技 術(shù)[ J ] .石 油鉆 采工藝 . 2 0
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