抽油机井泵系统效率与排量系数的关系研究

抽油机井泵系统效率与排量系数的关系研究 抽油机井泵系统效率与排量系数的关系研 究 ? 76?第25卷第3期大庆石油地质与开发P.G.O.D.D.2006年6月 文章编号:1000—3754(2006)03-0076-03 抽油机井泵系统效率与排量系数的关系研究 贺茹 (大庆石油学院地球科学学院,黑龙江大庆163318) 摘要:根据泵系统效率和排量系数的定义,导出了泵系统效率和排量系数之间的数 学关系式.通过理 论分析确定了影响泵系统效率和排量系数关系的主要因素,并对不同抽汲参数和 生产气油比条件下的 泵系统效率和排量系数进行了数值计算,分剐绘制了泵系统效率和排量系数与冲 程,冲次及生产气油 比的关系图,明晰了泵系统效率和排量系数的关系. 关键词:抽油机井;抽油泵;泵系统效率;排量系数 中图分类号:TE355.5文献标识码:A 在抽油机井的生产中,抽油泵是将井底的气液混 合物举升到地面的关键设备之一.前人曾给出了泵系 统效率和排量系数的定义式,但因泵系统效率和排量 系数受许多因素的影响,二者之间的关系并不清晰. 因此,有必要求证泵系统效率和排量系数之间的数学 关系式,分析影响泵系统效率和排量系数的主要因 素,对不同生产条件下的泵系统效率和排量系数进行 计算,从而为定量分析抽油泵的工作状况,保证抽油 泵以最佳工况进行生产奠定基础. 1泵系统效率与排量系数的数学关系式 泵系统效率是指泵的输出功率和输入功率之比, 它 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示泵的设计和工作的完善程度.即 叼=N,/N(1) 泵的输出功率是指泵在单位时间内对流过泵的流 体所做的功,所以有 N, = GEg(2) 其中G=Q.(p+p5+PVw)(3) 文献[1]根据多相流体力学原理,给出了油, 气,水混合物流过抽油泵时的能量方程式 Eg=(H2)+t[(一1卜 V.(p:一P.)+?(一)(4) 所以 叼:X————————一, 一 + (一卜 Vi(p一P.)+?(";一)}(5) 抽油泵的排量系数是指抽油机井的实际产液量与 抽油泵的理论排量之比J,即 Ol=Q/Q.(6) 且Q=Q(1+)(7) Q.=~Sn/60(8) 所以=(9) 排量系数只表示抽油机井的实际产液量所占抽油 泵理论排液量的份额,它并不能准确地从能量的角度 去表示抽油泵的工作状况. 由式(9)求出Q代入式(5)则得 叼:(P.P+P)×叼6石而'.+%+ww)× 一 H2)g+(一-卜 V.(p一P.)+?("一)}(1o) 式(10)即为抽油机井泵系统效率与排量系数 的数学关系式. 2影响泵系统效率与排量系数关系的因素 由式(1O)可以看出.泵系统效率是排量系数, 抽汲参数,气液流量,压力,温度,流体物性及下泵 深度等参数的函数;而排量系数又是抽汲参数及气液 流量等参数的函数.所以泵系统效率是关于抽汲参数 及气液流量等参数的复合函数.即当其他条件一定 时,抽汲参数及气液流量的变化,不仅会对排量系数 收稿日期:2005-08-09 作者简介:贺茹(1963一),女.河南许昌人,从事资源勘查上程研究 2006年6月贺茹:抽油机井泵系统效率与排量系数的关系研究?77? 与泵系统效率产生直接的影响,而且由此引起的排量 系数的变化又将对泵系统效率产生影响,因而泵系统 效率与排量系数已远非简单的线性关系. 对于抽汲参数一定的某一抽油机井,假设其产液 量一定,而产气量发生变化,即生产气油比5.,变化, 此时,泵的排量系数为一定值;但是随着产气量 的变化,流体的总质量将发生相应的变化,同时抽油 泵为提高单位质量流体中的气体的压力所消耗的能量 也发生变化,以致泵的输出功率以及泵系统效率77 发生变化.因此,生产气油比是影响泵系统效率与排 量系数关系的重要因素之一. 当然,在实际生产中,当产气量发生变化时,由 于气体的影响,泵的工况及排液量都将发生变化.但 是气体对排量系数的影响主要通过泵内气体体积的变 化而反映出来,而气体对泵系统效率的影响,不仅与 泵内气体体积的变化有关,而且与产气量变化所引起 的流体总质量的变化,油管中的气液两相流动规律的 变化及其压力的分布等因素有关.也就是说,同样的 气体,对排量系数与泵系统效率的影响机理以及影响 程度是不尽相同的.因此,对于某一确定的抽油机井 来说,即使抽汲参数一定,当其产气量或生产气油比 s不同时,泵系统效率77与排量系数之间的比例 关系也不尽相同. 泵系统效率综合了抽油泵在工作中所做的各种 功,而排量系数却只注重了抽油机井的实际产液量. 因此,对一口正常生产的抽油机井来说,当其抽汲参 数发生变化而使排量系数提高时,泵系统效率也将会 相应提高;但当泵系统效率提高时,排量系数却不一 定能得到相应的提高.因此,在数值上,泵系统效率 总是大于其排量系数,即 77>(11) 3泵系统效率和排量系数的实际资料 统计 用萨南油田117井次的实际资料作出的泵系统效 率77与排量系数的关系如图1所示.图1中所有的 点都位于直线77=的上方,与式(11)完全相符. 对于不同的抽油机井,由于泵的工作条件不同,即使 排量系数相近,泵系统效率也可能会有较大的差异. 4泵系统效率和排量系数的数值计算 为了更加明晰泵系统效率和排量系数的关系,依 据式(1O),应用多相流体力学原理,研制了计算机 软件,可分别计算不同抽汲参数和生产气油比条件下 的泵系统效率和排量系数.为了便于分析,计算中分 ? 图1,?一实际资料统计图 别仅让某一主要参数变化,而其他参数固定. 当泵径为56nlnl,含水率为6l%时,计算结果 如图2一图4所示.从图中可以看出,泵系统效率, 图2日一d—S关系 图3日一d,'关系 ? 78?大庆石油地质与开发P.G.O.D.D.第25卷第3期 排量系数与冲程,冲次,生产气油比之间均为不规则 曲面.总体而言,在其他参数一定的条件下,泵系统 效率随排量系数的增加而增加,其增加幅度与抽汲参 数和生产气油比有关,且始终满足7-/>,与理论分 析一致. 5结论 (1)抽油机井泵系统效率与排量系数的关系主 要受抽汲参数和生产气油比的影响,它们之间远非简 单的线性关系.提高排量系数将使泵系统效率相应提 高,但提高泵系统效率时排量系数却未必提高. (2)抽油泵的排量系数仅仅反映了抽油机的实 际产液量占抽油泵的理论排量的份额的大小,并不能 反映抽油泵在正常工作时的能耗情况;而只有用泵系 统效率才能比较全面地 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 抽油泵的工作状况.在抽 油机井抽汲参数调整中,不仅要追求尽可能大的排量 系数,还应该力争达到较高的泵系统效率,以提高抽 油机井的产能与经济效益. 符号说明: 叼——泵系统效率,f;——泵的输入功率, W;N——泵的输出功率,W;G——油,气,水混 合物的质量流量,kg/s;Sp——生产气油比,In/m; p——地面脱气油密度,kg/m;Pug——天然气密度, kg/In;Pw——水密度,kg/nl;Vw——生产水油比, In/m;E——泵的扬程,In;g——重力加速度,n S;Q.——地面产油量,nl/s;H.,——泵吸入 El,排出口深度,In;J——泵吸入El处单位质量流 体中的气体体积,In/kg;——单位质量流体中的 液体体积,In/kg;P.,P2——泵吸入El,排出口处 的压力(绝对),Pa;.,U2——泵吸入口,排出口 处油,气,水混合物的平均流速,m/s;m——多变 指数,f;泵的排量系数,f;Q——抽油机井 的实际产液量,In/s;Q.——泵的理论排量,In/s; —— 柱塞的截面积,In;5——光杆冲程,In; n——冲次,min一 参考文献: [1]陈家琅.抽油泵扬程和机械效率的计算[R].SPE22440.1992. [2]陈涛平,胡靖邦,石油工程[M].北京:石油工业出版杜. 20o0, (上接第69页) 产生的压力波及范围近似为圆形,多裂缝系统产生拟 径向流动态,出现压力导数0.5线特征. 3结论 (1)本文以油气井为研究对象,从油气藏的储 层特征及渗流机理出发,综合运用油气藏地质,油气 渗流理论,偏微分方程,计算数学等多方面的知识, 研究出了新的试井分析方法. (2)采用解析解与数值解相结合的半解析法, 构造了有限导流裂缝和无限导流裂缝这2种情况下的 压裂水平井多裂缝系统的渗流数学模型. (3)针对复杂的边界情况,在模型中引入裂缝 离散化机制. (4)分析了有限导流裂缝和无限导流裂缝的压 裂水平井多裂缝系统的压力动态特征,通过压降曲线 分析表明:垂直于井筒的正交裂缝布局模式优于非正 交模式,水平段方位设计时应选择垂直最小主应力方 向,以利于压裂产生高导流能力正交裂缝;均匀间距 的裂缝布局模式优于非均匀模式. 符号注释: p——压力;5——表皮因子;下标D——无因 编辑:李安峰 次量;下标W——井筒;s——拉氏变量;c——井 储因子;下标f——裂缝;,广方向坐标; ?——裂缝单元总数;i,——任意裂缝单元; n——裂缝段数目;格林函数;f——第f条裂 缝;K0——零阶第二类贝塞函数;Lf——裂缝半长; q——裂缝流量;——多孑L介质的形状因子;一 —— 拉氏变换. 参考文献: [1]OzkanE,RaghavanR.SomeNewSolutions1oSolveProblemsinWell TestAnalysis:Part1一AnalyticalConsiderations[J].SPEFE,Sep— tember1991,359-368. [2]HomeRN.RelativeProductivitiesandPressureTransientModelingof HorizontalWellswithMultipleFractures[R],SPE29891,1995+ [3]李笑萍.穿过多条垂直裂缝的水平井渗流问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 及压降曲线[J]. 石油,1995,17(2). [4]陈伟,段永刚.水平裂缝压裂井试井分析[J].油气井测试, 2000,9(3):8-12. 15jJinWan.WellModelsofhydraulicallyFracturedHorizontalWells [R].AReportSubmitted1otheDepartmentofPetroleumEngineering StanfordUniversilyinPartialFulfillmentoftheRequirementsforthe DegreeofMasterofScience,June1999. 编辑:李安峰