有杆抽油泵系统工作行为仿真研究_刘清友
提高有杆泵采油系统效率方法的探讨
节 能 2005 年第 3 期 EN ER GY CONSERVA TION ( 总第 272 期) — 12 —
杆、 深井泵 、 井下管柱和井口装置 。 ( 2) 抽油机的输入功率 : 拖动抽油机的电动机的 输入功率为抽油机的输入功率 。 ( 3) 抽油机井的光杆功率 : 光杆提升液体和克服 井下各种阻力所消耗的功率为抽油机的光杆功率 。 ( 4) 抽油机的有效功率 : 在一定扬程下 , 以一定 的排量将井下液体提升到地面所需要的功率为抽油 机的有效功率 ,也叫水功率 。 ( 5) 抽油机井的系统效率 : 抽油机的有效功率与 输入功率的比值为抽油机的系统效率 ,即 η = 有效功率 ×100 % 输入功率 抽油机的系统效率可分为地面效率和井下效率 两部分 。以光杆悬绳器为界 , 悬绳器以上的机械传 动效率和电动机运行效率的乘积为地面效率 ; 悬绳 器以下到深井泵 ,由深井泵再到井口 ( 包括回压 ) 的 效率为井下效率 。 ( 6) 抽油机井的地面效率 : 光杆功率与电动机输 入功率的比值为抽油机的地面效率 ,即 η 地面 = 光杆功率 ×100 % 电动机输入功率
( 6) 抽油机单井系统效率
P有 ρ・ ξ Q ・H ・ = ×100 % P入 86400 P入
( 7) 抽油机井的井下效率 : 抽油机的有效功率与 光杆功率的比值为抽油机井的井下效率 ,即 有效功率 η ×100 % 井下 = 光杆功率
313 测点选择及测试参数 ( 1) 在进行输入功率 、 电流 、 电压 、 功率因数 、 上
有杆抽油机系统效率影响的仿真模型
表 １ 孤东油 田 ４ １—１ ５井资料 ５
项目 油层中 ｍ
油层厚度／ ｍ
Ｆ ￣【 ｒ ｒ 碡 ｌ１ ｉ． ｔ
可 Ｊ ８ ）
因素很 多， 但在 抽 油 井产 液 量 、 效提 升 高度 一 定的 情 况 下 ， 油 机 的 冲程 和 冲 次是 影 响单 井 有 抽
系统效率的主要 因素。根据计算机仿真计算， 绘制出系统效率随抽汲参数的变化关系图。 关键词 抽油机井 系统效率 抽汲参数 数学模型 仿真分析
井 液体 对抽 油 杆 的 阻尼 系 数 ，一； 为 抽 油杆 的 ｓ 横 截 面 积 ， Ｐ ｍ ； 。为 抽 油 泵 柱 塞 上 的 液 体 负 载 ， 有杆 抽 油系统 的作 用是将 地 面 的电能传 递到 井 下 ， 而举 升井下 液 体 。整个 系统工 作 时 ， 从 就是
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断
块
油
气
田
２０ ０ ６年 ９月
第ｌ ３卷第 ５期
Ｆ Ｕ 』— Ｌ Ｋ ０Ｉ Ａ Ｉ Ｂ ０Ｃ Ｌ＆ Ｇ Ｓ ＦＥ Ｄ Ｔ Ａ ＩＬ
有 杆 抽 油 机 系统 效 率 影 响 的仿 真 模 型
许 涛 张公 社 李 星 殷 桂 琴 聂 飞 朋 许 占恒
１４ 抽油 杆 与液柱 之 间的摩 擦 力 ．
抽 油杆 与液 柱 的摩 擦 在 下 冲程 ， 擦 力 方 向 摩 向上 ， 是稠 油井 内抽 油杆 下行 遇阻 的 主要 原 因 ， 阻 力 的大小 随抽 油杆 柱 的下行 速度 而变化 ］ ：
『 ｍ 一 １ １
损失也随之增大 ， 系统效率降低 。在同一 冲次条
有杆泵抽油实验报告
有杆泵抽油实验报告篇一：有杆泵采油分析与系统的设计东北石油大学高等教育自学考试毕业设计（论文）专业：石油工程考号：姓名：题目：有杆泵采油分析与系统的设计指导教师：2010 年9 月19 日东北石油大学高等教育自学考试毕业设计（论文）任务书题目：有杆泵采油分析与系统的设计专业：石油工程考号：姓名：本题目应达到的基本要求：主要内容及参考资料：签发日期：2010 年 6 月完成期限：2010 年9 月指导教师签名：摘要有杆泵采油是最广泛最主要的传统机械采油技术。
有杆泵采油包括游梁式有杆泵采油和地面驱动螺杆泵采油两种方法。
其中游梁式有杆泵采油方法以其结构简单、适应性强和寿命长等特点。
世界抽油机技术发展较快，科研人员研究开发了多种新型抽油机，特别无梁式抽油机的出现解决了很多常规机出现的弊端。
有杆泵采油的系统设计，新投产或转抽的油井，需要合理地选择抽油设备；油井投产后，还必须检验设计效果。
当设备的工作状况和油层工作状况发生变化时，还需要对原有的设计进行调整。
进行有杆泵采油井的系统选择设计应遵循的原则是：符合油井及油层的工作条件、充分发挥油层的生产能力、设备利用率较高且有较长的免修期，以及有较高的系统效率和经济效益。
关键词：有杆泵采油；游梁式；新机型；抽油机；系统设计目录第1章绪论............................................................... (1)有杆泵采油的现状............................................................... . (1)有杆泵采油存在的问题............................................................... . (1)第2章有杆泵采油的简介分析............................................................... . (2)有杆泵采油井的系统组成............................................................... .. (2)泵的工作原理............................................................... . (5)第3章有杆泵采油的泵效影响因素............................................................... .. (6)抽油杆和油管弹性伸缩的影响............................................................... (6)气体和充不满的影响............................................................... . (8)漏失的影响............................................................... .. (9)提高泵效的措施............................................................... (9)第4章有杆泵采油系统选择设计............................................................... . (10)井底流压的确定............................................................... . (11)沉没度和沉没压力的确定............................................................... . (11)下泵深度的确定............................................................... .. (11)冲程和冲次的确定............................................................... . (12)抽油泵的选择............................................................... (12)抽油杆的选择............................................................... (13)抽油机、减速箱、电动机及其它附属设备的选择 (16)设计的意义............................................................... (16)第5章结论............................................................... . (17)参考文献............................................................... . (18)致谢............................................................... . (19)第1章绪论有杆泵采油的现状大庆油田是全国最大的油田，目前油田常用的抽油机包括：常规游梁式抽油机、前置式抽油机、异相曲柄抽油机、偏置式抽油机、摆杆式抽油机、双驴头式抽油机、复合轮式抽油机、摩擦换向式抽油机、六连杆增程式抽油机、偏轮式抽油机、B游梁式抽油机等等。
浅谈提升有杆泵采油系统效率的方法
１可对机械采油有杆泵系统效率产生影 响的相关因素 相关研究调查结果表 明，与系统理论的百分 比相 比，我 国 油 田采油 的系统效率 明显 处于偏低 的状态 ，且其平 均效 率也 未 达 系 统 平 均 效 率 的５ ０ ％ ，本 文 特 对 影 响 油 机 井 系 统 效 率 的 因 素进行 了总结 ，大致可分为 以下几点 ： （ １ ）电击 负载率偏低 。 电机负载率偏 低是导致 电机 效率 运行 效率低 下的一 大因素 ，通 常情 况下 ， 电机 的运行效 率基 本处于０ ． ７ ～Ｏ ． １ ｌ 的范 围之 中，但 由于我们 的电机 负载率并未 达 到 此 范 围 标 准 ， 因 此 电 机 的运 行 效 率 也 随 之 受 到 了 阻 碍 。 实 际上 ，当 电机 的负载率提 高幅度达到５ ％ ～１ ０ ％ 的情 况下，系 统 的运 行 效 率 也 会 产 生 相 应 提 高 。 （ ２ ）传送 皮带产生偏差 。传送 皮 带的运行是 以三 角皮带 传 动 为 原 理 ， 这 也 导 致 了 其 运 行 的 过 程 中 将 在 一 定 程 度 上 受 到弹 性 的影 响 ，进 而使其 张紧程度 随之 受到影 响，最终 导致 传 统 皮 带 在 应 用 的 过 程 中 出 现 打 滑 、 错 动 等 运 行 偏 差 ， 可 直 接 造 成 能 量 受 到 损 耗 ， 也 对 系 统 运 行 效 率 产 生 了 一 定 程 度 的 消 极 影 响 。 （ ３ ）抽 油机工作方法滞 后 。对称循 环是当前大 部分抽油 机用 以运 行的主要 手段 ，基于 其运行方 式与周 期性波动 幅度 偏 大的工 作状态 ，在运行 的过程 中将造 成能量 的大量损 耗 ， 除此 之外 ，对于 系统 的效率不 具有提 高作用 ，因此与 电动机 难 以产生相互协调 的配合 。 （ ４ ）抽 油机的平衡程 度较差 。抽 油机 的平衡程 度通常与 抽 油机 的耗 电情 况及系 统 的运 行状态均 可产生 息息相 关的联 系 ，在抽 油机失 衡 的情 况下 ，电流也将 随之 受到影 响，除此 之外 ，输入功率也 可随之产 生一 定变化 。 （ ５ ） 工 作 制 度 的影 响 。抽 油 系 统 在 一 定 程 度 上 还 可 受 到 工 作制度 的影 响 ，在 工作制度 合理 的情况 下，排液 量与供液 量 的 匹配 程度便 相对 较高 ，整 体系统 也可 随之呈最 佳状态 ， 进 而使 总体产液 量 出现增长 ，反之 ，在工作 制度不 合理 的情 况 下，总体产 液量 在上述相 关因素的影 响下将呈下 降趋势 。 （ ６ ） 盘 根 阻 力 。 盘 根 阻 力 具 体 是 指 盘 根 在 应 用 的 过 程 中 与其他 设备所产 生 的阻力 ，通 常情况 下 ，盘 根 的材 质及松 紧 状 态均 与盘根 阻力 的大小 息息相关 ，阻力过 大或大 小都将 引 起 能量 的 大量 损耗 ， 致 使 系 统 效 率 随 之 受 到 阻碍 。 （ ７ ）气体 的影 响 。采 油 生产 的过 程 中如 受 到气体 的影 响 ，泵 空间 将 存在 一定 的 空 隙 ，导致 泵 的排 量 随 之受 到 影 响，进而 造成 井下生产效率偏低 。 （ ８ ）油管伸缩 。在进行 系统操作时 ，如油管下端状态 失 稳 ，便 有可 能导致油 管伸缩 现象 的出现 ，这将对传 递 的功 率 与冲程 造成直接 的负面影 响，尤其对 于深 抽井而 言，该现 象 可对 系 统 产 生 的 损 害 将 达 到 最 大 化 。 （ ９ ） 抽 油 杆 出 现 摩 擦 与 曲 折 。在 利 用 抽 油 杆 住 进 行 抽 油 的过程 中 ，与油管之 间难 免会产生相 应 的摩擦 ，在 抽油杆 下 部 出 现 弯 曲现 象 的情 况 下 ， 有 效 荷 载 将 出 现 一 定 波 动 ， 导 致 整个系统的效率随之 出现降低。 （ ｉ ０ ）深井泵工作时间 的影响 。在深井泵工作时 间突然延 长的情 况下 ，各种 设备之 间所产生 的 阻力 也将 随之增大 ，磨
有杆抽油系统运动规律的数学建模及实例分析
关键 词：游梁式抽 油机 ；悬点载荷
一问题Leabharlann 描述 目前 ，开采 原油广泛使用的是有杆抽油 系统 （ 垂直井 ，
、
电机旋转运动通过四连杆机构转变为抽油杆 的垂直运动 ）。 电机旋转运 动转化为抽油杆上下往返周期运动 ，带动设置在 杆下端泵的两个 阀的相继 开闭，从而将地下上千米 深处蕴藏 的原油抽到地面上来 。 有杆抽油系统是一个 复杂系统 ，例如 ，地 面悬点一个 冲 程的运动规律 ：位移函数 、速度函数、加速度 函数 ；地下的
泵功 图计算 ，以及利用泵 功图估计油井产量等问题 。
律 ：位移函数 、速度 函数 、加速度函数 。
’ ２ ． ５ １ ８ ． ２ ． ５ １ ２ ， ２ ． ５ ０ ４ ， ２ ． ４ ９ ５ Ｊ ２ ． ４ ８ ４ Ｉ ２ ｌ ４ ７ ２ ， ２ ． ４ ５ ９ ， ２ ． ４ ４ ４ Ｊ ２ ． ４ ２ ７ ， ２ ． ４ １ ， ２ ． ３ ９ １ ， ２ ． ３ ７ ２ ， ２ ． ３ ５ １ ， ２ ． ３ ２ ９ ， ２ ． ３ ０ ５ ， ２ ． ２ ８ １ ， ２ ． ２ ５ ６ 。 ２ ． ２ ２ ９ Ｊ ２ ． ２ ０ １ ， ２ ． １ ７ ２ ， ２ 。 １ ４ ２ ， ２ ． １ １ １ ， ２ ． ０ ７ ９ Ｉ ２ ． ０ ４ ６ ， ２ ． ０ ｌ ｌ ， １ ． ９ ７ ５ Ｉ １ ｌ ９ ３ ８ ， １ ． ９ ， １ ． ８ ６ ， １ ． ８ ２ Ｊ １ ． ７ ７ ８ ， １ ． ７ ３ ５ Ｉ ｌ ｌ ６ ９ ， １ ． ６ ４ ５ ， １ ． ５ ９ ８ ， １ ． ５ ５ ， １ ． ５ ０ １ ， １ ． ４ ５ １ ， １ ＿ ３ ９ ９ ， １ ． ３ ４ ７ ， １ ． ２ ９ ４ ， １ ． ２ ３ ９ ， １ ． １ ８ ４ Ｊ １ Ｉ １ ２ ９ ， １ ． ０ ７ ２ ， １ ． ０ １ ５ ， Ｏ ． ９ ５ ８ ， ０ ． ９ ０ １ ， ０ ． ８ ４ 《 Ｊ ０ ． ７ ８ ６ ， ０ ． ７ ２ ９ ， ０ ｌ ６ ７ ３ ， ０ ． ６ ｌ ８ Ｊ ０ ． ５ ６ ３ Ｊ ０ ． ５ ｌ ， ０ ． ４ ５ ９ 。 ０ ． ４ ０ ９ ， ０ ． ３ ６ ｌ 。 ０ ． ３ １ ５ ， ０ ． ２ ７ ２ ， ０ ． ２ ３ １ ， ０ ． １ ９ ３ １ ０ ． １ ５ ８ ， ０ ． １ ２ ７ ， ０ ． ０ ９ ８ ， ０ ． ０ ７ ４ ， ０ ． ０ ５ ２ ， ０ ． ０ ３ ４ ， ０ ． ０ ２ ， ０ 。 ０ １ ， ０ ． ０ ０ ３ ， ０ ， ０ ， ０ ． ０ ０ ４ ， ０ 。 ０ １ ２ ０ ． ０ ２ ３ ０ ． ０ ３ ７ ， ０ ． ０ ５ ４ ｊ ０ ． ０ 『 ４ Ｊ ０ ． ０ ９ ７ ， ０ ． １ ２ ３ ， ０ ． １ ５ ２ ， ０ ． １ ８ ３ Ｊ ０ ． ２ １ ６ ， ０ ． ２ ５ １ ， ０ ． ２ ８ ９ Ｊ ０ Ｉ ３ ２ ８ ， ０ ． ３ ６ ９ ， ０ ． ４ １ ２ ， ０ ． ４ ５ ６ ， ０ ． ５ Ｏ １ ， ０ ． ５ ４ ８ ， ０ ． ５ ９ ６ ， ０ ． ６ ４ ５ ， Ｏ 。 ６ ９ ４ ， ０ ． ７ ４ ５ ， Ｏ ． ７ ９ ７ ， ０ ． ８ ４ ９ Ｊ ０ ． ９ ０ ｌ
热采井有杆泵抽油模拟试验
热采井有杆泵抽油模拟试验
蔡启仑
【期刊名称】《江汉石油学院情报》
【年(卷),期】1991(000)004
【摘要】在热力强化采油计划中，人工举升法最初采用的是常规有杆抽油泵。
在热采井抽油时存在的一个主要的问题是，由于蒸汽和非凝析气体的干扰，使泵的容积效率降低。
本文讨论由艾尔伯塔油砂层开采技术研究管理局（Alberta Oil Sands Technology and Research Authority简称AOSTRA）和艾尔伯塔研究委员会（Alberta Research Coucil简称ARC）联合开展的有关热采井抽油的物理和数值模拟研究成果。
热采井有杆泵抽油的物理模拟试验是在一个台架上的全尺雨抽油泵上进行了，该台架每天能抽取200℃高温的产液20m3。
有杆泵抽油的数值模拟用－状态方程，根据产液量和井底工况来预测抽油泵理论容积效率。
该项研究计划的目的是模拟现场热采时泵抽中的各种问题，开发出诊断工具和实际解决这些问题的办法。
【总页数】10页(P37-45,78)
【作者】蔡启仑
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TE355.9
【相关文献】
1.用玻璃钢抽油杆改善大泵强采抽油系统的工况 [J], 彭勇;徐建宁;姜养民
2.有杆泵抽油机井抽油参数设计及规划方法 [J], 叶利平;崔培庆
3.计算机程序优化有杆泵抽油系统的抽油参数 [J], Takac.,G;戴广宏
4.热采井有杆泵抽油模拟 [J], Wong,A;张怀文
5.预测有杆泵抽油系统动态的抽油杆与流体耦... [J], Lek.,SDL;刘富
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基于Matlab的有杆抽油泵泵阀运动仿真研究
而 为提 高抽 油机井 的系统效 率研 究 提供 借鉴 。
１ 抽 油泵 泵 阀运 动 模 型 的建 立
考 虑泵 筒 内液 体 的 可压 缩 性 ， 鉴 往 复 泵 泵 借 阀运动 规律 的理 论 研 究 成 果 ， 用 球 阀往 复泵 的 利 阀隙过 流面 积和 阀的 工作 面 积 计 算 方 法 】 ］ 忽 ＇ ， ＿ ７
［ 要 ］对 有 杆 抽 油 泵 泵 阀运 动规 律 的研 究 和 确 定 抽 油 泵 泵 阀 筒 内液 体 压 力 的 分 布 是 提 高 抽 摘 油 机 井 系统 效 率 研 究 的关 键 性课 题 。作 者 在 Ｍａｌ ｔ ｂ软 件 平 台 上 ， 用 Ｓｍｕｉｋ分 析器 对抽 油 ａ 利 ｉ ｌ ｎ 泵 泵 阀 的运 动规 律 进 行 计 算 机 仿 真 研 究 ， 果 表 明 ， 油 泵 泵 阀 筒 内液 体 压 力 的分 布 具 有 明 显 结 抽 的“ 线 性” 抽 油 泵 泵 阀运 动 亦 有 非 线 性 规 律 ， 且 具 有“ 动跳 跃 ” 象 。这 为 提 高 抽 油机 井 非 ， 而 抖 现
用急 剧增 加口 。如 何 提 高 抽 油机 井 系统 效 率 ， ］ 降
低机 械 系统 的能耗 就成 为石 油企业 急 需解决 的研
究课 题 。而有 杆抽 油泵泵 阀运 动 规律研 究 和确定 抽油 泵泵 阀筒 内液 体压 力分 布又是 抽 油机井 提 高 系统 效率 研究 的重 中之 重＿ 。它对 有杆 抽油 系 统 ２ ］ 动态 参数 计算 精 度 、 况 诊 断 正确 率 都 有 着 重 要 泵
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第 ３卷 ４
第６ 期
成 都理 工大 学学 报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ＵＲ Ａ ＦＣ Ｎ Ｄ ＮＩＥ ＳＴ ＦＴ Ｃ Ｎ ｝Ｙ（ｃｎｅ＆Ｔ ｃｎｌ ｙ ｄｉ ） Ｏ Ｎ ｌＯ ＨＥ Ｇ Ｕ Ｕ Ｖ Ｒ ＩＹＯ Ｅ Ｈ ＯＩ Ｇ Ｓｉ ｃ （ ｅ ｅｈｏ ｇ ｉｏ ｏ Ｅ ｔｎ
有杆抽油系统工况分析
有杆抽油系统工况分析抽油机井的分析应包括以下内容：（1）了解油层生产能力及工作状况，分析是否已发挥了油层潜力，分析判断油层不正常工作的原因。
（2）了解设备能力及工作状况，分析设备是否适应油层生产能力，了解设备利用率，分析判断设备不正常工作的原因。
（3）分析检查措施效果。
一、抽油机井液面测试与分析（一）静液面、动液面及米采油指数静液面：是指关井后环形空间中的液面恢复到静止时的液面；静液面深度：从井口到液面的距离称为静液面深度；静液面高度：从油层中部到静液面的距离称为静液面高度。
与它相对应井底压力，既是油层压力（静压），若井口压力为零时，静压与静液面的关系为： （3-89）动液面：是油井生产期间油套管环形空间的液面；动液面深度：表示井口到动液面的距离；动液面高度：表示油层中部到动液面的距离。
井底流压与动液面的关系为：（3-90）如图3-47所示：称为沉没度：它表示泵的吸入口沉没在动液面以下的深度。
油井的采油指数为：令，则油井的流动方程可表达为：（3-91）式中Q—— 油井产量，t/d；K—— 称为米采油指数，t/(d·m)。
图3-47 静液面与动液面的位置（二）液面位置的测量测液面的原理是利用回声仪测量声波从井口传播到液面再返回到井口所用的时间t，再求出声波在环形空间中传播的速度，则液面深度为：（3-92）为了求出声波在环形空间中传播的速度，在距离井口一定深度处安装音标，在用回声仪测得的声波曲线纸带上能显示出井口波、音标波和液面波如图3-48所示，测取井口波图3-48 液面与音标声波反射曲线到液面波的纸带长度作为，则声速为，将其代入式（3-82）得：（3-93）油田现场目前用双频回声仪测得的液面曲线如图3-49所示，上面为高频曲线，下面为低频曲线，在高频曲线上可清楚地看出声波传播到每一个油管接箍返回到井口的时间波形。
在这种液面曲线上量取10个油管接箍反射波之间的纸带长度作为，量取从井口波到液面波之间的纸带长度作为t，以10根油管的长度作为，也可求出液面深度为：，而且省去了在井中安装音标的麻烦。
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Computer simulation on working action of rod pumping system
L IU Qing_you1 WANG H ai_lan 1 L IU F u2
( 1 . Southw est Petr oleum I nstitute, Chengdu 610500 , China; 2 . K elamay i Resear ch I nstitute of Oil Pr oduction T echnology , K elamayi 834000 , China) Abstract: T he mathematical models for describing behav iors of pumping unit, pump, tubing string and the compound system were set up, and the corr esponding simulat ion models were established, according to the systematic dynamics. On this basis, the software for simulat ing t he wor king behaviors of rod pumping system w as developed on the pr inciple of the mo dular ization. T he databases of oil well, pump valve, base oil and pumping unit were set up. T he operation perfo rmances of rod pumping system under different wor king conditions, different swabbing parameters and different system configure w er e simulated. T he simulation models and simulation softw ar e were verified by the use of unit ex periment and the spot testing. T he calculation r esults accord w ith the pr actical production. T hese models are applicable to practice. Key words: rod pumping system; mathematical model; mat hemat ical w orking behav ior; mathematical simulation calculation; softw are development
液体对抽油杆的阻尼 系数, s
2
; A r 为抽油杆的横截
面积, m ; K e 为抽油杆柱悬挂系统的等效弹簧常数, N/ m; p p 为抽油泵柱塞上的液体负荷 , N 。 采用抽油杆纵向振动力学模型, 当同时考虑抽油 杆柱运动速度与液柱运动速度对抽油杆柱阻尼力的影 响时 , 可建立抽油杆柱与液柱耦合振动方程以及抽油 杆、 油管、 液柱相耦合的振动方程, 也即二维、 三维振动 [ 6] 模型 。 1 2 2 抽油杆扭转力学模型 抽油杆的扭转力学模型可为分析抽油杆脱扣、 偏磨 及柱塞螺旋划痕等原因提供理论依据。根据均质弹性 杆理论, 在坐标为 x 的截面处, 取一长度为 dx 的微元
开始仿 真计算 初始化原始参数 计算收敛节点数 初始化 计算上计算曲柄扭矩 确定当前时间坐标 j 从各级抽油杆 顶端计算到底端 最佳平衡分析 是否井底 是 是否不同参 数对比计算 是 计算下边界条件 是 否 仿真计算结束 是否一周 期 结束 是 是否达到 收敛精度 否 , 时间 坐标 + 1 否 计算杆连 接处位移 杆级数 下标 + 1 差分计算
108
石
油
学
报
2004 年
第 25 卷
库的日常管理功能。工作行为仿真计算模块的功能是 对机、 杆、 泵以及井内流体、 泵阀等的工作性能参数进 行求解 , 得出相应的动载荷、 应力和其他 各项动态参 数, 最后完成仿真结果的输出。帮助系统模块提供软 件使用指南、 功能说明以及软件使用注意事项。 本软件的核心是仿真计算部分, 包含了对整个抽 油系统研究的全部内容, 完成抽油机、 抽油杆和抽油泵 在不同的工况条件、 不同的机型组合条件下的各种工 作性能参数的计算。对采用牛顿有限差分法对抽油杆 振动力学模型进行求解。仿真计算求解流程见图 2 。
u
2
t
- c2
2
u + v x2
u d2 u * du * =+ g 2 t dt dt ( 1)
( 3)
ErA r ErA r 式中
u x | x = 0 = K e u ( 0, t )
u | = p p( t ) x x= L c 为波在抽油杆中的传播速度 , m/ s; v 为油井
- 1
按作用于抽油泵上的液体负荷计算泵的载荷 p p, 其计算公式为 p p( t ) = A p ( p d - p ) - A rd p d ( 4) 泵筒内的 液体压力 p 是 一个变量 , 与泵 阀的状 态、 抽油泵的沉没压力和泵阀的开启压差有直接的关 系。因此 , 在计算时必须计算泵阀的开启时间 , 根据不 同的开启状态建立相应的计算模型。
有杆抽油泵工作行为仿真系统
数据 处 理 数据输入 数据维护
工作行为仿真计算
仿真结果输出
帮助系统
原 油 物 性 参 数
泵 阀 结 构 参 数
抽 汲 参 数
普 通 抽 油 机
节 能 抽 油 机
原 始 数 据 库
仿 真 结 果 数 据
抽 油 机 工 作 性 能 仿 真
抽 油 杆 工 作 行 为 仿 真
抽 油 泵 工 作 行 为 仿 真
富
2 新疆克拉玛依 834000)
四川成都
610500; 2 新疆采油工艺研究院
摘要 : 根据系统动力学理论建立了抽油机 、 抽油 泵 、 杆管柱及其互作用系统力学数学模型 , 并建立了相应的仿真模型 。 在此基础上 , 利用模块化编程的原理开发了有杆抽油泵系统工作行为仿真软 件 , 建立 了油井 、 泵阀 、 原油 物性 、 抽油 机数据库 , 对 不同工 况 、 不同 抽汲参数及不同系统配置情况下的抽油泵系统工作性能进行了仿 真 。 采用单元 实验与现 场测试相 结合的 方法验 证了仿 真模型 及 仿真软件 , 计算结果符合生产实际 , 具有较高的实用价值 。 关键词 : 有杆抽油泵系统 ; 数学模型 ; 工作行为 ; 仿真计算 ; 软 件开发 中图分类号 : T E833 文献标识 码 : A
基金项目 : 中国石油天然气集团公司科技项目 抽油泵工作行为仿真研究 ( 2000621 3 ) 。 作者简介 : 刘清友 , 男 , 1965 年 10 月生, 1997 年获西南石油学院机械工程专业博士学 位, 现为西南石油 学院教授、 博士生 导师 , 研究 方向为石 油 机械 CAD / CA E/ CAM 、 可靠性分析及计算机仿真等。 E_mail: liuqy66@ yahoo. com. cn
井 内 流 体 运 动 规 律 仿 真
泵 阀 运 动 规 律 仿 真
仿 真 结 果 报 表 示 功 图
机、 杆、 泵动态参数
运 动 规 律
动 扭 载 矩 荷 分 析
抽 油 杆 应 力 图
泵 内 液 体 压 力
软 件 运 行 环 境
软 件 安 装 与 卸 载
使 用 规 程
软 件 使 用 导 向
图 1 有杆抽油泵工作行为仿真系统 总体结构示意图 Fig 1 The simulation system for working behavior of rod pumping
第3期
刘清友等 : 有杆抽油泵系统工作行 为仿真研究
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建立了运动学模型[ 2, 3] 。同时还建立了调径变矩型和 下偏杠铃游梁复合平衡两种节能抽油机的模型 1 2 抽油杆柱力学建模 1 2 1 抽油杆纵向振动模型 抽油杆的振动可以看作是一个受迫振动 , 其振源 是悬点 [ 5] , 即在考虑抽油杆悬挂系统的受力以及力的 传递过程时, 将其考虑为一细长弹性杆做受迫振动 , 振 源来自于抽油机悬点的上下往复运动。因此 , 抽油杆 柱任意截面处的运动为悬点的运动和抽油杆弹性振动 的叠加。 根据弹性单元体的受力平衡条件以及抽油杆顶部 与底部的边界条件, 可得到描述均质抽油杆柱纵向振 动的数学物理方程为
2 [ 4]
段, 根据牛顿第二定律列出抽油杆扭转振动方程为[ 7] T ( t) x - fr
2
。 即 式中
( t) x = J ( x ) dx
2
( t) 2 t
2
( x, t) - fr x2 (0 < x < L) GJ p ( x )
( t) = J( x ) x
( x, t) t2 ( 2)
进行了系 统 测试 , 主 要 参数 : 泵径 为 44mm, 冲程 为 3m, 冲次 为 6 0 次/ min, 油 气 比为 25, 下 泵深 度 为 2115m, 动液面为 1400 5m, 油压和套压均为 1 5M Pa, 含水率 为 0。抽 油杆 柱 组合 : 直 径 长 度: 22m m 58 5m+ 19mm 812 6m 。对克拉 玛依的 CYJ8Y 3 53H B 型曲柄平衡抽油机, 采用该仿真软件进行了分 析计算, 表 1 列出了油井部分动态参数的计算机仿真 结果。图 3 至图 8 是仿真结果曲线。经验证 , 光杆载 荷、 抽油机扭矩、 抽油杆应力等参数变化规律与实测结 果基本相同, 符合仿真计算精度要求。