井口回压对抽油机井能耗影响规律的仿真研究.pdf

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1、2014年第8期内蒙古石油化工1井口回压对抽油机井能耗影响规律的仿真研究付丽(大庆油田有限责任公司第八采油厂工程技术大队，黑龙江大庆163514)摘要：应用波动方程描述抽油杆柱纵向振动，考虑井11,回压对抽油泵排出压力的影响，改进了抽油杆柱纵向振动底部边界条件的仿真模型，建立了井口回压对抽油杆拄纵向振动与悬点栽荷影响的仿真模型。以悬点载荷仿真为基础，考虑抽油机地面驱动与传动系统的动力特性、传动效率的影响，建立了井口回压对抽油机井能耗影响规律的仿真模型。仿真结果表明，井口回压对抽油机井能耗有显著影响，井口回压越高，抽油机井能耗越大。关键词：抽

2、油机井；杆拄纵向振动；悬点载荷；井口回压；能耗；影响规律中图分类号：TE319十．1文献标识码：A文章编号：1006—7981(2014)08一o001一02油井井口回压反映了地面集油管网内流体流式中：u(x，t)——抽油杆注任意截面x在时刻t动水力损失的大小。地面集油管网内流体流动的水的位移，in；c——声音在抽油杆中的传播速度，m／力损失不仅取决于地面集油管网参数、油井产量、油s；g——重力加速度，m／s2Iv——抽油杆柱液体粘井产出液性质，而且取决于集油系统的运行参数。调滞阻尼系数，1／s；Er——抽油杆材料弹性摸量，N／整集油系统的

3、运行参数，可以调整油井井I=I回压。对mz；Ar——抽油杆的横截面积，m2；u。(t)——悬点于抽油机井来说，井I=I回压增加了抽油泵排出口压运动位移，m；Pp(t)——抽油泵柱塞液体载荷，N。力。抽油泵排出l=I压力增加，不仅增加了抽油泵漏失1．1悬点运动位移仿真模型量和冲程损失，降低了油井产量[1_2]，而且也加大了悬点运动规律取决于抽油机类型。对于目前广抽油泵柱塞液载荷与悬点载荷，从而增加了抽油机泛应用的常规型抽油机与异相曲柄平衡抽油机，悬井能耗嘲。文献[1-z]定量分析了井口回压对油井产点运动规律仿真模型见文献“】，本文不再赘述。量

4、的影响；文献啪基于理论模型与现场试验，分析了1．2抽油泵柱塞液体载荷仿真模型回压对抽油机井能耗的影响规律，但所依据的理论柱塞液体载荷由下式计算模型过于简化，为此本文基于抽油杆柱动态的计算Pp(t)=Ap(pd—p)一Ardpd(2)机仿真技术‘¨，建立井I=l回压对悬点示功图、抽油机式中：P，(t)——柱塞液体载荷，N；Ad——底井能耗影响的仿真模型，仿真分析井i=l回压对抽油部抽油杆的横截面积，m2；A，——抽油泵柱塞横截机井能耗的影响规律。面积，mz；Pd——抽油泵排出口压力，Pa；p——泵筒1抽油杆柱纵向振动与悬点载荷仿真模型内液体瞬

5、时压力，Pa。悬点载荷仿真是抽油机井能耗仿真的基础。抽油机井悬点载荷包括静载荷、惯性载荷、振动载荷与摩擦载荷。为便于研究，做如下假设：①假设油井为铅垂直井；②仅研究抽油杆柱的纵向振动，不考虑油管柱与液柱的动态行为；⑧井筒内为油水两相混(t)抽j由泵摹王掺原理示意匪·合液，井口回压、泵吸入口压力与排出压力均为常6J。2数；④抽油杆柱与油管柱同心。在上述假设条件下，采用波动方程描述抽油杆柱的纵向振动‘¨：a!fI，02“a“⋯at2。’丽w百29“IⅢ=u+(tJ流体体积Y(m3>．(blj；E筒内漉体医力髓体职的变化规律E,Ar孰。=o(『)

6、(1)图1泵内压力变化规律示意图指示图收稿日期：2014--03--10基金项目：圈家自然科学基金项目(50974108，51174175)。2内蒙古石油化工2014年第8期泵筒内液体瞬时压力取决于抽油泵吸人阀、排率；k。——系数。当vA>o，即悬点上冲程时，k。=一出阀的开启状态以及抽油泵的沉没压力与排出压1I当v^≤0时，k1=1。力。根据抽油泵的工作过程以及泵阀的瞬时开启状电动机瞬时输出功率由下式计算态，泵筒内液体压力变化规律如图1所示。N啪=觜啦小(9)结合图1，引入如下符号：V。——泵的余隙容式中：N啪——电动机瞬时输出功率，kW

7、；积，m3；v．——泵的行程容积，m3；Vp——吸入冲程结束时，泵筒内气体体积，mslV喇——排出冲程结∞——曲柄转动角速度，rad／s；，k——电动机输出轴到减速箱输出轴的传动效率；k2——为系数。当束时，残留在余隙容积内的气体的体积，m3；V啊——吸入阀打开时，余隙容积内体积为V0

8、d的残MN>0时，k2一一1，当MN≤0时，k2=l。留气体膨胀后的体积，ma。考虑电动机瞬时效率的影响，电动机瞬时输入功率与平均输入由下式计算吸入冲程结束时，泵筒内气体体积Vp由下式计算lNM=口·pN+P。+[(÷一1]PN—P。]fi2协R．{(10)

9、Vp=舌素(Vo+V．)(3)，rTJ砜=丰INMdt、上J0排出冲程结束时，残留在余隙容积内的气体体式中：NM——电动机瞬时输入功率，l【W；积Vold为‰=————二、，L—