地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵井合理生產(chǎn)參數(shù)配置方法

　　為了合理配置螺桿泵井的生產(chǎn)參數(shù)，使井和泵匹配，基于螺桿泵溫度場(chǎng)以及泵內(nèi)流體壓力分布規(guī)律，以定子工作條件和泵舉升性能為依據(jù)，建立了地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵井方案校核方法，繪制了方案校核圖版。將生產(chǎn)方案劃分為“合理方案區(qū)”、“燒泵區(qū)”和“泵‘擊穿’區(qū)”，提出了高效點(diǎn)和系統(tǒng)效率曲線相結(jié)合的生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)選方法，并以真實(shí)油井為例進(jìn)行了計(jì)算分析。結(jié)果表明：高轉(zhuǎn)速和高下泵深度會(huì)增加定子溫度和泵舉升高度，當(dāng)其超過螺桿泵的臨界使用值時(shí)即會(huì)引發(fā)“燒泵”和泵“擊穿”現(xiàn)象。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)方案校核圖版上的高效點(diǎn)和系統(tǒng)效率曲線優(yōu)選最佳生產(chǎn)參數(shù)組合，避開燒泵區(qū)和泵“擊穿”區(qū)，以延長(zhǎng)螺桿泵井的檢泵周期，提高經(jīng)濟(jì)效益。

　　地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵井采油技術(shù)作為一種新興的人工舉升方式，因其具有較高的適應(yīng)性，在國(guó)內(nèi)外油田得到了廣泛的應(yīng)用。“十二五”期間，國(guó)內(nèi)螺桿泵的自主研發(fā)已成熟配套，但在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中，因?qū)β輻U泵的特性和井的生產(chǎn)能力認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致螺桿泵井的生產(chǎn)參數(shù)選擇不合理.目前，地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵井運(yùn)行面臨的最大問題是燒泵現(xiàn)象.如何提高泵的壽命，延長(zhǎng)檢泵周期是石油工作者亟需解決的問題[2].近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者在井泵的匹配以及螺桿泵井的診斷與自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)的開發(fā)方面做了大量的工作，取得了一定的成果.筆者前期對(duì)螺桿泵定轉(zhuǎn)子溫度場(chǎng)分布以及泵內(nèi)流體壓力和溫度的分布規(guī)律進(jìn)行了研究.文中在此基礎(chǔ)上建立地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵系統(tǒng)工況校核方法，對(duì)不同生產(chǎn)參數(shù)組合進(jìn)行校核分析，根據(jù)系統(tǒng)效率曲線優(yōu)選最佳生產(chǎn)參數(shù)組合，并將計(jì)算結(jié)果繪制成方案校核圖版。

1、數(shù)學(xué)模型

　　1.1、定子生熱率模型

　　螺桿泵定子襯套橡膠具有黏彈性，在其變形過程中，一部分能量被儲(chǔ)存，另一部分能量被損耗轉(zhuǎn)化成熱量(滯后生熱)，使溫度升高.轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中單位時(shí)間內(nèi)定子單元體產(chǎn)生的熱量，即平均節(jié)點(diǎn)生熱率為

　　式中：E'為黏彈性材料在形變過程中由于彈性變形而儲(chǔ)存的能量，即儲(chǔ)能模量，E'=σ0/ε0cosα，MPa；E″為黏彈性材料在形變過程中由于黏性變形(不可逆)而損耗的能量，即損耗模量，E″=σ0/ε0sinα，MPa；n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/s；σ0為定子襯套節(jié)點(diǎn)的最大應(yīng)力，MPa；ε0為定子襯套節(jié)點(diǎn)的最大應(yīng)變；α為黏彈性材料在形變過程中應(yīng)力落后于應(yīng)變的角度，即滯后角，rad。

　　1.2、摩擦生熱模型

　　螺桿泵定轉(zhuǎn)子之間為過盈配合，轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)的同時(shí)在定子型腔內(nèi)做周期往復(fù)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi)定轉(zhuǎn)子摩擦產(chǎn)生的熱量為

結(jié)論

　　1)通過對(duì)螺桿泵定、轉(zhuǎn)子溫度，泵內(nèi)流體壓力和溫度耦合求解，還原了實(shí)際生產(chǎn)條件下螺桿泵的井下工況.

　　2)基于定子溫度要求和泵舉升性能要求，建立了螺桿泵井生產(chǎn)方案安全校核方法.將螺桿泵井生產(chǎn)方案劃分為“合理方案區(qū)”、“燒泵區(qū)”和“泵‘擊穿’區(qū)”，繪制了方案校核圖版.

　　3)隨著下泵深度和轉(zhuǎn)速增大，螺桿泵定子溫度和增壓幅度上升，當(dāng)其高于臨界值時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)“燒泵”或泵“擊穿”現(xiàn)象.借助新繪制的校核圖版，可以避開“燒泵區(qū)”和“泵‘擊穿’區(qū)”，并能選擇最佳生產(chǎn)參數(shù)組合.