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1、有杆抽油系统效率的若干问题,吴晓东,抽油系统效率概念,2,油井效率问题,1,抽油机节能原理分析,3,抽油机摆动件惯性力分析,4,抽油泵漏失研究,5,抽油系统节能措施,6,应用有杆抽油系统的目的是将地面的电能传递给井下液体，从而举升井下液体。整个系统工作时，就是一个能量不断传递和转换的过程。在能量的每一次传递时都将损失一定的能量。从地面供入系统的能量扣除系统的各种损失后，就是系统所给液体的有效能量。这一为将液体举升至地面的有效做功能量与系统输入能量之比值即为抽油机的系统效率。,抽油系统效率概念,有杆抽油系统： 原动机 抽油机 抽油杆 抽油泵 井下管柱 井口装置,抽油机,抽油杆,抽油泵,井下管柱,
2、原动机,井口装置,抽油系统效率概念,抽油系统效率概念,抽油机的输入功率P入：拖动抽油机的电动机的输入功率为抽油机的输入功率。 抽油机系统的有效功率 P水：一定的扬程下，将一定排量的井下液体提升到地面所需要的功率叫有效功率，也叫水功率。 抽油机系统的损失功率P损：抽油系统举升过程中损失的各种功率之和。 有杆抽油系统效率： 抽油机的有效功率与输入功率的比值为抽油机井的系统效率，即,抽油系统效率概念,1,油井效率问题,2,抽油机节能原理分析,3,抽油机摆动件惯性力分析,4,抽油泵漏失研究,5,抽油系统节能措施,6,油井效率:,油井效率就是油井利用地层天然能量的效率。地层的天然能量是一定的，如何充分发
3、挥地层能量，提高油井自身效率，减少能量消耗、降低能量输入是值得研究的问题。,泵提供多少能量？,油井效率最高？,油层,地层能量一定,油井效率问题,合理下泵深度确定:,下泵深度不同，泵需要提供的能量不同，则天然能量利用效率不同。合理的下泵深度，可以显著提高油井效率。,油井效率问题,抽油系统效率概念,1,油井效率问题,抽油机节能原理分析,2,抽油机摆动件惯性力分析,4,抽油泵漏失研究,5,抽油系统节能措施,6,3,长冲程，低冲次, 节能？,抽油机节能原理分析,抽油机节能分析,抽油机节能原理分析,通过调整抽油机净扭矩曲线可以达到节能效果。,抽油机悬点运动规律,不同抽油机悬点加速度曲线,不同抽油机悬点速
4、度曲线,抽油机节能原理分析,抽油机悬点载荷组成,抽油机节能原理分析,其中动载荷受悬点速度、加速度影响很大。,抽油机节能原理分析,杆柱载荷和液柱载荷占悬点载荷的主要部分，其次是摩擦载荷、振动载荷和惯性载荷。,惯性载荷与悬点运动关系,最大惯性载荷：组合 2m*9次/min比组合3m*6次/min大0.8KN，增加约25%； 最小惯性载荷：组合2m*9次/min比组合3m*6次/min增加0.3kN，增加约9%。,抽油机节能原理分析,长冲程低冲次降低惯性载荷峰值,振动载荷与悬点运动关系,最大振动载荷：组合2m*9次/min比组合3m*6次/min大0.3KN，增加约18%； 最小振动载荷： 组合2m
5、*9次/min比组合3m*6次/min增加0.35kN，增加约20%。,抽油机节能原理分析,长冲程低冲次降低振动载荷峰值,抽油机负载扭矩,抽油机节能原理分析,悬点载荷作用在曲柄轴上造成负载扭矩。杆柱载荷和液柱载荷造成的扭矩占主要部分。,杆柱载荷扭矩与悬点运动关系,抽油机节能原理分析,最大杆柱载荷扭矩：组合3m*6次/min比组合2m*9次/min大； 杆柱载荷功率：组合2m*9次/min比组合3m*6次/min 大0.02kW，约1.2%。,杆柱载荷功率受冲次和冲程影响较小,液柱载荷扭矩与悬点运动关系,抽油机节能原理分析,最大液柱载荷扭矩：组合3m*6次/min比组合2m*9次/min大； 液
6、柱载荷功率：组合2m*9次/min比组合3m*6次/min 大0.02kW，约1.2%。,液柱载荷功率受冲次和冲程影响较小,摩擦载荷扭矩与悬点运动关系,最大摩擦载荷扭矩：组合3m*6次/min比组合2m*9次/min大； 摩擦载荷损失功率：组合2m*9次/min比组合3m*6次/min大0.06kW，约5.7%。,抽油机节能原理分析,冲次增加使摩擦载荷耗能更多,悬点载荷扭矩与悬点运动关系,最大悬点载荷扭矩：组合3m*6次/min比组合2m*9次/min大； 悬点载荷功率：组合2m*9次/min比组合3m*6次/min大0.1kW，约2%。,抽油机节能原理分析,长冲程低冲次更加节能,目前采用的平
7、衡方式主要有机械平衡和气动平衡。,2、气动平衡 下冲程中通过游梁带动的活塞压缩气包中的气体，把下冲程中作的功储存起来并转变成气体的压缩能，上冲程中被压缩的气体膨胀，将储存的压缩能转变成膨胀能帮助电动机作功。 气体平衡多用于大型抽油机，不仅可以大量节约钢材，而且可以改善抽油机的受力情况。,1、机械平衡 在下冲程中，以增加平衡重块的位能来储存能量；在下冲程总平衡重降低位能，来帮助电动机作功。 机械平衡有三种方式：游梁平衡、曲柄平衡和复合平衡。,抽油机平衡方式,抽油机节能原理分析,抽油机平衡准则,抽油机节能原理分析,抽油机调平衡,调节抽油机的相位角和曲柄平衡半径可以改变曲柄轴平衡扭矩，从而改变曲柄轴
8、净扭矩，达到节能效果。,抽油机节能原理分析,抽油机节能原理分析,从图中可以看出，通过平衡调整，平衡度由原来的50%提高到95%，电机输出功率由原来的10.68kW，降低到10.13kW，节能5.1%。,抽油系统效率概念,1,油井效率问题,抽油机节能原理分析,2,抽油机摆动件惯性力分析,3,抽油泵漏失研究,5,抽油系统节能措施,6,4,抽油机游梁、驴头惯性力扭矩,抽油机摆动件惯性力分析,抽油机游梁、驴头摆动过程中，会在曲柄轴上产生波动的扭矩。,惯性力对电动机的影响,抽油机摆动件惯性力分析,惯性力扭矩引起曲柄轴输出扭矩波动，导致电动机输出功率波动，从而使电机效率降低。,异步电动机特性曲线,抽油系统
9、效率概念,1,油井效率问题,抽油机节能原理分析,2,抽油机摆动件惯性力分析,3,抽油泵漏失研究,4,抽油系统节能措施,6,5,抽油泵漏失,传统漏失量模型认为漏失量与抽汲速度成反比，这样当抽汲速度较高时就会出现负漏失，与实际情况矛盾。,传统漏失量计算模型：,抽油泵漏失研究,新漏失量计算模型：,柱塞上行时柱塞与泵筒缝隙中的流体运动示意图,在柱塞上升期间，剪切漏失和压差漏失的方向均为沿井筒向下。,抽油泵漏失研究,漏失速度与冲次的关系曲线,柱塞上升过程中漏失速度的变化曲线,快速抽汲会增加漏失。,抽油泵漏失研究,根据新模型，模拟了柱塞的漏失速度。,抽油系统效率概念,1,油井效率问题,抽油机节能原理分析,2,抽油机摆动件惯性力分析,3,抽油泵漏失研究,4,抽油系统节能措施,5,6,抽油系统节能措施,根据以上研究内容可以采取以下节能措施：,确定合理下泵深度,长冲程低冲次工作制度,减小惯性载荷的影响,谢谢 请批评指正！,