單螺桿泵的工作特點(diǎn)

單螺桿泵舉升系統(tǒng)作為一種性好、運(yùn)行費(fèi)用低、投資少的人工舉升方法，適用于淺井、稠油井、含砂井和含氣井。但是目前工藝設(shè)計(jì)理論不夠完善，致使油井生產(chǎn)能力得不到充分發(fā)揮，并造成系統(tǒng)資源和能源浪費(fèi)，所以不銹鋼螺桿泵提高該工藝設(shè)計(jì)技術(shù)水平，對(duì)其推廣應(yīng)用具有重要意義。

在深入分析單螺桿泵采油機(jī)理和環(huán)空內(nèi)流體流動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上，以垂直同軸圓柱環(huán)形空間內(nèi)的螺旋流流場(chǎng)作為抽油桿一油管形成的環(huán)空內(nèi)流體流場(chǎng)的簡(jiǎn)化模型，得出了粘性流體螺旋流的速度及排量計(jì)算方法?；谫|(zhì)量、動(dòng)量、能量守恒原理及井筒徑向傳熱理論，建立了預(yù)測(cè)環(huán)空螺旋流壓力溫度分布的綜合數(shù)學(xué)模型。模型中考慮了焦耳一湯姆遜效應(yīng)、井身結(jié)構(gòu)、環(huán)空傳熱介質(zhì)及其物理性質(zhì)沿井深的變化。采用以井口溫度作為未知量的數(shù)值求解方法，通過(guò)迭代求解，可以避免因井口溫度參數(shù)輸入不準(zhǔn)引起的計(jì)算誤差，模型求解考慮了因保溫螺桿泵發(fā)熱引起的流體溫升。

基于抽油桿柱的斷脫失效形式、原因和動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果，建立了以波動(dòng)方程為基礎(chǔ)的抽油桿柱運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。離散分析該模型，結(jié)合初始條件和邊界條件，應(yīng)用有限差分方法進(jìn)行數(shù)值求解。利用該模型，可以根據(jù)在地面測(cè)試的光桿扭矩變化規(guī)律計(jì)算出井筒中任意部位及螺桿泵處抽油桿扭矩的變化情況，也可以根據(jù)三螺桿泵處抽油桿扭矩變化來(lái)預(yù)測(cè)光桿扭矩的變化，為進(jìn)一步研究單螺桿泵抽油桿柱的運(yùn)動(dòng)特性和采油系統(tǒng)的工作狀況提供了理論基礎(chǔ)。

根據(jù)3G螺桿泵舉升系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，以螺桿泵為函數(shù)節(jié)點(diǎn)，提出了工藝設(shè)計(jì)方法。結(jié)合舉升流體所需功率和螺桿泵特性曲線，以泵效為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，泵型；并對(duì)泵掛進(jìn)行敏感性分析，確定合理的泵掛。應(yīng)用第四強(qiáng)度理論，求解桿柱在扭矩和軸向力條件下的復(fù)合應(yīng)力，設(shè)計(jì)抽油桿柱。由舉升流體所需功率和螺桿泵轉(zhuǎn)速預(yù)測(cè)電動(dòng)機(jī)軸的負(fù)載功率，確定地面電機(jī)額定功率。

基于單螺桿泵舉升系統(tǒng)地面部分和井下部分能量損失情況分析，建立系統(tǒng)效率分析模型。并將其分解為電機(jī)效率、減速箱和皮帶效率、抽油桿效率、螺桿泵效率及管柱效率，分別研究影響系統(tǒng)效率的各個(gè)因素。

分別以華北二連油田巴18-55油井和蜀南氣礦合8有水氣井為例，對(duì)單螺桿泵舉升系統(tǒng)進(jìn)行采油和排水采氣工藝設(shè)計(jì)。計(jì)算了在給定生產(chǎn)條件下(產(chǎn)量、油壓等)所需的泵功率及級(jí)數(shù)，選擇合理的螺桿泵、抽油桿柱和地面電機(jī)功率，并且分析了生產(chǎn)氣油比、含水率等敏感性參數(shù)對(duì)舉升效率、抽油桿柱扭矩和軸向力的影響。