基于动态模拟的有杆泵充满程度计算新方法

鉴于传统方法在计算有杆泵充满程度时存在的不足,对以往模型做了进一步改进和完善,建立了更为准确的有杆泵充满程度计算模型,研究了流体进泵过程中泵内压力和动态充满程度的变化情况,并对有杆抽油泵上冲程过程中泵内压力、充满程度及流体进泵流量的变化规律进行了分析。分析结果表明,原油粘度增加将使泵充满程度迅速降低,增加冲程有助于提高泵的最终充满程度;动态方法计算的最终充满程度要比传统方法的计算结果低,而且随着生产气油比的降低,两者差距不断缩小,这主要是由于动态方法充分考虑了泵内溶解气析出造成的固定阀开启滞后及流体进泵阻力对充满程度的影响。     

抽油泵阀隙流理论研究与数值模拟分析

针对我国油田抽油机井系统效率低和能耗大的问题,首先对进油阀的结构、开启程度、流量系数、流体过阀流动形态划分及阀球直径进行计算分析,确定进油阀球直径为38. 1mm。然后建立了抽油泵进油阀实体模型和流体域模型,结合有限元仿真技术,对抽油泵阀隙流进行了数值模拟,分析了流量、液体黏度和密度等因素对液体过阀流动规律的影响,采用二元线性回归方法得出进油阀流量系数与雷诺数、泵阀开启程度的函数关系。研究结果表明:进油阀球室越高,开启程度越大,流体阻力压降损失越小,但当泵阀开启程度大于0. 8时,对流体过阀流动性能的影响很小,因此球室高度只需限制开启程度略大于0. 8即可,即球室高度不小于阀球直径的1. 25倍。研究结果可进一步推动抽油泵泄漏理论的研究,也可为抽油泵的结构改进和效率提高提供理论依据。     

往复式油气混输泵组合阀流场数值模拟

建立了往复式油气混输泵组合阀的三维流场几何模型。根据泵速、活塞行程和活塞直径等工作参数,给定组合阀的边界条件。利用Fluent软件对不同最大开启高度、不同介质气液比下组合阀内流场进行数值模拟,获得了最大开启高度、介质气液比与组合阀进出口压差、流量系数之间的定量关系。结果表明:当最大开启高度一定时,随着介质气液比的增大,阀进出口压差减小,而流量系数基本保持不变;当介质气液比一定时,随着最大开启高度的增大,进出口压差减小,流量系数减小。为往复式油气混输泵组合阀的设计计算提供参考。     

煤层气井有杆泵排采临界沉没度的确定

为探索煤层气井有杆泵排采合理的临界沉没度,以抽油泵固定阀为研究对象,建立了固定阀运动规律的精确微分方程和固定阀的水力损失数学模型,并利用Simulink建立仿真模型。仿真结果表明,固定阀在开启瞬间产生较大的加速度,产生较高的水力损失,随后固定阀的加速度变小,水力损失变小。以最大水力损失作为泵阀开启的最小条件,进而得到泵的最低沉没度。该项研究结果为提高煤层气产出量提供了重要的理论依据。     

煤层气井有杆泵排采临界沉没度的确定

为探索煤层气井有杆泵排采合理的临界沉没度,以抽油泵固定阀为研究对象,建立了固定阀运动规律的精确微分方程和固定阀的水力损失数学模型,并利用Simulink建立仿真模型。仿真结果表明,固定阀在开启瞬间产生较大的加速度,产生较高的水力损失,随后固定阀的加速度变小,水力损失变小。以最大水力损失作为泵阀开启的最小条件,进而得到泵的最低沉没度。该项研究结果为提高煤层气产出量提供了重要的理论依据。     

杆式泵试压用常开式固定阀的设计与应用

目前，由于石油开采的需要，在有杆泵抽油系统中，经常使用杆式泵抽油。但是在下杆式泵的作业过程中，存在着一个难题，就是油管柱上未接固定阀，无法对油管柱进行检测，而管柱试压是油井作业中检验油管质量的主要手段。使用杆式泵管柱试压有两种方法，一种是在油管柱上接一个普通固定阀，试压完成后，     

抽油泵高效固定阀罩的研制与应用

文章分析了导致中高油气比油井泵效较低的原因，针对普通固定阀罩存在的缺点，对其结构进行了改进。改进后的固定阀罩使阀球关闭时间缩短，固定阀漏失量减少，流体通过固定阀时到达泵筒的过程变得较为平缓。减少了气体逸出，从而提高了泵效。     

等壁厚螺杆钻具旁通阀水力循环试验与CFD分析

针对钻井过程中循环钻井液流量控制不准确,造成螺杆钻具旁通阀总成无法开启闭合,阀心密封件失效刺漏等问题,通过244 mm等壁厚螺杆钻具旁通阀理论计算和循环试验,验证旁通阀工作可靠性。测得244 mm等壁厚螺杆钻具旁通阀关闭流量和开启流量;测得不同流量下旁通阀压降,确定阀心实际流量系数。分析结果表明,244 mm等壁厚螺杆钻具旁通阀在不同流量下产生的压差与循环试验获得压差十分接近,并且旁通阀在一定流量下均能实现阀心顺利打开和关闭。当流量由大变小时,阀心打开流量为20.20~14.60 L/s,当流量由小变大时,阀心关闭流量为22.51~26.38 L/s,旁通阀实际流量系数为1.138~1.395。研究结果对于起下钻时旁通阀循环流量控制具有指导作用。     

高压井控锥阀流场数值模拟研究

在高压油气藏勘探开发过程中，节流管汇中的锥阀常常发生阀杆断裂和阀芯脱落等事故，主要是由于阀内流体不稳定导致阀杆振动造成的。采用有限体积法建立了锥阀的计算模型，完成了锥阀内部流场的稳态和瞬态计算。通过对计算结果的分析，认为锥阀内流体不稳定主要包括下阀腔漩涡有规律的脱落和流动方向的摇摆，这是导致锥阀阎杆振动断裂的主要原因，为高压锥阎的结构改进提供了理论依据。     

抽油泵固定阀组阀球座密封锥角优选

抽油泵固定阀组是影响整个抽油泵容积效率的重要因素之一,其中固定阀组阀球座密封锥角度数的选取是一个主要因素。以某抽油泵固定阀组流道模型为例,运用CFD软件对其进行不同锥角参数的对比分析,得出60°锥角模型在整个阀球坐回的过程中受到的流体轴向力较90和75°模型更大的结论。因此,60°锥角模型的阀球能更快地坐入阀球座,减少从阀球与阀球座间隙的流体漏失量,进而提高泵的容积效率。     

大斜度井段低沉没度工况排采泵阀动力学特性

目前对于煤系地层天然气井所配套有杆泵泵阀动力特性的研究,主要是移植和借鉴常规油气井抽油泵泵阀的分析方法,多针对油气井开采较高的沉没度,并没有考虑低沉没度和大斜度工况下的泵阀动力学和水力摩阻等参数的影响,也没有揭示水平井泵阀顺利开启所需要的具体条件。为此,综合考虑低沉没度和大斜度等因素耦合的影响,推导造斜段泵阀随井液运动微分方程组,建立有杆泵井液流经泵阀阀隙水力摩阻数学模型,基于数值模拟的方法研究了水平井泵阀动力学、水力摩阻与临界沉没度。研究结果表明:①低沉没度和大斜度耦合作用下,增大冲程和冲次会提高造斜段泵阀阀球的升程、速度和加速度,缩短加速度趋向平缓所用的时间,并且水平井泵阀开启瞬间阀球会出现短暂的周期性波动;②受弹簧力与阀球重力的双重作用,水平井有杆泵的临界沉没度明显低于直井工况且固定阀球伴随弹簧快速复位,这有利于顺利开启水平井的游动阀球和固定阀球并提高泵效;③增大冲程、冲次和泵径会使水平井有杆泵井液流经泵阀水力摩阻及其临界沉没度变大,并且增大冲程更有利于提高低流速井液入泵流速,但同时也会显著地提高临界沉没度。结论认为,该研究成果对于保障煤系地层天然气井连续稳定排采和提高有杆泵的可靠性都具有重要的参考意义。     

抽油杆泵筒内流体压力变化规律

了解抽油泵筒内压力变化规律,有助于认识抽油泵在井下的工作状态,同时也有助于分析和计算抽油杆柱底部受力。利用井下抽油杆柱力学检测装置对抽油泵筒内的压力及其变化进行了实测。结果表明,抽油泵筒内的流体压力呈规律性变化。分析认为,抽油泵筒内的流体压力在上下冲程中的构成是不同的,下冲程的压力大于上冲程;下冲程固定阀完全关闭时泵筒内的流体压力达到最大值,上冲程游动阀完全关闭时泵筒内的流体压力达到最小值;泵阀的漏失对泵筒内的流体压力有一定的影响。分析还表明,在井筒内的流体阻力占有相当大的比例。     

液力反馈型空心杆抽油泵的设计

设计的液力反馈型空心杆抽油泵主要由反馈长柱塞、反馈泵筒、出油阀、接箍、旋转装置、工作泵筒、工作柱塞、进油阀等组成。悬点载荷分析表明,这种泵在下行程时,与常规泵相比,增加了杆柱的下行动力而减少了下行阻力,有效地解决了常规泵空心抽油杆采油工艺中空心抽油杆柱下行困难的问题,并可提高抽油泵的泵效,延长空心抽油杆的使用寿命。液力反馈型空心杆抽油泵的应用,可改进空心抽油杆采油工艺,提高采油的整体效率,将对空心抽油杆采油工艺的推广应用起积极作用。     

低产抽油机井动态参数仿真模型与提高系统效率的途径

综合考虑柱塞运动规律、阀球运动规律、阀隙瞬时流量与油井流入特性等因素的影响,建立了流体进泵规律与泵筒内瞬时压力的仿真模型,以此为依据改进了抽油杆柱纵向振动底部边界条件的仿真模型,进而建立了基于抽油杆柱纵向振动与流体进泵规律耦合的抽油机井示功图动态仿真模型;基于流体瞬时进泵规律,建立了抽油泵充满系数、漏失系数的仿真模型,从而改进了排量系数计算模型。对比仿真结果表明,所建立的系统动态参数仿真模型具有通用性,可以提高低沉没度供液不足油井示功图、排量系数与系统动态参数的仿真精度。仿真优化算例表明：①大泵径、长冲程与低冲数的抽汲参数设计原则仍然适用于低产抽油机井的节能设计,但最低冲数存在界线,同时最低冲数界限也限制了泵径上限;最低冲数界限随泵间隙的增加而增加;②对于严重供液不足油井,通过合理降低冲程与冲数,可以确保在油井产液量下降率低于5%的条件下,使系统效率最高提高近120%;③在油井产液量一定、下泵深度相同的条件下,优化冲程、冲数与泵径组合可以显著提高系统效率,仿真算例的系统效率变化范围为9.43%~17.48%;④在油井产液量与流压一定条件下,综合优化下泵深度、冲程、冲数与泵径可以显著提高系统效率,优化算例的系统效率由10.56%提高到31.49%。     

套装式抽稠油泵的设计

针对普通抽油泵在稠油井中使用时存在抽油杆柱下行困难的问题,提出一种套装式抽稠油泵。这种抽油泵主要由出油阀、进油阀、大泵筒、小柱塞和柱塞泵筒等组成,具有进排油腔和呼吸腔两个腔室,在抽油机下冲程中抽油杆柱下端产生一个方向向下的液压反馈力,帮助抽油杆柱下行,克服了抽油杆柱下行困难的问题,有效提高抽油泵的有效冲程,延长抽油杆柱寿命。该泵还具有自动卸油、一次管柱注采、正反向洗井和冲砂等多种配套功能,方便于稠油井作业,减轻工人劳动强度。     

地面驱动螺杆泵采油系统管道内流体摩阻分析

运用流体力学有关理论, 对地面驱动螺杆泵采油系统环空管道结构参数和螺杆泵转速对流体摩阻的影响进行了分析。分析结果表明, 当油管直径一定时, 过大的抽油杆直径会使抽油杆柱旋转所受的油液摩阻及油液流动摩阻增大; 泵的转速过高会使抽油杆柱旋转所受油液摩阻及油液流动摩阻增大。建议在满足抽油杆强度及其它条件下尽可能采用小直径抽油杆; 在满足泵排量、泵效及其它条件下尽量不要使泵转速过高。合理选择抽油杆直径和泵转速将显著降低地面驱动螺杆泵系统总的能量损失。     

新型可控多功能底阀抽油泵研制与应用

设计了一种新型可控多功能底阀抽油泵,具有正反循环洗井、防砂和泄油功能,在冲砂、热洗井、注气等特殊作业时不用起下管柱,通过下放上提抽油杆就可以打开正循环环空通道,完成作业后再次下放上提抽油杆柱,就可以关闭循环环空通道,进行正常采油生产。由于具有泄油功能,可避免上提管柱时油液外溢污染井口和因为油稠等原因造成撞击泄油器不泄油的现象。在大港油田多口油井投入使用,取得了很好的效果。     

抽油泵强制闭合固定阀在大斜度井段的应用

定向井、水平井在井斜角45°以上井段实现有杆泵抽油是一个技术难题,泵固定阀球受井斜影响关闭不及时或不到位会造成低泵效。介绍了一种抽油泵强制闭合固定阀,在中原油田采油三厂8口大斜度油井应用后,平均日产液由5.1 t上升至13.1 t,平均日产油由1.6 t提高到3.7 t,平均泵效由15.7%提高到49.6%,表明该强制固定阀能明显提高泵效。     

抽油泵阀座锥角的选择

抽油泵阀座锥角2α是泵阀结构设计中的重要参数。2α角应满足阀座孔有较大的过流面积,阀有良好的密封性和密封稳定性,阀开启灵活和始启瞬间过流面积大等要求。经综合分析和计算表明,2α=70°较为理想,建议作为此项参数的标准值。     

定向井有杆泵抽油系统的有限元分析

定向井和水平井的井下装置发生故障的可能性比直井要大得多。如采用对直井的故障诊断技术对定向井进行诊断,势必带来较大的误差,甚至无法诊断。已有的一些对定向井有杆抽油系统力学分析中或只考虑杆管液三个系统的垂向一维振动,或只考虑抽油杆一个系统的三维振动。本文根据定向井井身为空间三维曲线的特点,考虑抽油杆、油管和环空液柱三个系统在生产过程中的三维空间振动藕合,对三个系统进行一定的简化,分别建立力学模型,全面分析,采用有限元法和有限差分法相结合的方法统一迭代求解,由井口实侧光杆示功图计算出较为准确的抽油泵的井下功图,为对其进行故障诊断提供了准确的依据。分析诊断结果与检泵结果符合良好。