螺杆泵采油系统效率分析

螺杆泵采油系统效率分析

田文广罗发明刘荣白素梅

田文广TianWenguang；罗发明LuoFaming；刘荣LiuRong；白素梅BaiSumei

（克拉玛依广陆有限责任公司，克拉玛依834000）

（KaramayGuangluLimitedLiabilityCompany，Karamay834000，China）

摘要：文章针对螺杆泵采油工艺特点，开展采油系统效率及其分解研究。根据该系统地面部分和井下部分能量损失情况分析，建立了系统效率分析模型，对螺杆泵采油技术技能减排有重要意义。

Abstract:Basedonthetechnologicalcharacteristicsfortheoilrecoverywithscrewpump,thispaperstudiesthesystemefficiencyofoilrecoveryanditsdecomposition.Basedontheanalysisoftheenergylosssituationofthegroundsegmentandtheundergroundpartofthesystem,thispaperestyablishesaanalysismodelofsystemefficiency,whichisimportantforthereductionofscrewpumptechnology.

关键词：螺杆泵；采油；系统效率；地面效率；井下效率

Keywords:screwpump；production；systemefficiency；groundefficiency；downholeefficiency

中图分类号：TE9文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）07-0019-01

0引言

目前国内各大油田相继进入注水开发的中后期，高耗电量成为制约采油成本的重要因素。提高系统效率有助于降低能耗、提高经济效益[1,2]。本文针对螺杆泵采油工艺特点，开展采油系统效率及其分解研究。根据该系统地面部分和井下部分能量损失情况分析，建立了系统效率分析模型，对螺杆泵采油技术技能减排有重要意义。

1系统效率分析

螺杆泵采油系统由电动机、螺杆泵、抽油杆柱、皮带减速箱以及井口装置等部件组成。通过电动机将地面的电能传递到井下，从而将井下流体举升到地面。整个螺杆泵采油系统的工作过程就是一个能量不断传递转化的过程，而在能量的每次传递过程中都会造成能量损失。螺杆泵采油系统举升流体所必须的有效功率与输入功率的比值为螺杆泵采油井的系统效率[3]。即：η=P_有/P_入（1）

式中：P_入为电动机的输入功率，kW；P_有为有效功率，即在某一扬程下，将一定量的井下流体举升到地面所需要的功率，kW。

式（1）中P_入和P_有分别可以表示为：P_入=×10^-3UIλ（2）

P_有=Hq/86400（3）

式中：U为电机的工作电压，V；I为电机的工作电流，A；λ为功率因数；H为泵的扬程，m。根据螺杆泵举升系统的结构和工作特点，按部件在系统中所处的位置，以盘根盒为界将系统分为地面效率和井下效率两部分，则有：η=P_水/P_入=P_水/P_光×P_光/P_入=η_井下×η_地面（4）

式中：P_光为光杆功率，kW。

2地面效率分析

地面部分包括电动机、减速箱和皮带组成，因此地面效率可以表示为：η地面=P_光/P_入=η₁×η₂（5）

式中：η₁为电机效率，%；η₂为减速箱和皮带的效率，%。

电机效率η₁可以表示为：η=P₂/P_入=（P_入-△P₂）/P_入（6）

电机的功率损失随输出功率P2的减小而减小，输出功率可由下式（7）求得[4]：ΔP₂=P₀+β²[(1/η_H-1)P_H-P_O]（7）

式中：P0为空载时的有功损耗，kW；ηH为额定效率，%；PH为额定功率，kW；β为负载系数，β=P2/PN。

3井下效率分析

井下部分由抽油杆、螺杆泵和管柱组成，因此井下效率可以表示为：η_井下=P_水/P_光=η₃×η₄×η₅（8）

式中：η3为抽油杆效率，%；η4为螺杆泵效率，%；η5为管柱效率（油管锚锚定时，η5=100%），%。抽油杆柱效率η3为光杆功率与泵排出口效率的比值，即：η₃=P_出/P_光=（P_光-_摩）/P_光（9）

式中：P_出为泵排出口功率，kW；P_摩为杆液之间摩擦损失功率，kW；式（9）中杆柱与井下流体见粘滞摩擦损失功率P_摩可表示为：

P_摩=Mrlω（10）

式中：Mrl为杆管之间的摩擦扭矩，kN·m；ω为螺杆的自转角速度，rad/s。螺杆泵效率由体积效率和机械效率2部分组成，分别由式（11）、（12）所示[5]：η_V=q/Q（11）

η_m=10³QΔp/（2.88πMan）（12）

式中：ηv为体积效率，%；ηm为机械效率，%；由式（11）、（12）可得螺杆泵效率为：η₄=η_vη_m=103qΔp/（2.88πMan）（13）

式中：Ma为泵轴力矩，N·m。

4实例分析

某螺杆泵采油井的基本参数如下：油层中深1560m，地层温度61.5℃，油管内径62mm，井口油压0.4MPa，产液量50m3/d，含水率35%，动液面672m，泵挂深度1060m，电机的额定功率15kW，原油相对密度0.92，抽油杆组合为：19mm×550m+22mm×510m。通过采用不同泵挂深度进行敏感性分析，得出泵效与泵挂深度关系曲线如图1所示。从图1可以看得出：随着泵挂深度的增加，泵效先增加后下降，在泵挂深度为1060m处泵效最高，因此，采用此深度做为该井的设计泵挂深度。该螺杆泵采油井系统效率分析结果如表1所示。从表1可以看出：系统效率低的主要原因是井下效率低，而井下效率的最主要影响因素是泵效。

5结论

本文针对螺杆泵采油工艺特点，开展采油系统效率及其分解研究。深入分析地面效率和井下效率的构成及损失机理，建立了井下效率、地面效率和系统效率的计算模型，实例计算表明：随着泵挂深度的增加，泵效先增加后下降，存在一个泵效最大的泵挂深度；系统效率低的主要原因是井下效率低，而井下效率最主要影响因素是泵效。

参考文献：

[1]曹刚，刘合，黄有泉等.国外螺杆泵工艺的新进展.石油机械,2004，32（3）：54～55.

[2]吴晓东，陈德春等.地面驱动螺杆泵井节点系统优化设计技术.石油大学学报，1999，23（05）：49～52.

[3]吕彦平，吴晓东，李远超等.螺杆泵井系统效率分析模型及应用.石油钻采工艺,2006，28（1）：64～68.

[4]郑学成，魏纪德.地面驱动螺杆泵用电动机功率选择方法初探.石油机械,2003，31（6）：47～55.

[5]张袁辉.地面驱动单螺杆泵举升系统工艺设计.西南石油大学硕士论文,2007.

作者简介：田文广（1958-），男，甘肃天水人，工程师，现任克拉玛依广陆有限责任公司总经理，主要从事石油地质工程技术与管理工作。