地面驅動(dòng)螺桿泵井合理生產(chǎn)參數配置方法

　　為了合理配置螺桿泵井的生產(chǎn)參數，使井和泵匹配，基于螺桿泵溫度場(chǎng)以及泵內流體壓力分布規律，以定子工作條件和泵舉升性能為依據，建立了地面驅動(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”、“燒泵區”和“泵‘擊穿’區”，提出了高效點(diǎn)和系統效率曲線(xiàn)相結合的生產(chǎn)參數優(yōu)選方法，并以真實(shí)油井為例進(jìn)行了計算分析。結果表明：高轉速和高下泵深度會(huì )增加定子溫度和泵舉升高度，當其超過(guò)螺桿泵的臨界使用值時(shí)即會(huì )引發(fā)“燒泵”和泵“擊穿”現象。在現場(chǎng)應用中應根據方案校核圖版上的高效點(diǎn)和系統效率曲線(xiàn)優(yōu)選最佳生產(chǎn)參數組合，避開(kāi)燒泵區和泵“擊穿”區，以延長(cháng)螺桿泵井的檢泵周期，提高經(jīng)濟效益。

　　地面驅動(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性，在國內外油田得到了廣泛的應用。“十二五”期間，國內螺桿泵的自主研發(fā)已成熟配套，但在現場(chǎng)實(shí)際應用中，因對螺桿泵的特性和井的生產(chǎn)能力認識不足，導致螺桿泵井的生產(chǎn)參數選擇不合理.目前，地面驅動(dòng)螺桿泵井運行面臨的最大問(wèn)題是燒泵現象.如何提高泵的壽命，延長(cháng)檢泵周期是石油工作者亟需解決的問(wèn)題[2].近年來(lái)，國內外專(zhuān)家學(xué)者在井泵的匹配以及螺桿泵井的診斷與自動(dòng)調控系統的開(kāi)發(fā)方面做了大量的工作，取得了一定的成果.筆者前期對螺桿泵定轉子溫度場(chǎng)分布以及泵內流體壓力和溫度的分布規律進(jìn)行了研究.文中在此基礎上建立地面驅動(dòng)螺桿泵系統工況校核方法，對不同生產(chǎn)參數組合進(jìn)行校核分析，根據系統效率曲線(xiàn)優(yōu)選最佳生產(chǎn)參數組合，并將計算結果繪制成方案校核圖版。

1、數學(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(guò)程中，一部分能量被儲存，另一部分能量被損耗轉化成熱量(滯后生熱)，使溫度升高.轉子旋轉過(guò)程中單位時(shí)間內定子單元體產(chǎn)生的熱量，即平均節點(diǎn)生熱率為

　　式中：E'為黏彈性材料在形變過(guò)程中由于彈性變形而儲存的能量，即儲能模量，E'=σ0/ε0cosα，MPa；E″為黏彈性材料在形變過(guò)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為轉子轉速，r/s；σ0為定子襯套節點(diǎn)的最大應力，MPa；ε0為定子襯套節點(diǎn)的最大應變；α為黏彈性材料在形變過(guò)程中應力落后于應變的角度，即滯后角，rad。

　　1.2、摩擦生熱模型

　　螺桿泵定轉子之間為過(guò)盈配合，轉子自轉的同時(shí)在定子型腔內做周期往復運動(dòng)，轉子1個(gè)轉動(dòng)周期內定轉子摩擦產(chǎn)生的熱量為

結論

　　1)通過(guò)對螺桿泵定、轉子溫度，泵內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”、“燒泵區”和“泵‘擊穿’區”，繪制了方案校核圖版.

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