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曹荣亮论文-抽油机井系统效率研究及认识
抽油机井系统效率的研究及认识
姓名:曹荣亮
敖包塔作业区
抽油机井系统效率的研究及认识
摘要:目前油气田开发中,普遍存在运行成本过高,系统效率较低等问题,如何提高抽油机井的系统效率就尤为重要。本文基于抽油机井系统效率的基本概念,对系统效率进行了分解,并对主要部分分解效率的理论计算模型进行了研究,为选择合适的电动机、以及合理的抽汲参数组合及抽油泵有效效率的确定,从而提高抽油机井的系统效率提供了科学依据。
关键词:节能降耗;抽油机系统;系统效率
一、前 言
在油田采油系统中,抽油机耗电量占油田总耗电量的25%以上,由于多种因素的影响,大量的能量在传递过程中白白损失掉,因此,如何提高抽油机井的系统效率就尤为重要。本文基于抽油机井系统效率的基本概念,对系统效率进行了分解,并对各部分分解效率的理论计算模型进行了研究,为选择合适的电动机、合适的皮带松紧度、以及合理的抽汲参数组合,从而提高抽油机井的系统效率提供了科学依据,对于油田的节能降耗、原油增产及提高其经济效益都具有重要的意义。
二、抽油机井系统效率的组成及基本概念
有杆抽油系统是由电机、抽油机、抽油杆、抽油泵、井下管柱和井口装置组成的。抽油机井系统效率是抽油机井节能降耗与经济效益、油田技术装备与技术管理水平等多方面的综合反映,它主要由地面部分系统效率和井下部分系统效率组成。地面部分系统效率主要由电机效率、皮带效率、减速箱效率和四连杆效率四部分组成;井下部分系统效率主要由盘根盒效、抽油杆效率和抽油泵效率三部分组成。
1.电动机输入功率
拖动抽油机的电动机的输入功率即为抽油机的输入功率。
根据输入电流电压可由下式计算输入功率:
(1)
式中,——电动机输入功率,kW;
——输入电压,V;
——输入电流,A;
——电动机的功率因数。
2.电动机输出功率
(2)
式中,——电动机输出功率,kW;
——电动机平均转速,r/min;
——电动机平均输出扭矩,N·m。
(3)
式中,——电动机轴弹性模量,=2.1×1011N/m2;
——电动机轴泊松比,小数;
D——电动机轴直径,m;
-电动机轴实测平均应变值,小数。
由电动机输出轴扭矩和电动机转速可以求电动机的输出功率,即:
(4)
式中,——电动机的输出功率,kW;
——电动机的输出轴扭矩,kN·m;
——电动机转速,r/min;
——电动机的角速度,rad/s。
3.减速箱输出功率
(5)
式中,——减速箱输出功率,kW;
——减速箱输出轴平均转速,r/min;
——减速箱平均输出扭矩,N·m。
(1)抽油机光杆功率
光杆提升液体和克服井下各种阻力所消耗的功率,可根据示功图确定。
(6)
式中,A——理论悬点示功图面积的大小,表示有效功,kJ;
n——抽油机冲次,r/min。
(7)
式中,——抽油机光杆功率,kW;
A——示功图的面积,,mm2;
——示功图减程比,m/mm;
——示功图力比;
——光杆实测平均冲次,r/min。
(2)抽油机采油系统有效功率
(8)
式中,——抽油机的有效功率,kW;
——油井理论产液量,t/d;
——油井液体密度,kg/m3;
——重力加速度,m/s;
——有效扬程,m。
①有效扬程
(9)
式中,L——下泵深度,m;
——沉没压力,MPa;
——油压,MPa;
——套压,MPa;
——原油密度,。
②油井液体密度
(10)
式中,——含水率,小数;
——油密度,kg/m3;
——水密度,kg/m3。
三、系统效率的分解及主要部分的效率分析
1.系统效率的分解
抽油机井系统效率是指抽油系统在一段时间内(一个冲程或几个冲程周期)用于举升液体所消耗的有用功功率与电机输入功率的比值。其公式定义如下:
(11)
抽油机井系统效率可分解为地面效率和井下效率,即
(12)
式中, ——地面效率,以光杆悬绳器为界,悬绳器以上的机械传动效率和电机运行效率的乘积,;
——井下效率,以光杆悬绳器为界,悬绳器以下到抽油泵,再由抽油泵到井口的效率,。
2. 主要部分的效率分析
要想提高抽油机井的系统效率可从其7个组成部分入手,但是据统计在能量传动过程中,电机效率约为60%-70%,皮带效率为98%,减速箱效率约为90%,四连杆效率约为95%,
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