大庆油田高效举升与节能技术的新发展

人工举升系统是生产井实现有效开采的必要手段，也是油田开发中数量最大、能耗比例最多的生产环节之一。大庆油田的开发程度逐步加大，生产井数不断增加，综合含水持续上升，导致举升系统的设备数量和能耗比例不断上升。因此，大力发展新型节能举升工艺技术，对于进一步提高油田的开发效益，提高自然资源利用率，以及建设节约型社会具有十分重要的意义。通过回顾大庆油田节能举升工艺技术的发展历程，总结了一些有价值的经验和做法，对于地面直驱螺杆泵、潜油柱塞泵、无游梁全平衡抽油机、大传动比抽油机等几种新型节能举升工艺的工作原理和特点进行了分析评价；结合国内外人工举升工艺的技术现状，对今后节能举升工艺的发展进行了分析和展望。

螺杆泵采油井杆柱断脱机理及其对策

造成螺杆泵采油井抽油杆杆柱断裂、脱扣和撸扣的主要原因有杆体外径选择偏小 ,杆体制造或使用过程中产生缺陷 ,堵塞扭矩过大 ,反扭矩大于螺纹联接扭矩以及抽油杆螺纹牙受剪应力过大等。针对上述原因 ,制定了合理选配杆柱 ,加强检测 ,采用专用抽油杆 ,应用无油管采油技术 ,安装防反转装置 ,设置过载保护系统以及加强现场施工管理等技术对策 ,提高了抽油杆柱的可靠性 ,有效地避免了杆柱断脱事故的发生。

大庆油田螺杆泵采油实践及认识

介绍了近几年大庆油田应用螺杆系采油技术及配套工艺技术、螺杆泵的开发与检测等方面所取得的科研成果和成功经验。根据实践，认为螺杆泵的设计与制造、定子橡胶的选择、螺杆泵的检测和螺杆泵井最优工况的实现是螺杆泵采油的技术关键，而螺杆泵的标准化和系列化、定子橡胶的综合性能分析及评价、采油螺杆系的优化设计、螺杆泵采油系统的能耗特性分析等是螺杆泵采油尚须解决的问题。最后提出了关于螺杆泵采油技术的6点新认识。

地面驱动螺杆泵抽油杆柱弯曲的力学模型

用地面驱动螺杆泵采油时 ,井筒的弯曲或者抽油杆材质的不均匀性会导致抽油杆在井筒中的弯曲 ,从而改变抽油杆的受力状况。为了最大限度地减少因抽油杆受力的不确定性而对生产造成的危害 ,采用微元分析和分段迭代的方法 ,对抽油杆弯曲后的受力状况进行了研究。结果表明 ,除了正常作用在抽油杆上的扭矩和轴向力以外 ,抽油杆弯曲后还会受到由于弯曲变形引起的剪切应力、弯曲应力以及井筒与其接触的摩擦阻力和摩擦扭矩等。光杆扭矩和轴向力的计算方法应根据各种附加力的产生而发生改变。根据研究结果 ,建立了地面驱动螺杆泵抽油杆柱弯曲的力学模型 ,其计算结果与现场测试资料对比表明 。

采油螺杆泵三维热力学分析及过盈调整方法

通过对油田广泛应用的采油螺杆泵定转子进行三维数值模拟，利用单向解耦的方法分析了螺杆泵定子内部温度场的分布及特点，分析了定转子过盈的变化规律及其对螺杆泵工作特性的影响。结果表明：在定子橡胶滞后热的作用下，定子型线发生了改变，导致定转子过盈产生非均匀性的变化。从改变定转子型线配合及啮合的角度，提出了新的螺杆泵过盈调整方法，即同时调整螺杆泵转子直径和偏心2个参数。现场试验结果表明：过盈调整螺杆泵在降低工作扭矩、提高系统效率方面展现出了明显的优势。截至2011年3月底，大庆油田试验了过盈调整螺杆泵井36口，最长免修期达592d，平均工作扭矩降低了13．8个百分点，平均系统效率提高了10．5个百分点。

惯性载荷对游梁式抽油机动力特性影响

高转差率电动机和变速控制技术是游梁式抽油机"降载节能"的重要措施之一。抽油机变速运行时,惯性载荷所占总载荷的比例增大。对游梁式抽油机关键节点电机和曲柄处的转动惯量进行了分析,结果表明:转动惯量的变化对电动机轴转矩影响幅度最大,对悬点载荷影响最小。

螺杆泵的检测方法及检测标准制定

螺杆泵检测是避免不合格螺杆泵下井、螺杆泵早期失效和提高螺杆泵使用寿命与采油效益的重要技术手段。重点介绍了模拟不同工况的螺杆泵工作特性检测系统及检测定子通径为10－60mm的定子衬套偏心度检测仪的组成及其检测方法和原理。针对大庆油田的实际情况，在进行大量室内和现场试验的基础上，制定了GLB120－27、GLB40－42和GLB500－14型螺杆泵的检测标准。检测技术及其标准实施以来见到了明显效果。

聚驱大排量螺杆泵研制与应用

在大庆油田聚合物驱油技术工业化应用过程中,针对抽油机和电泵在举升含聚液体时暴露出的杆管偏磨、烧电机及螺杆泵排量范围小等问题,开发应用了适合于聚驱举升、实际排量在180 m3/d以上的地面驱动多线大排量螺杆泵。通过对单线与多线2种设计方案进行对比,认为多线螺杆泵在改善定子橡胶散热、提高泵的工作性能方面具有一定的技术优势,并得到了现场试验的对比验证。现场推广应用结果表明,多线大排量螺杆泵能够较好地满足大庆油田聚合物驱高产液井的举升需要,而且具有明显的降投资和节能效果。截至2005年7月底,大庆油田在用聚驱大排量螺杆泵井146口,平均免修期339 d,取得了良好的现场应用效果。

螺杆泵结构参数误差对工作特性的影响

螺杆泵结构参数及其误差是决定和影响螺杆泵工作特性的主要因素，合理优化选择螺杆泵结构参数可以确保螺杆泵具有较好的工作特性。分析认为对采油螺杆泵而言结构参数即定转子的导程、偏心、截圆直径的偏差允许值主要取决于定转子之间的过盈，转子的偏心应不小于定子的偏心，两者的差值和转子截圆的不圆度应小于定转子间的合理过盈量。

大庆油田三元复合驱螺杆泵综合防垢技术

为了解决大庆油田三元复合驱过程中螺杆泵普遍结垢严重的问题,开展了螺杆泵防垢举升工艺研究。全面分析了三元复合驱过程中螺杆泵结垢的原因与机理,以及结垢导致的螺杆泵井常见故障形式,认为结垢引起的螺杆泵定/转子配合精度变差、摩擦特性不规则、磨损加剧等问题是螺杆泵井故障率急剧升高的主要原因。基于此,提出了包括螺杆泵定/转子过盈量优化、设备材料表面改性和化学清/防垢相结合的螺杆泵井综合防垢举升工艺技术对策。截至2010年底,螺杆泵井综合防垢举升工艺技术已先后在油田216口井中累计应用425井次,措施后螺杆泵运行寿命大大延长,由措施前的平均不足100 d延长至298 d,其中最长运行寿命达到1 370 d,取得了良好的应用效果。

螺杆泵驱动装置磨损状态监测系统

螺杆泵驱动装置受力复杂,振源众多,轴承和齿轮的磨损类故障较为频繁,而常规的单项指标测试只能进行定性分析,诊断精确度不高。为此,开发了磨损状态监测系统。该系统由传感器、诊断仪主机和便携式计算机组成。通过建立设备信息库、故障模式库实现了故障特征自动提取;通过建立磨损状态分级模型,实现了部件的故障诊断及整机磨损状态的评判。实际应用中,诊断出了电机轴承磨损和驱动装置大、小齿轮磨损的故障,表明系统具有较高的应用价值。

螺杆泵抽油杆柱负载扭矩计算

用螺杆泵采油时，抽油杆带动果转子旋转必须克服的反扭矩包括：１．泵转子与定子间初始过盈产生的反扭矩；２．泵定子橡胶溶胀和热胀产生的反扭矩；３．泵进出口液压差作用在转子上产生的反扭矩；４．井液对抽油杆表面产生的摩擦力矩。用试验分析方法得出了前三种反扭矩，计算了第四种反扭矩，并以大庆采油六厂拉９—２６３８井所用螺杆泵的实际参数为例进行了计算，为合理使用螺杆泵、选择适当的抽油杆参数提供了依据。

游梁式抽油机变速运行系统动态特性分析

抽油机变速运行技术虽在国内得到一定推广,但目前对其理论研究相对较少。建立抽油机变速运行动力学模型和振动模型,通过对模型的求解,研究变速前后抽油机动态特性变化。计算结果表明:采用变速运行抽油系统的惯性扭矩Td峰值降低了56.56%,平衡率上升了56.68%;当冲次小于10 min^(-1)时柱塞振动变化不大,当冲次大于10 min^(-1)时柱塞振动幅度明显增大;此外,抽油机系统输入功率曲线波动幅度大幅降低,运行功率峰值降低了70%。研究证实抽油机变速运行能够极大改善系统动力性能。

聚驱抽油机井杆柱扶正器合理布置新方法

对杆柱实施扶正已成为聚驱抽油机井杆管防偏磨的一种重要措施。根据杆柱受轴向压力和抽汲含聚黏弹流体产生对杆柱的法向力作用引起杆柱弯曲偏磨的机理 ,建立了计算聚驱抽油机井杆柱轴向压力和黏弹液体产生的法向力的经验公式 ,提出了以分析计算由轴向压力和黏弹液体产生的法向力作用于杆柱产生的杆柱弯曲变形为基础的聚驱抽油机井杆柱扶正器布置方法。该方法已研制成软件 ,可以对聚驱抽油机井杆柱扶正进行设计。

油水两相流ECT系统电场特性数值分析及参数优化

以12电极油水两相流电容层析成像系统为研究对象,介绍了电容层析成像系统的工作原理及数学模型,采用有限元方法对传感器灵敏度分布(敏感场)进行计算和仿真,通过采用不等间距网格完成了传感器场域的自动剖分,分析了各个传感器参数对传感器性能的影响,提出了传感器性能评价函数,并基于正交试验法确定了一组优化参数,为传感器的设计及研制提供参考依据。

机械密封上置式螺杆泵地面驱动装置研制

针对原机械密封下置式螺杆泵驱动装置维修更换需用吊车 ,现场操作不便的问题 ,研制了机械密封上置式驱动装置。该装置的特点之一是将机械密封移到装置上部 ,便于现场维修 ;特点之二是增设了光杆卡持器 ,不用吊车即可现场更换驱动装置。 10 0余口井的现场应用表明 ,这种机械密封上置式驱动装置最长无故障运转时间已超过 1a。

螺杆泵在三元复合驱井中的抗垢性能分析

在分析三元复合驱井结垢过程的基础上 ,在螺杆泵的结构特点和工作方式等方面与柱塞泵做了对比 ,认为螺杆泵能有效地抑制垢的生成和沉积。 8口井的现场应用表明 ,螺杆泵在三元复合驱井的平均运转周期为 315d ,平均泵效 6 9 6 % ,对三元复合驱井有较好的适应性和抗垢性能。提高定、转子表面的粗糙度 ,转子表面涂镀 ,组装时调整好定。

大庆油田螺杆泵机采井系统效率现状及对策

对大庆油田螺杆泵机采井系统效率进行了分析,并结合实例井,以工作转速为主要技术参数分析了螺杆泵举升系统地面、井筒及泵内能耗特征。在此基础上提出了提高螺杆泵机采井系统效率的4项技术对策:①提高电机负载率;②提高地面传动效率;③合理选择工作转速;④按照"左侧选取"原则选井、选泵。

聚驱杆管防偏磨低磨阻泵的开发与应用

为降低杆柱下行阻力,减缓杆管偏磨,延长检泵周期,开发并应用了低磨阻泵.在论述了磨阻泵的减磨机理的基础上,通过理论分析和室内实验,确定了低磨阻泵的主要结构参数,建立了选泵、检泵模板。低磨阻泵现场应用结果表明,低磨阻泵可降低磨阻,减缓杆管偏磨,延长检泵周期.

试验介质温度、粘度对螺杆泵容积效率的影响

通过对试验数据的分析及处理,得出了具有一般规律性的试验公式,建立了螺杆泵容积效率室内检测结果与井下泵容积效率的定量关系,提出了螺杆泵水力特性的检测指标。