地面驱动螺杆泵抽油杆柱负载扭矩的计算.pdfVIP

维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第 28卷 第 6期 2004年 12月 J()URNAIOF I)AQIN(；PETROIEUM INS]、ITUTE VoI．28 No．6 Dec． 2004 地面驱动螺杆泵抽油杆柱负载扭矩的计算 陈涛平 ，王春艳 ，孙兆海。，钱朝慧 (1．大庆石油学院 石油工程学院 ，黑龙江 大庆 163318； 2．大庆油 田有限责任公司 勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712； 3，大庆油田有限责任公司 第十采油厂，黑龙江 大庆 166405； 4．大庆油 田有限责任公司 第 四采油厂，黑龙 江 大庆 l633I3) 摘 要 ：为完善负载扭矩的计算方法．根据地 面驱动螺杆泵的抽油原理 ，应用环空螺旋流的理论，建立了杆管环空压 降及抽油杆柱与井液间摩擦扭矩的数学模型，进而给出了螺杆泵工作时抽油杆柱负载扭矩的计算公式．现场应用结果表 明：将环空螺旋流的理论应用于螺杆泵井杆管环空中流体流动规律的描述中，可使螺杆泵抽油杆柱负载扭矩计算值的平 均相对误差不大于 2，00 ；有功扭矩在总扭矩 中所 占的比例最大；杆液摩擦扭矩受黏度、杆管直径 比及泵转速 的影响，聚 驱油井的杆液摩擦扭矩通常比水驱井的大． 关 键 词 ：地面驱动；螺杆泵；负载扭矩；抽油杆；扭矩计算 中图分类号：TE355，5 文献标识码：A 文章编号 ：1000—1891(2004)06—0026—03 地面驱动螺杆泵抽油杆柱负载扭矩的精确计算对螺杆泵工况的诊断、抽油杆柱的合理设计 以及泵的 选择具有重要意义．有些学者以动力学分析为基础，建立了相关模型，根据地面实测扭矩计算井筒中各部 位的扭矩。r；另有学者在螺杆泵工况分析 中，从抽油杆的受力出发，提出了抽油杆柱负载扭矩的计算方 法 ；陈宪侃 等在杆柱设计时 ，提出了扭矩计算的简化程序．笔者拟根据地面驱动螺杆泵的抽油原理及环 空螺旋流的流动 ，考虑泵进 、出口压差的影响因素 ，建立了流动压力损耗及扭矩的数学模型． 1 计算负载扭矩的数学模型 地面驱动螺杆泵正常工作时，原动机通过抽油杆柱带动螺杆泵旋转，抽油杆柱受到的总扭矩为 M — M 1+ M2+ M 。+ M + M s， (1) 式中：M 为转子的有功扭矩；M 为抽油杆柱与井液的摩擦扭矩；M。为抽油杆柱与油管间的摩擦扭矩； M．为定子与转子间的过盈扭矩 ；M 为抽油杆的惯性扭矩 ． 1．1 转子的有功扭矩 螺杆泵工作时，通过螺杆一衬套副的作用，将转子的机械能转化成液体的压能，每转 的能量转化关系 为 27cM 1一 qApqP， (2) 式中：q为转子转动一周的理论排量 ；Ap为螺杆泵吸人端与排出端流体压差 ； 为泵的容积效率．根据螺 杆泵特征曲线 ，不同泵型的容积效率为0．75～0．85，其中 (，一 Q ／(1440n)，Ap— P +lDgL+Apf—Pc 一P ， 式中：Q 为抽油井Et产量 ；为泵的转速 ；ID为油管中流体的平均密度； 为油套环空中液体的平均密度 ； L为泵 出口至井 口的距离；h为油套环空动液面至泵吸人 口的距离；P 为井 口套压 ；P。为井 口油压 ；Apf为 泵出口至井 口流体流动的摩擦阻力损失． I 坐标轴与杆管中心轴重合 ，以井底为中心坐标原点 ，建立柱坐标系0(r，，。)，其周 向、轴向和径 收稿 日期 ：2f)04—0g一15；审稿人：赵子刚：编辑：关开澄 作者简介：陈涛平(I 1 )．男，硕士，教授 ．主要从事采油工艺及提高采收率等方面的研究 · 26 · 维普资讯 第 6期 陈涛平等：地面驱动螺杆泵抽油杆柱负载扭矩的计算 向速度分量分别为UO，“：，“，见图