基于抽油機(jī)井采油設(shè)備工作動(dòng)態(tài)模型研究

【摘要】隨著社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，社會(huì)對(duì)石油的需求量不斷加大。抽油機(jī)井工作環(huán)境特殊，影響油井生產(chǎn)效率的因素眾多，比如抽油泵柱塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律、懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。本文從抽油機(jī)井采油設(shè)備工作動(dòng)態(tài)角度出發(fā)，先分析了其工作環(huán)境，然后重點(diǎn)從三個(gè)方面分析了抽油機(jī)井采油設(shè)備工作動(dòng)態(tài)模型，并在此基礎(chǔ)上提出了相關(guān)的改進(jìn)措施，旨在為后期的研究提供參考。

【關(guān)鍵詞】抽油機(jī)井；模型；采油設(shè)備

石油是我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的重要能源，在加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高人民生活水平方面具有重要的作用。由于抽油機(jī)井采油設(shè)備工作環(huán)境比較特殊，且受多方面因素的影響。為此，很對(duì)人對(duì)此提出了研究，建立抽油機(jī)井采油設(shè)備工作動(dòng)態(tài)模型，旨在提高抽油機(jī)井的生產(chǎn)效率。

一、建立抽油機(jī)井采油設(shè)備工作動(dòng)態(tài)模型的重要意義

隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，石油在社會(huì)中的作用日益凸顯，其應(yīng)用領(lǐng)域涉及多個(gè)方面。在抽油機(jī)井采油過(guò)程中，由于其環(huán)境特殊，開(kāi)采難度大，建立抽油機(jī)井采油設(shè)備工作動(dòng)態(tài)模型具有重要的意義，具體體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

（一）提高抽油機(jī)井生產(chǎn)效率的需要

在抽油機(jī)井的采油過(guò)程中，受技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多方面的影響，抽油機(jī)井采油設(shè)備在工作的過(guò)程中，多方面的問(wèn)題沒(méi)有得到良好解決，泵閥球運(yùn)動(dòng)規(guī)律、流體進(jìn)泵阻力等。因此，必須要加強(qiáng)抽油機(jī)井采油設(shè)備工作狀況方面的研究，建立一系列的模型，從而不斷提高抽油機(jī)井生產(chǎn)效率。

（二）實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)的需要

隨著節(jié)能降耗觀念的不斷發(fā)展，節(jié)能降耗觀念深入人心。采油設(shè)備能源耗費(fèi)大，更應(yīng)做好節(jié)能降耗工作。因此，人們需要加強(qiáng)抽油機(jī)井采油設(shè)備工作狀況的研究，從節(jié)能降耗角度出發(fā)，建立抽油機(jī)井采油設(shè)備工作動(dòng)態(tài)模型，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

二、關(guān)于抽油機(jī)井采油設(shè)備工作動(dòng)態(tài)模型

（一）抽油機(jī)井采油設(shè)備工作動(dòng)態(tài)模型研究現(xiàn)狀

在抽油機(jī)井工作過(guò)程中，影響油井生產(chǎn)效率的因素比較多，本文主要從泵閥球運(yùn)動(dòng)規(guī)律、抽油泵柱塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律和井筒流體進(jìn)出泵阻力這三個(gè)角度出發(fā)，分析目前模型研究現(xiàn)狀。

1、泵閥球運(yùn)動(dòng)規(guī)律模型

就目前情況來(lái)看，關(guān)于抽油泵閥球運(yùn)動(dòng)規(guī)律方面的研究還不夠完善。在研究的過(guò)程中，雖然采用了力學(xué)與數(shù)學(xué)模型，但是都比較簡(jiǎn)單，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不高。比如魯延豐和葛占玉在《抽油泵泵閥運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究》[1]中，將油泵泵閥的魏氏效應(yīng)考慮其中，并建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，但這個(gè)模型沒(méi)有考慮液體可壓縮性對(duì)連續(xù)流的作用，而且也沒(méi)有將閥球動(dòng)態(tài)特性考慮在內(nèi)，缺乏實(shí)際價(jià)值。此外，國(guó)外對(duì)此也做出了相關(guān)研究，比如阿道爾夫[2]在1968年，建立一個(gè)二階非線性常微分方程，這個(gè)模型有效彌補(bǔ)了魯延豐和葛占玉所建立模型的不足，但是在描述泵閥球在開(kāi)啟和關(guān)閉這兩個(gè)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律方面，還存在一些缺陷。孟英峰等人在《往復(fù)泵泵閥運(yùn)動(dòng)規(guī)律》[3]一文中，建立了常微分方程，但仍然存在不足，即在升程中存在奇點(diǎn)問(wèn)題。隨后，為了研究出泵閥球運(yùn)動(dòng)規(guī)律，趙勝[4]等人，在阿道爾夫研究的基礎(chǔ)上，對(duì)其模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，假設(shè)閥球的直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其升程，并且沒(méi)有考慮閥盤(pán)運(yùn)動(dòng)的慣性力，最終得到關(guān)于閥球運(yùn)動(dòng)規(guī)律的解析計(jì)算公式。董世明[5]在這方面的研究中，借鑒前人的經(jīng)驗(yàn)，建立了泵運(yùn)動(dòng)規(guī)律數(shù)學(xué)模型，仿真度較高。但是，在這個(gè)模型中，沒(méi)有考慮到閥球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)。因此，它也存在一定程度上的誤差。

2、抽油泵柱塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律模型

抽油泵柱塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)于抽油機(jī)井采油效率具有重要的影響。葛占玉[6]等人在《井下抽油泵柱塞與泵筒運(yùn)動(dòng)規(guī)》一文中，充分利用三元振動(dòng)模型，其中考慮了三個(gè)方面的振動(dòng)，即油管柱、抽油桿柱以及井筒油柱，最終建立了數(shù)學(xué)模型，為后期研究抽油泵故障原因、井下工作機(jī)理這兩個(gè)方面提供重要的參考。但是，這個(gè)模型沒(méi)有考慮到流體通過(guò)泵閥處的水力損失，而且將此方法用于分析非均質(zhì)的井筒液體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生誤差。

此外，劉猛[7]等人在《使用混合桿柱時(shí)抽油泵柱塞的超沖程》一文中，研究了抽油桿振動(dòng)規(guī)律，并建立了偏微分方程，然后再利用固有函數(shù)法來(lái)對(duì)方程進(jìn)行求解，從而得出了關(guān)于抽油泵柱塞運(yùn)動(dòng)的無(wú)窮級(jí)數(shù)解析計(jì)算式。

3、井筒流體進(jìn)出泵阻力模型

就目前情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)外的很多研究人員對(duì)此做出了研究。但是，在抽油機(jī)井的實(shí)際工作中，一方面，影響泵閥阻力的因素非常多；另一方面，流體進(jìn)出泵規(guī)律也比較復(fù)雜。因此，關(guān)于這方面的研究，關(guān)于其阻力計(jì)算多為經(jīng)驗(yàn)公式。張琪等[8]人在這方面的研究中，全面總結(jié)了泵閥流體流動(dòng)阻力，充分利用流體力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，最終得出了關(guān)于泵閥阻力的理論計(jì)算式，從而分析出其大小與泵閥結(jié)構(gòu)、流體密度的相關(guān)性。姚建設(shè)[9]在這方面的研究中，對(duì)不同的抽油泵進(jìn)行試驗(yàn)研究，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，得出泵閥系統(tǒng)的流體阻力損失情況，最終得出影響泵閥阻力的因素，并且繪畫(huà)出試驗(yàn)曲線。在上述研究中，雖然取得了一定的成果，但是沒(méi)有全面考慮影響流體進(jìn)出泵阻力因素，存在一定的局限性。

（二）改進(jìn)抽油機(jī)井采油設(shè)備工作動(dòng)態(tài)模型的建議

針對(duì)目前抽油機(jī)井采油設(shè)備工作動(dòng)態(tài)模型研究情況來(lái)看，取得了一定的進(jìn)展，有利于提高工作效率和實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。但是，在這三個(gè)方面的研究中，均存在一定的局限性。因此，在以后的研究中，需要做好以下幾個(gè)方面的工作。第一，在泵閥球運(yùn)動(dòng)規(guī)律模型研究中，應(yīng)該將閥球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)納入考慮范圍之內(nèi)，從而最大程度上減小誤差。第二，在抽油泵柱塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律模型研究中，應(yīng)該考慮影響柱塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律的因素，比如流體進(jìn)出泵阻力，從而不斷完善其模型研究。第三，在井筒流體進(jìn)出泵阻力模型研究中，需要全面考慮其影響因素，包括泵閥結(jié)構(gòu)、粘度、流體密度和流速等。

結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，抽油機(jī)井采油工作的重要性日益凸顯。因此，為了有效提高抽油機(jī)井生產(chǎn)效率和實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)，人們必須要不斷總結(jié)前人研究經(jīng)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，綜合考慮多方面的影響因素，不斷加強(qiáng)研究，解決目前模型研究中存在的問(wèn)題，最大程度上減小誤差，建立操作性強(qiáng)、具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的模型，用以指導(dǎo)抽油機(jī)井工作，促使采油作業(yè)的良好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]葛占玉，魯延豐.抽油泵泵閥運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，19（1）：66-69.

[2]S.D.L.Lekia and R.D.Evans.A coupled rodand fluid dynamic model for predicting the behavior of sucker rod pumping system.SPE21664.1991：296-334.

[3]孟英峰，梁紅，張仲良.往復(fù)泵泵閥運(yùn)動(dòng)規(guī)律的建模與仿真[J].石油機(jī)械，1995，23（5）：16-20.

[4]趙勝.往復(fù)泵泵閥的設(shè)計(jì)計(jì)算[J].化工與通用機(jī)械，1981：8-9.

[5]董世民，姚春東，劉春忠等.抽油泵泵閥運(yùn)動(dòng)規(guī)律的計(jì)算機(jī)仿真[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2000，12（2）：116-119.

[6]葛占玉，劉慶.井下抽油泵柱塞與泵筒運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào)，1993，17（6）：56-61.

[7]劉猛，萬(wàn)邦烈，陳如恒.使用混合桿柱時(shí)抽油泵柱塞的超沖程[J].石油機(jī)械，1998，26（1）.

[8]張琪.采油工程原理與設(shè)計(jì)[M].東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2000.

[9]姚建設(shè).抽油泵泵閥的流體阻力試驗(yàn)[J].石油機(jī)械.1993，21（3）：21-25.