CN115859530A - 一种基于无因次泵效的抽油泵健康状态评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有杆泵采油工艺领域，提供了一种基于无因次泵效的抽油泵健康状态评价方法，选取无因次泵效作为抽油泵健康状况的评价指标。实际泵效受柱塞冲程、气体和泵充不满、漏失和液体体积收缩的影响，通过柱塞冲程损失系数，考虑余隙气计算泵的充满程度，漏失系数和液体的体积系数，进而计算无因次泵效，评价抽油泵的健康状况，避免测试和分析示功图，提前预防故障，确保抽油泵健康运作，使抽油泵工作状态得到有效监控。该方法所需要的参数可以在现场生产数据中获得，计算方便快捷。

Description

一种基于无因次泵效的抽油泵健康状态评价方法

技术领域

本发明涉及一种基于无因次泵效的抽油泵健康状态评价方法，属于有杆泵采油工艺领域。

技术背景

抽油泵是有机械采油的重要组成部分之一，其工作状态直接影响机械采油的效率。抽油泵工作环境极差：入泵液体可能含有砂、胶质沥青质、气体等，泵筒内出现结蜡、结垢、阀球腐蚀等，若柱塞不居中，还可能与泵筒发生偏磨，等。上述情况均会影响泵的工作。因此科学地评价抽油泵的健康状态，对工作参数进行及时调整并确保有杆抽油始终处于高效运行极其重要。

目前工程上评价抽油泵的工作状态主要：（1）测试法。通过从光杆测试示功图，利用波动方程计算泵功图，进而对抽油泵的工作状态进行诊断，结果直观准确，但会增加生产成本。（2）参数法。通过计算抽油泵泵效对其工作状态进行评价，泵效在一定程度上能反应抽油泵工况是否正常，但不能表征在不同工况下的健康状态。例如，A井生产气液比150m³/m³，泵效40%；B井生产气液比10m³/m³，泵效60%；由于2口井的生产气液比差异大，单从泵效无法评价2口井抽油泵孰优孰劣。因此需要建立一种基于无因次泵效抽油泵健康状态评价方法，能精确把握抽油泵的健康状态。

为此，本发明以抽油泵理论泵效为标准，提供一种基于无因次泵效的抽油泵健康状态评价方法，及时把握抽油泵健康状况，为工作制度的调整提供理论支持。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无因次泵效的抽油泵健康状态评价，避免了测试和分析示功图和拆泵检泵，对抽油泵的健康状况进行评价，进而调整工作参数，以达到更好的生产效果。

一种基于无因次泵效的抽油泵健康状态评价方法，主要包括如下步骤：

步骤一：获取抽油泵参数，包括泵径、防冲距、泵隙、柱塞长度以及泵入口压力、温度，机采井生产参数，包括冲程、冲次、动液面、产液量、含水率、气液比，抽油杆参数，包括抽油杆钢级、杆柱组合，流体物性参数，包括原油和天然气相对密度；

步骤二：确定评价指标；选用无因次泵效作为评价抽油泵健康状况的指标，即抽油泵的实际泵效和理论泵效的比值；

其中，η _ratio为无因次泵效；η _实际为实际泵效，%；η _理论为理论泵效，%；

步骤三：评价抽油泵健康状态；依据无因次泵效，评价泵健康状态：无因次泵效大于0.8为健康，0.6-0.8为亚健康，低于0.6为不健康；

步骤四：计算实际泵效；根据步骤一获取的抽油泵参数和机采井生产参数，计算抽油泵的实际泵效：

式中，Q _L为实际产液量，m³/d；S为光杆冲程，m；n为冲次，min^-1；D _p为抽油泵内径，m；

步骤五：计算理论泵效，根据步骤一获取的抽油泵参数、机采井生产参数、抽油杆基本参数、流体物性参数分别计算柱塞冲程系数、泵充满系数、漏失系数和液体体积系数，进而计算理论泵效；

式中，η _s为柱塞冲程系数；β为泵的充满系数；η _L为漏失系数；B _L 为液体的体积系数；

其中，考虑静载荷、杆柱惯性力以及抽油杆柱振动共同作用时的柱塞冲程系数η _s为：

式中，η _API为根据API图版查得的柱塞冲程系数；W _L ^’为动液面以上液体静载荷，kN；L _p为泵挂深度，m；E _t为油管弹性常数，kN；

考虑余隙气影响的泵充满系数β为：

式中，R为泵入口处气液比，为泵入口处实际进气量与实际进液量的比值，m³/m³；K为抽油泵防冲距与抽油泵活塞的上行程之比；f _w为含水率，小数；R _s1为泵挂深度对应的液柱压力所对应的原油溶解气油比，m³/m³，R _s2为沉没度对应的液柱压力所对应的原油溶解气油比，m³/m³；

漏失系数为：

式中，

为柱塞动液面高度对应的液柱压差，Pa；μ为液体动力粘度，Pa·s；δ为泵径向间隙，m；l为柱塞长度，m；v _p为柱塞运动速度，m/s。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

（1）评价方法所需参数可通过现场生产数据获得，计算方便快捷；

（2）基于无因次泵效健康评价指标，即大于0.8为健康，0.6-0.8为亚健康，低于0.6为不健康，确保在不拆卸抽油泵的情况下，实现准确评价抽油泵的工作状况；

（3）泵充满系数充分考虑余隙气的影响，更加符合工况实际情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

具体实施方式

以下实施例对本发明的技术进一步阐述：

已知某Ⅱ级泵，柱塞长1.2m，泵径为56mm，光杆冲程为3m，冲次=6min^-1，日产液量35m³/d，泵挂深度为1200m，动液面深度为1000m，ρ_L=0.95t/m³，2⁷/₈in油管下端未锚定，19mm×900m+22mm×300m，动力粘度2.3mPa.s，生产气油比68.9m³/m³，含水率94.7%，原油和天然气的相对密度分别为0.85和0.65，泵入口压力3MPa、温度65℃。

首先求得实际泵效为54.9%，求得柱塞冲程系数为0.857，泵充满系数为0.901，漏失系数为0.9993，液体体积系数为1.004，理论泵效为76.9%，无因次泵效为0.714，认为抽油泵亚健康。

Claims (1)

1.一种基于无因次泵效的抽油泵健康状态评价方法，其特征在于，主要包括如下步骤：

步骤一：获取抽油泵参数，包括泵径、防冲距、泵隙、柱塞长度以及泵入口压力、温度，机采井生产参数，包括冲程、冲次、动液面、产液量、含水率、气液比，抽油杆参数，包括抽油杆钢级、杆柱组合，流体物性参数，包括原油和天然气相对密度；

步骤二：确定评价指标；选用无因次泵效作为评价抽油泵健康状况的指标，即抽油泵的实际泵效和理论泵效的比值；

其中，η _ratio为无因次泵效；η _实际为实际泵效，%；η _理论为理论泵效，%；

步骤三：评价抽油泵健康状态；依据无因次泵效，评价泵健康状态：无因次泵效大于0.8为健康，0.6-0.8为亚健康，低于0.6为不健康；

步骤四：计算实际泵效；根据步骤一获取的抽油泵参数和机采井生产参数，计算抽油泵的实际泵效：

式中，Q _L为实际产液量，m³/d；S为光杆冲程，m；n为冲次，min^-1；D _p为抽油泵内径，m；

步骤五：计算理论泵效，根据步骤一获取的抽油泵参数、机采井生产参数、抽油杆基本参数、流体物性参数分别计算柱塞冲程系数、泵充满系数、漏失系数和液体体积系数，进而计算理论泵效；

式中，η _s为柱塞冲程系数；β为泵的充满系数；η _L为漏失系数；B _L 为液体的体积系数；

其中，考虑静载荷、杆柱惯性力以及抽油杆柱振动共同作用时的柱塞冲程系数η _s为：

式中，η _API为根据API图版查得的柱塞冲程系数；W _L ^’为动液面以上液体静载荷，kN；L _p为泵挂深度，m；E _t为油管弹性常数，kN；

考虑余隙气影响的泵充满系数β为：

式中，R为泵入口处气液比，为泵入口处实际进气量与实际进液量的比值，m³/m³；K为抽油泵防冲距与抽油泵活塞的上行程之比；f _w为含水率，小数；R _s1为泵挂深度对应的液柱压力所对应的原油溶解气油比，m³/m³，R _s2为沉没度对应的液柱压力所对应的原油溶解气油比，m³/m³；

漏失系数为：

式中，

为柱塞动液面高度对应的液柱压差，Pa；μ为液体动力粘度，Pa·s；δ为泵径向间隙，m；l为柱塞长度，m；v _p为柱塞运动速度，m/s。