定向井螺杆泵采油系统应用研究

摘要

螺杆泵采油是近些年发展起来的一种采油工艺，大量应用实例和统计数据表明，与传统抽油机相比，它具有系统设备占地面积小、维护和管理方便、单位产量能耗低、系统效率高等优点，能够很好的缓解传统抽油机耗能高(长时间处于空抽状态)、系统效率低下的缺点，因而受到了人们的日益关注，并在油田上得到逐步推广和使用。从螺杆泵的工作特点来看，非常适合陕北油田低压力、低产量、低油饱、低丰度的地质特征。
　　 本文介绍了螺杆泵采油工艺的应用现状、发展趋势，以及螺杆泵的采油原理，然后根据地面驱动螺杆泵的工作特点，建立了抽油杆柱受力模型，并经过分析得出：抽油杆柱受复合载荷的作用，在承受扭矩的同时承受较大的轴向力,同时给出了各种载荷的计算方法。由第四强度理论，分析了抽油杆柱工作应力的计算方法，并按照疲劳强度条件和静强度条件对抽油杆柱的工作状态进行了分析，给出了这两种强度条件的适用情况。
　　 地面驱动螺杆泵采油系统的抽油杆柱，在传递扭矩过程中会产生较大的横向挠曲变形，使抽油杆柱与油管内壁发生摩擦。为了减少摩擦损失，延长抽油杆柱和油管柱的寿命，有必要在抽油杆柱上配置一定数目的扶正器。本文建立了螺杆泵井抽油杆柱受力模型，分析了抽油杆柱的扭转载荷与轴向载荷，提出了抽油杆扶正器分布的相关约束条件，按照最优化设计方法计算了扶正器的分布位置。
　　 为了与传统抽油机进行比较，检验螺杆泵采油工艺在陕北油田的应用情况，本文根据螺杆泵采油的工作原理，建立了螺杆泵井生产系统和描述各个子系统工作规律的数学模型。在对油井生产规律和流动特性分析的基础上，设计了按系统效率进行评价的优化模型和具体优化方法，编制了螺杆泵采油系统各项数据指标的计算程序，通过多种方案系统效率比较的优劣来设计单井投产方案，并给出了计算实例。

目录

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声明

第一章 前言

1.1螺杆泵采油技术的发展历程

1.2螺杆泵应用现状

1.2.1稠油井的应用

1.2.2稀油井的应用

1.2.3中后期水驱油田采油的应用

1.2.4聚合物驱采油井的应用

1.2.5复杂工况井的应用

1.2.6螺杆泵采油技术的发展趋势

1.3在陕北油田定向井中应用螺杆泵采油技术

1.3.1陕北油田的地质特点

1.3.2陕北油田现状

1.3.3应用螺杆泵采油须考虑的问题

1.4本文主要工作

第二章 螺杆泵采油系统概述及生产系统的建立

2.1地面驱动螺杆泵采油系统概述

2.1.1地面驱动设备

2.1.2井下设备

2.2螺杆泵采油生产系统的建立

2.2.1油井流入系统

2.2.2井筒流动系统

2.2.3井下螺杆泵系统

第三章 抽油杆柱载荷计算与简单强度设计

3.1抽油杆柱载荷分析计算

3.1.1螺杆泵部分参数计算

3.1.2螺杆泵轴向载荷计算

3.1.3扭转载荷的计算

3.2抽油杆柱强度设计

3.2.1工作应力计算

3.2.2强度条件

第四章 定向井抽油杆柱扶正器分布设计

4.1井眼曲线的三次样条拟合

4.2力学模型

4.2.1扭转载荷

4.2.2轴向载荷

4.3约束条件

4.3.1最大剪应力强度约束条件

4.3.2疲劳强度约束条件

4.3.3最大挠度约束条件

4.3.4由井眼曲率导出的尺寸约束条件

4.4优化模型求解

第五章 地面驱动螺杆泵油井系统的优化设计

5.1优化设计

5.1.1排量和扬程的选择

5.1.2优化模型

5.1.3优化设计方法

5.1.4螺杆泵与井的匹配

5.2变频调速在螺杆泵生产中的应用

5.2.1电流调参法

5.2.2转矩调参法

5.2.3转矩转速传感器

5.2.4变频调速自动控制电路图及功能

第六章 实例计算

6.1新井设计

6.1.1数据计算

6.1.2方案实施

6.2新老井对比

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文及获奖情况