螺杆泵井优化设计软件在大庆油田的应用情况
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作者: 葛乐清
[摘要]我们和大庆采油三厂、北京石油大学合作研发并应用了《PCP螺杆泵井优化设计软件》。该软件是在系统研究地面驱动螺杆泵采油系统的工作特点的基础上进行的,以螺杆泵产量和泵效作为优化目标,优化螺杆泵采油系统工作参数。建立了螺杆泵定向井杆柱动力学模型,建立了杆柱空间三维的运动模型,可以计算杆柱在任意时刻、位置的轴向力、侧向力、扭矩以及杆管间的接触程度。
[关键词]螺杆泵井 优化设计 大庆油田
1 优化设计软件技术原理
螺杆泵采油系统的优化设计是以整个油井生产系统为研究对象,以各个子系统的协调为基础,以油井的生产能力为依据,以油井的产油量为目的,采用节点系统分析方法,进行油井的优化设计,充分发挥油层和抽油设备的潜力。螺杆泵优化设计内容包括:确定油井的生产能力,确定油井生产系统的工作参数,确定油井的产量及有关辅助设备。
在软件内部框架上主要包括三个主要模型:
(1)螺杆泵采油井系统效率模型
建立地面驱动单螺杆泵采油井系统效率分级模型,以提高系统效率为目标优化螺杆泵采油系统工作参数(油井产量、抽汲参数、泵型、下泵深度、杆柱组合、动液面、扶正器位置和数量)。
(2)不同目标参数的螺杆泵采油井优化设计模型
建立不同目标参数(以产量、沉没度、泵效、能耗)的螺杆泵采油井优化设计模型;可根据油井的实际情况,选择不同的杆柱设计方法,设计出不同级数(1级或2级)、不同材质(H级或D级)、混合材质的实心杆柱、空心杆柱、实心和空心混合等不同的杆柱组合形式。
(3)空间三维的定向井螺杆泵扶正设计模型研究;
建立空间三维的定向井螺杆泵扶正设计模型,突破以前扶正器设计二维计算的局限。通过本模块的分析计算得到井下杆柱在任意时刻、任意位置、不同转速下的轴向力、侧向力、扭矩以及杆管间的接触程度、并可获得启动时刻的扭矩大小。在接触频繁的地方加扶正器。
2 软件的应用流程
该软件操作界面按功能可分为六个部分:数据管理、产能分析、工况分析、系统选项、优化设计、结果查看。
(1)数据管理
数据管理模块的功能:对油井数据库、螺杆泵数据库、抽油杆数据库和井深结构数据库进行维护。包括记录的浏览、添加、删除和保存,也是用户为优化设计选定数据的地方。
(2)产能分析
产能分析模块的功能是根据油井不同的测试资料来建立油井的流入动态关系,它是油井分析和优化设计的基础。本模块可以以图表的形式直观描述出油井的流入动态曲线。
(3)静力学工况分析
静力学工况分析模块主要是对目前油井的生产状况利用静力学模型进行工况分析。通过本模块的分析,可计算出螺杆泵井沿井深的井筒温度、压力分布、抽油杆柱的轴向载荷分布、扭矩分布、杆柱安全状况、螺杆泵井系统效率分级组成情况等。并给出相应计算结果图表。
(4)系统选项
该部分主要是对驱替方式、下泵深度、泵型选择范围、产量波动范围进行人为的限制,以便使优化结果更接近于生产实际需要。
(5)优化设计
优化设计实现多目标优化,综合考虑效率和产量,模块可以完成抽油杆柱的等强度设计,杆柱可以进行实心杆、空心杆;螺杆泵泵型的选择、产量、效率的设计计算并选出最优组合。
在进行优化设计前,可以通过系统选项模块选择不同的设计方法、选择不同的抽汲参数以及进行其他的设定。通过一系列的选择可以使用户参与到设计的过程中来,充分发挥经验优势,在软件的支持下设计出更加合理的方案。
(6)扶正器优化设计
地面驱动单螺杆泵杆柱系统进行动力学计算,通过对杆柱在任意时刻、任意位置的轴向力、侧向力、扭矩以及杆管间的接触程度的计算,判断杆柱接触的严重程度,得到杆柱需要扶正的具体位置。
3 优化设计软件现场应用情况
螺杆泵优化设计软件截止到2009年9月底,已完成软件的推广应用416口井,其中:优化施工工艺设计186口井,上调参数76口井,下调参数48口井,换大泵41口井,换小泵11口井,上提泵挂10口井,累计增油1.39万吨,创造了较大的经济效益;另外,对180口正常运转井进行了模拟验证,覆盖率达到了99%。通过应用该软件优化机杆泵组合后,平均单井提高系统效率3.6%,日节电25千瓦.时;平均单井延长检泵周期102天,年可减少作业0.12次,大大地降低了螺杆泵井的维护费用。
在节能效果上,通过应用该软件优化机杆泵组合后,平均单井提高系统效率3.6%,日节电25千瓦.时,取得了较好的节能降耗效果(见表1)。
表1 螺杆泵井优化设计节能降耗测试效果统计表
经过计算共取得经济效益4000多万元。
通过我们将近三年时间的研究改进和推广应用,我们体会到螺杆泵优化设计软件界面友好,功能清晰,设计人员易于操作,有很好的社会效益。
参考文献:
[1]胡博仲.聚合物采油工程[M] .北京:石油出版社,1997.
[2]张琪.采油工程原理及设计[M] .山东:石油大学出版社,2001.
[3]吴奇.井下作业工程师手册[M] .石油工业出版社,2002.
[4]万仁博.采油工程手册[M] .石油工业出版社,2002.
[5]刘合.当代抽油系统[M] .石油工业出版社,2002.
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