毕设外文翻译抽油泵的毕业设计.docx
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毕设外文翻译抽油泵的毕业设计
本科毕业设计（论文）外文翻译译文
学生姓名：
院（系）：
专业班级：
指导教师：
完成日期：
20年月日
如何防止抽油杆泵中的气锁
HowtoPreventGasLockinSuckerRodPumps
作者：
E.J.Dottore，BoilandyCia.S.A.
起止页码：
869～881
出版日期（期刊号）：
SPE27010
出版单位：
SocietyofPetroleumEngineers
版权为1994年社会石油工程师协会
本文是发表于1994年4月27日～29日在阿根廷的布宜诺斯艾利斯市举行的第三次拉丁美洲/Carboean石油工程的会议上。
本文是被SPE委员会选定作为一个报告回顾以前由学者（们）所提交的抽象建议所包含的内容。
本文所包含的内容没有得到社会石油工程师的审查通过和经过作者（们）的校正。
提供的材料不一定反应任何位置的社会石油工程师、它的官员或成员的立场。
发表于SPE会议的论文是受社会石油工程师出版社评论委员会检阅的。
允许被复制的字数基本限制为不超过300字，插图不得复制。
引用的地方应该包含明显的信息，如谁写的文章、在哪里出版。
SPE图书管理员邮政信箱：
833836。
Ricnardson,美国德克萨斯州，75083-3836。
电传163245SPEUT
文摘
本文包含了在气相抽取时抽油杆泵支配流体生产和强调影响生产率参数的重要性等基本知识和公式。
通过特殊的操作条件和（或）特殊装置作用于这些参数的现场经验来支持所提供的材料的。
介绍
在20世纪50年代，作为先驱者的D.A.Connally，C.R.Sandberg，NStein和E.Lodynsky，在研究了极其复杂的两相泵系统并观测了在这种操作条件下泵充气效率的变化。
在升高压力的情况下，原油可以溶解气体。
在这个多元烃流体系统里，压力和温度的变化导致了相位的变化。
当液体流进井中时，产品形成压力降低了。
在许多情况下,底部孔的流动压力会如此程度的下降。
解决气泡出来的方案的参考文献和插图在文章末端,因此,在井孔附近的储层中存在着一种气相。
由于阀在泵循环中的不合理操作，这个状况严重影响了泵及其产率。
在上行程时，阀门被推迟打开了。
除此以外,只有部分油管充满液体,因为气体在油管中占据了一些空间。
在下行程时，保持关闭的游动阀的一部分通过上部的流体负荷向下游动。
在极端的情况下气锁也可以完全阻止泵的抽油。
当下行程时被困住的气体峰值压力并不能大到足以克服对游动阀的静载荷时就会发生气锁。
此外,在上行程时，压力没有降的足够低以便可以打开阀门，允许新的流体进入。
有些学者,如R.MParker,认为在井中存着第二种常见类型的气锁，其中具有较高的地层压力（显示的液位相对于阀座头超过总深度的1/3）和产生大量气体的较高潜力。
当泵启动后,压差引起的液体向泵流动，漂移的微小气泡困在了在套管管道环路的流体中。
这些泡沫开始向表面扩展移动时,结合成大气泡被携带至表面,随他们上面的大量流体被带出去。
由于油管中的低压，管路里静态的泡沫被指引朝着泵的入口移动。
然后，阀球被那快速流过的泡沫从阀座上举起，泵停止了工作。
K.E.Brown[4]称在这种抽油条件下的动态井。
他表示,这只是泵停止抽油的一个条件,但他并不认为这就是气锁。
尽管两个操作条件的情况是相同的（由于气压，缺乏石油生产）,这种解决的方法是不同与它的补救措施的。
这篇文章中我们将提到气锁的第一个意思,也就是说,当一定体积的气体被困在有效关闭的密封阀门之间的情况。
这篇文章的目的是让石油生产者知道简单地改变抽取条件或稍许修改抽油杆泵的标准可以更好的提高石油产量,避免气锁。
所有的事例描述的是修改的变量参与的液压（流体-动力）研究。
这就是为什么不同性能的机械动力装置和（或）实质性改变的泵和（或）特别设计的最大限度地减少游离气的影响的泵不包括在这篇文章里。
存在问题的理论分析
让我们考虑一个标准的抽油杆柱塞泵，游动的柱塞，在充满游离气的井的吸入口抽油。
图1概括性的描述了泵揭示的进气压力P1和排放压力P2
底部死点（BDP）在上行程开始的时候,它可以被定义为泵的初始体积或绝对体积（Vo）。
上部死点（TDP）在上行程结束的时候,被发现在泵腔室内有一定体积的游离气体（Vfg）和原油（Vc）。
如果我们考虑用柱塞体积（Vp）有效地代替那部分体积,我们就把可以进入泵腔内的体积用下面的公式联系起来:
Vgl+Vc=Vo+Vp．．．．．．．．．．．．．．．．．．
（1）
让我们定义初始体积或绝对体积和泵腔体积的容积相关性（或另外的初始体积加上活塞的有效位移）:
s=Vo/（Vo+Vp）．．．．．．．．．．．．．．．．．
（2）
我们称m为游离气体体积与在进气压力P1时泵腔室内的原油体积之间的容积关系,也就是说:
m=Vfg/Vc....．．．．．．．．．．．．．．．．．．（3）
m与产量GOR不得有误，但在标准的压力和温度条件下，也是游离气体体积和原油体积之间的一种关系。
m的值就可以通过在底部合适的温度形成流体的PVT数据的方法很容易地计算出来。
如果这些数据是无效的,它可以使用不同理论的相关性计算出来。
在这个特殊情况下,进入泵里的游离气体体积将通过使用J.F.LeaandL.L.Bearden[5]andL.S.Kobilinski，F.T.TaylorandJ.W.Brienan[6]计算出来:
Vgl（m3/d）=（GOR－Rs）Q03.52×102ZTin/Pin．．．．．．．．．（4）
Tin（
）=泵入口的温度
Pin（MPa）=泵入口的压力
Q0（m3/d）=出油率
Z=泵入口条件的气体压缩因子,这个因子和作为拟对比参数的功能是相关的,可以确定由Hankinson，Thomas和Phillips[7]给定的气体准临界压力和温度和G.G.Brown[8]或M.B.StandinoandD.L.Katz[9]所提出的方法。
Rs（m3/m3）=在进口条件中油中溶解气体体积与油液体积的关系（GOR或m不得有误）；它可以通过使用Standing[9]的关系确定:
Rs（m3/m3）=
γg[Pin10y/（8.7274×（106）]1.205．．．．．．．．．．．．．．．．．．（5）
y=－1.638×10-3Tin+（1.769/γc）．．．．．．．．．．．．．．．．．．（6）
γg=标准条件下气体密度空气密度比
γC=标准条件下油的密度与纯水的密度比
=141.5/（131.5+
）
进入泵的油量的计算,我们可以使用不同理论的关系，如M.B.Standing[10],MVazquez[11]G.Tackacs[12]或者Bearden[5]。
使用Standing[10]的相关性，在井底条件油的体积（VC）是由标准条件下的测量体积（Q0）乘以体积系数（B0）得到的，也就是说,
Vc（m3/d）=Q0B0......................（7）
B0=0.972+0.000147F1.175....................（8）
F=5.615Rs（γg/γc）0.5+2.25Tin－575.............（9）
在下行程时，泵腔内的压力将逐渐增加,因此游离气体受压缩。
泵内的压力满足P2时游动阀将会打开。
在阀门打开之前，我们称油和游离气体的体积分别为Vc和Vfg。
如果我们在那个压力下考虑包含了油和游离气体的泵腔室的体积（Vp＇）,我们可以规定:
Vfg＇+VC＇=Vo+Vp＇....................（10）
在抽油杆泵抽油时的压缩生产,也可以假定作为一种绝热过程,所以我们可以说:
P1（Vfg）n=P2（Vfg＇）n....................（11）
n=Cp/Cv....................（12）
Cp=恒压下的比热
Cv=恒温下的比热
原油的平均压缩率大约是7×10-7Mpa（10-5psi）,所以我们可以假设:
Vc=Vc＇........................（13）
从泵腔内含有的油气混合物中,Vp＇是产生于每个冲程中的,这部分体积中只有一部分是油,其余的都是气体。
如果我们将这部分油量称为Voil,我们可以规定:
Voil/Vc＇=Vp＇/（Vfg＇+Vc＇）................（14）
利用方程
（1）、
（2）、（3）、（10）、（11）和（13），化简和消除Vfg、Vc、Vfg＇、Vc＇、Vo和Vp＇，方程（14）可以如下改写:
Voil/Vp＇=
...............（15）
方程（15）代表了每一冲程产生的油体积与用柱塞代替的有效体积的比值，m，s和P2/P1的作用。
图2为方程的图形化显示。
根据API推荐规则11L（RP11L）[13]产率（Q）或抽油杆泵的位移（PD）可以通过以下能够得到:
Q（m3/d）=PD=1128.2724[Sp-（F01/kt）]ND2．．．．．．．．（16）
D（m）=活塞直径
N（1/min）=抽速
Sp（m）=泵的冲程
F0（N）=液压差
1/kt=弹性系数
在没有气体的抽油时方程（16）是有效的。
如果游离气体进入了泵的腔室，我们必须给这个方程乘以每一冲程柱塞替换的有效体积产生的油量的比率，也就是说:
Qt=（Voil/Vp）Q．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（17）
方程（17）代表了在抽取油气混合物时的理论原油产率。
显然，当游离气体减少时，Qt提高了。
泵的容积效率不适用于普通的条件。
当抽取含气量少（没有游离的气体）的液体时，容积效率定义为石油的实际产量（Q0）与泵的移动容积（Q）的比值。
但是当油气混合物被抽取时,应该当作石油实际产量与最大理论产量的比值,也就是说Q0/Qt。
回到方程（15）,我们可以确认抽油是不可能的,如果在计算时获得了一个负值。
另一个可选方案是如果泵满足压力P2，泵的柱塞到达底部死点，则每一个冲程基本没有抽出油。
由Voil=0求解这个方程（15）,我们可以得到:
．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（18）
由于m的作用方程（18）形成了一簇曲线函数，他们代表了不能抽油的极限情况。
令它的分母为零,我们得到了这族曲线的渐近线。
．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（19）
从最后这两个方程我们可以得出下面的图2。
例如，让我们绘制m→∞的曲线，并且由m=i（m假设为泵腔内的情况下的容积率，i为有限数值0不可能抽油的区域（IP）可以通过曲线m=i和s=1的纵坐标直线来确定。
如果泵的工作点在这个区域，会没有石油产出，因为泵释放的压力将不能满足压力P2。
通过曲线m→∞、纵坐标s=0和横坐标P2/P1=1确定的区域被称为泵的安全生产区域（SP）。
如果泵的工作点是在这个区域,不管目前泵腔内气体的含量它总是会产出石油，因为它能满足P2，也就是说m的值是独立的。
在曲线m=i与曲线m→∞所确定的区域内泵也是可行的,但是不安全,这就是为什么被称作可能抽油的区域（PP）。
假如泵的工作点位于曲线m=i的左边。
在这种情况下,我们将获得产出;但是当抽油时,它可能会让大量的气体进入泵内,因此m得值会更高（换句话说我们现在处于的是已经跳过了曲线m=i的区域,例如,m=i+1）。
如果泵的工作点仍然处于新的曲线左边,泵将继续工作,否则,将会发生气锁。
改变复杂的参数来减少抽油时的游离气体
方程（15）或图2的图形中包含了抽取油气混合物时所有需要的条件。
由于m，s和P2/P1的作用，假定抽油杆抽油是一种绝热过程，。
也就是说，如果我们想要增加生产率，或避免气锁，我们将不得不修改下面至少一个变量：
a）增加P1
b）减少P2
c）减少V0
d）增加Vp
e）减少m
a）改变P1
如果我们允许在套管环路建立一个更高的动态流体平面，就可以增加压力P1。
它仅仅存在于以较低速度的抽油过程（较低的SPM）,以允许动压的增加,从而增加了泵的入口压力。
在场地工作人员认为以较低速度的抽油过程将导致更低的生产速度的错误推测下，这个过程通常是被阻止的。
然而在单相抽油或者泵腔内完全充满抽油的过程中，这是正确的。
在增长的动态水平的恢复和维护这种能力上的成功应用，无疑将会持续一段时期。
如图3所示的情况,泵在开始工作几个小时之后就会发展为气锁。
实际发生的是在泵起动时,因为比率P2/P1从1变到了43，泵的工作点也从1点移动到了2点。
当工作点满足2点时，就形成了气锁。
通过降低抽速（允许P1增加），泵的工作点稳定3点，从而消除了气锁并获得连续的生产效率。
b）改变P2
与以前的改变方案恰恰相反,现在的是降低泵的出口压力（P2）以使游动阀能更快速的打开。
在液压条件下,更有可能试着消除油管内的部分液柱。
实际上，这是不可能的，但我们所能做的就是设置一个不管泵腔室内的条件如何都能开启或关闭的阀门。
图4显示了这种装配在下边引导杆顶部的阀门。
这种阀门是由两个固定部件和一个游动部件组成的。
在下行程时，游动部分下落至固定部分（阀座）。
由于液压作用和自身的重量，因此关闭向下流动的液柱和支撑它的重量和压力。
现在形成的腔室（这个阀的下边与泵游动阀的上边）生成了一个有利于游动阀迅速开启并使油气混流穿过它的低压。
在上行程时，允许油气混流穿过它，从而用这样的方式完成抽油的周期循环。
图5所示的例子就是已经被使用的这种类型的阀门。
在这初始的条件下,我们看到,泵的工作点是在可能抽油的区域，（而且危险地靠近）曲线m=20的左侧。
还有这个特殊的阀,操作条件已经改变,由于改变了P2/P1的值，从而得到一个更好的产率,。
遗憾的是,测量游动阀和另外的阀形成的腔室内的压力P2，实际上是不可能的。
为了解释这个原因，图5给出了相反的情况，给Voil/Vp一个新值，即就是改变了工作条件的P2/P1比值，可以注意到现在新泵的工作点远离曲线m=20而位于安全工作区域，也就是说，泵不可能发生气锁。
c）Vo的变化
API实际推荐AR11（RP11AR）[14]建议为RW和RH泵检查游动阀座头阀塞和顶部关闭的管柱之间的距离。
推荐的距离大于1/4＂（6.4mm）而小于2＂（50.8mm）。
如图6概括性的描述了我们所提到的泵区。
值得注意的是,以标准的部件（口径1.5＂型号的泵）分离50.8mm，长度约为211mm的初始（或绝对）体积。
通过改变阀塞和柱笼，在距离60.5mm处分离他们，初始体积的长度减少到约94mm（如图7）。
减少初始体积的影响范围如图8所示。
值得注意的是,改变泵的工作点的位置远离曲线m=10，泵几乎是不可能发生气锁的。
我们也应该重视获得较高的生产效。
d）Vp的变化
图9显示了在同一个井中两个不同工作长度的泵（也就是说Vp值不同）的工作点。
根据API实际推荐11L（RP11L）[13]，为了近似地获得相同的产率,应该选择泵的长度和工作条件。
值得注意的是,用上述提到的实际推荐计算出的预期的产率，短泵比长泵略高一些。
现场试验如图9所示，表明通过提高Vp可以获得更大的生产速度,,并且泵也更难发生气锁。
e）m的变化
改变m意味着改变在泵的入口处的游离气体总量，尤其在泵室里的。
许多学者认为减少有高度释放气体的井中泵腔内的游离气体总量的最有效方法就是所谓的气体分离器或气体锚。
由于引力分离的原则，所有的气体锚只能用于抽油杆抽油工作中。
比气体密度的大液体会向下流动，但是由于气体的低比重，在液体中就有上升的趋势。
根据G.Takacs[12]最简单也是最有效的气锚，如图10中所示的天然气气锚。
该系统采用了较低的套管管道环路作为天然气分离通道。
这种泵套管孔下边设置了一小段的距离，因此液体必须向下移动进入泵中，并允许分离一定量的气体。
J.D.Clegg[15]对不同类型的气体分离器在套管孔下泵不能工作的情形中使用的情况进行了广泛的描述。
在本文中,我们指的是如图11所示的那个。
它由一个上部的泥锚孔和一个与抽油泵连接着泥锚中的汲取管组成。
这种气体分离器在泵的下边和浸入到环路液面下边便立即工作。
更大的气泡就直接上升到液体表面，只有中间产物和小气泡进入了气锚。
下降到气锚体内的液体，在进入泵室之前慢慢地变成了游离气体。
Campbell和Brimhall[16]已经为设计这种类型的气锚发布了一份详细的设计步骤。
基本要求是,向下的流体流速应该小于气锚体内气泡的上升速度。
图12所示的一个例子是正在使用的这种类型的气锚。
在初始的条件下，我们看到,泵的工作点是在可能的抽油区的曲线m=20的左侧（并且很近）。
通过添加气体分离器，改变了操作条件，由于改变了m的比值和避免气锁的更好的条件，而获得一个更好的产率。
因为它指出当谈到改变P1时，降低抽速是手段，通常被在低速过程抽油降低了生产效率的错误结论中的操作者所阻止。
在抽取单相和泵室完全充满液体时，这是正确的。
但在存在的游离气中，高速将可能会引起流体从泵的入口吸入更多的气泡，并且（或）由于较低的动压，这将会导致一些额外的气体在从油液中出来而进入泵中。
这种抽油条件将不可避免地导致一个绝对较低的石油产率，而且在很多情况下，也可以发展为彻底阻止泵抽油工作的气锁。
所以，以较低的速度抽油，你可以提高P1和降低m。
此案例是有意不包括在本文中，是为了说明每次只改变一个参数的作用。
结论
克服抽油杆抽油中存在游离气体的问题，并没有存在一种独特的“方法”。
本文旨在进一步解释泵中所发生的现象并概述了试着去解决他们的方法。
方程（15）获得的理论结果相比于在实际测量数值的80%至90%的范围内。
如今广泛使用的个人计算机允许工程生产进行预计的，以知道预期的产率和在解决多变的气锁问题方法中做好准备。
也可以这样说，上述参数的测量通常是很难的或昂贵的,或者两者都是。
在这种情况下,我建议去执行必要的调整,通过调整参数P1，P2，V0，Vp和m，以顺利地调整泵的工作点。
这种解决泵中游离气体的方法将最后在石油产率的绝对增加中得到测定。
单位转换
转换前转换后进制
BPD
m3/day
1.58987310-1
Inch
m
2.54000010-2
Foot
m
3.04800010-1
Lb
N
4.44822210+0
Psi
Pa
6.89475710+3
Tk（0K）=[TF（
）+459.67]/1.8
图1：
有杆抽油泵示意图
图2：
方程15的图形化表示
图3：
P1的影响
图4：
特殊阀
图5：
P2的影响
图6：
V0最大时的标准泵
图7：
V0最小时的变量泵
图8：
V0的影响
图9：
Vp的影响
图10：
气体的自然分离
图11：
气锚
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