杆式抽油泵英文翻译DOC.docx
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杆式抽油泵英文翻译DOC
本科毕业设计（论文）外文翻译译文
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指导教师：
完成日期：
20年月日
一种现代抽油杆式泵系统的优化设计方法
AModernApproachtotheOptimumDesignofSucker-RodPumpingSystem
作者：
起止页码：
出版日期（期刊号）：
版权2003年美国石油工程师协会84139
出版单位：
石油工程师学会股份有限公司
国家石油Co.S.N.P“Petrom”S.A.的L.S.Firu,；国家石油Co.S.N.P，“Petrom”S.A.的T.CheluSPE,,和C.Militaru-Petre，为研究和技术所创立的。
本文是在SPE技术会议和年度展览时为演讲所准备的，地点在美国科罗拉多州丹佛举行,时间是2003年10月5日到10月8日。
本文选择演示了SPE程序委员会审查后提交的信息包含在一个抽象的作者。
论文的内容,正如说写的那样，因为没有被社会石油工程师评估而被作者修改了。
正如材料所说,并不一定反映石油工程师学会的任何位置,其官员,或成员。
论文介绍了在SPE会议上受到石油工程师学会出版编辑委员会的发表评论。
电子复制、分发、或存储本文的任何用于商业目的而没有石油工程师协会的书面同意,是被禁止的。
允许复制打印被限制为一个抽象的不超过300个单词,插图不得复制。
摘要必须包含明显的鸣谢单位,以及由谁提出了本文。
写图书馆员,SPE,汇票箱833836,理查森,TX75083-3836,美国、传真01-972-952-9435。
摘要
本文提出一个改进的优化准则,允许选择最优注入模式从大量的抽油杆的组合参数。
功能建模优化准则代表无量纲抽油杆参数的总和。
开发的优化准则,包括八个描述抽油杆泵系统操作参数:
（1）最大抽油杆的载荷,
（2）最大抽油杆的压力,（3）可变负载的安全系数,（4）不对称系数,（5）冲程效率,（6）容积效率,（7）抽油-杆的膨胀长度和（8）性能指标。
这些参数可以影响抽油泵抽油系统的效率。
为了选择最优注入模式,计算必须覆盖广泛的变量。
如果四杆尺寸选择可用的光杆冲程长度、泵送速度（从3到抽油机的最大冲程）和6个柱塞直径,可能有大约2200泵模式可能被考虑。
提出的优化准则允许选择（使用计算机程序）只有一个相对应的泵模式被认为是最好的最大效率。
使用的设计技术,允许预测表面测功器卡使用确切的抽油机的运动学参数,静态加载,沿着所给系列和动态流体摩擦杆负载,和井下卡基于波动方程的解决方案。
同时,抽油杆的主要参数和棒的长度压缩计算。
这项工作的结果是一个复杂的计算机程序基于改进优化准则和泵送系统设计计算。
这一标准的应用对于许多吸盘抽水井,增加抽运系统的效率。
简介
建模功能的石油生产应用抽油杆泵系统是非常复杂的,考虑本系统的效率意味着所有的操作参数是一个限制性的部分,被认为是最优的。
值的修改一个泵安装的抽油泵参数（即行程长度、抽速、柱塞尺寸、抽油杆和油管尺寸）可以生成各种操作参数的值（即光杆载荷和压力、抽油杆柱,容积效率,膨胀长度、性能指标）。
这些方面需要一个特定方法抽油杆泵系统建模时，考虑的主要现象可能发生在一个完整的泵循环。
任何科学的方法对一个特定系统的优化假设至少两个主要条件:
1。
存在大量的功能选择研究系统;2。
优化准则,允许一个功能替代的选择,导致系统的最佳性能。
一个完整的泵模式最好由泵系统的特定变量所定义。
抽油杆泵,一个独特的选择是由一个特定组合的泵参数,如前所述。
因此,计算必须覆盖大量的注入模式。
所有这些,只会选择最佳的解决方案。
研究假设三个主要步骤:
1，泵系统的运行参数的计算,提出了标准的基础优化基于动态注入系统的运作模式；2，优化准则的基础；3，计算方法。
经历所有这些阶段都需要很多的计算。
因此,软件已经允许仿真功能的泵系统以及建立最有效的泵去选择。
泵送系统操作参数的计算
许多作者开发了操作参数的近似计算公式计算抽油杆泵系统，基于各种简化的假设，这些关系通常用于在一个完整泵循环计算最小和最大限度的操作参数。
然而并不是所有的简化建模过程提供所需的系统设计及其相关分析的准确性。
使用这种近似计算过程的操作参数不能帮助一个识别可能出现的一些具体现象当抽油杆抽油系统在工作时。
例如,其几个方面是相关的,如:
抽油杆的中间部分位置以下的系列会发生膨胀,抽油杆与注入液体之间的相互作用,滑油粘度影响在抛光杆上的负载等。
传统的分析方法,如果应用于抽油系统,没有满意的结果主要是因为大量参数的影响。
另一方面需要考虑的是,在一个完整的泵循环,抽油杆负载是时间的函数,变量可达到最大和最小值。
记住所有这些因素之后,就变得非常重要,抽油系统的一个动态方法去承担。
为了做到这一点,我们将研究抽油杆总负载的变化作为时间的函数在一个完整的泵周期内，通过总结以下负载的类别:
静态、惯性、加载所产生的振动和水动力摩擦现象以及造成负载压力下降的石油生产安装（抽油杆和泵）。
杆泵专家认可,准确描述泵系统的关键是精确模拟抽油杆柱的运动。
只有这样可以提供有效的地面和井下操作参数。
这种方法假设泵系统的运动参数是已知的。
根据抽油机的运动学分析,抽油杆的位置（Si）、速度（Vi）和加速度（Ai），利用角度ϕi可表示为:
其中
分析是基于一个完整泵循环的四个阶段:
1，抽油杆的变形时间和非固定油管开始向上运动时；2，向上运动的时间；3，抽油杆的变形时间和油管向下运动时间；4，向下运动的时间。
对于一个完整的泵循环,静态负载的变化当做曲柄角的函数ϕi,可变成：
Fr是机械摩擦沿着抽油杆可以计算出如果偏差数据是可用，C根据完整泵周期的四个阶段计算的如上所提到的,如下所述:
动态载荷是由泵和圆柱形的液体在钻井孔所引起的。
惯性力量可以计算出产品运动的重量和抽油杆的加速度。
这些表现出驱动抽油杆和圆柱形的液体是必要的,这被认为是集中和无弹性的。
除了这些,以下负载必须考虑:
1，力所产生的振荡现象；
2，联轴器上的力量占活塞杆耦合效应；
3，杆柱和产生流体之间的互动力；
4，力在杆式泵压力下降造成的。
总结上述抽油杆的计算，总负载加载k=1,2,…n，表明:
F1，i。
表面测功器卡表示，总负载（F1,i）作为曲柄角的函数,ϕi。
这是波动方程的边界条件用于计算井下测功器卡。
Fj,i其中j=2,3,…,nr。
知道表面和井下负载的变化,对应的最大和最小负载可以确定,如下:
最大和最小压力杆的顶锥形部分,可从给出的公式如下:
测试期间抽油杆加载一个循环负载在完整的泵循环中。
上升期间水平张力增加是由于向上的液体,动态载荷和摩擦力。
向下的负载包含运动的抽油杆的重量减去动态载荷和摩擦力。
当最大和最小负载之间的差异很大时,其中抽油杆材料的疲劳现象变得更加重要。
因此,一个参数是一个函数的最小最大负载比引起的。
这个参数是不对称因素的泵循环Rj,相应锥形部分（优化计算它是可取的,jR>0.2）
抽油杆分析尺寸计算的变量加载,相同安全系数的方法,在每个锥形杆的顶部,限制的史密斯图周期,一直在使用。
通过为每个杆构造有限周期的图的大小，可以建立安全系数值的分析和图形。
避免低于尺寸标注和高于尺寸标注，安全系数的值必须从1.66-3.0。
然后最小安全系数为1.66，抽油杆低于尺寸标注和一个大于3.0值表明高于抽油杆尺寸标注。
可变负载的安全系数,在锥杆部分由下面的公式给出:
另一个参数的选择认为最佳替代泵安装功能是容积效率。
这个参数被定义为有效比例对于假设所产生的比例。
由于大量的影响变量，容积效率的测定或计算非常复杂。
主要由:
泵送流体粘度,自由的存在和或溶解气体的抽吸泵,泵吸入压力、泵柱塞和桶之间的配合,整个泵的运动等。
作为优化计算容积效率，这个值应该在65%到80%之间。
在研究大量的生产数据时已经注意到,在某些情况下,尽管大多数的效率指标在优化领域中,表面测功器显示了抽油杆的伸长。
以这种方式，最有效的泵系统机械工作方式是利用拉伸的抽油杆。
因此需要引入一个参数,对于拉伸的程度可以提供有价值的信息。
这个参数被称为冲程效率，表示为:
为了评估抽油系统的经济表现，引入了一个参数。
这是一个性能指标,定义如下:
其中
性能指标的最小值对应最大效率。
优化准则的基础
一个优化问题实际上是一个计算问题,其目的是找到最好的解决方案。
更正式的说,找到一个解决方案在可行的范围内，找到目标函数的最小（最大）值。
任何优化准则的优势是通过其范围允许选择高效的功能。
更复杂的系统进行分析,如抽油杆泵系统,更多操作参数将被包括在内，文献中各种抽油杆泵系统优化程序，这些都是基于有限数量的性能指标的评价。
在整个专业各种抽油杆抽油系统优化程序。
几个作者（即。
伯德,埃斯特拉达,Lekia）作出了重大贡献。
例如,埃斯特拉达引入了经济指标。
经济指数的值包括光杆载荷峰值,峰值净扭矩减速器,光杆功率和提高效率为一个公式。
基于埃斯特拉达的工作和伯德，Lekia也引入了一个新的参数来评估整体抽油系统的经济性,性能指数如上所述。
最新的重大贡献对泵传统选择的问题来自伯德,他提出了性能评级系统的有效性,发现从一个复杂的公式需要使用优化表。
所有这些方法都是基于提升效率（即它取决于流体提升所需的液压动力和光杆功率）,倾向于最大化。
光杆功率的最小值意味着尽可能低的最大光杆载荷值。
可以满足此条件:
（1）选择抽油杆泵小直径,
（2）减少泵的柱塞直径和（3）减少泵的速度。
对于大型起重深处,第一个选择可能会导致重大的抽油杆延伸,可以产生负面影响抽油泵系统的效率,减少井下柱塞行程长度。
由于第二个和第三个替代液体流量，从一个给定的泵设置深度能被有效地限制。
选择一个特定的泵替代也可能导致增加或减少抽油杆的膨胀长度。
考虑上述所有方面,最重要的是选择优化准则建立特定操作参数之间的关系。
这是很难完成的,因为这些参数的变化范围显著不同（按其数值和物理意义）。
因此没有一些数学的工件是不可能利用操作参数到一个公式。
由设计者开发的优化准则,包括六个操作参数描述抽油杆泵的系统:
（1）抽油杆负载,
（2）抽油杆压力,（3）可变负载的安全系数,（4）不对称因素,（5）冲程效率和（6）容积效率。
这一标准已得到改进的两个参数:
（1）抽油杆的膨胀长度，
（2）性能指数。
这些参数可以影响抽油泵系统抽油的效率。
操作参数的值必须是类似的，因此他们有必要在0和1之间。
这种情况意味着引入无因次参数。
优化的过程首先计算八个参数的值列入为每个泵的优化标准模式（最大抽油杆载荷k，,最大抽油杆应力k,安全因素变量Cv,k,不对称因素,冲程效率η，容积效率,ηVk,膨胀长度k和性能指标k（k是抽油模式数量计算）。
翻译每个泵模式由至少一个从另一个不同功能元素修改（抽速、柱塞大小、光杆冲程长度、抽油杆和油管柱数据）。
抽油杆的优化设计计算为每个泵模式。
每个泵的操作参数值的计算模式建立了他们的最大和最小值。
每个泵的计算模式后,所有八个变化参数参数的规范化。
因此每一个参数的最小和最大值分别为0和1。
接下来所有的优化包含在优化准则中,结果为一定操作参数值的和,相应计算模式:
可以规范化操作参数的总和,j代表数量（即j=1、2..8）,k是抽水模式数量计算,k=1,2,…,n。
上面的总和最小值代表了最优注入模式,给出了最大效率:
描述的参数优化计算标准如下:
其中
k=1,2,…,n,指的是极端值的最大负载，抽油杆建立考虑每个泵的最大负荷计算方程模式。
使用相同的过程来计算极限的操作参数的值如下例子：
最优标准提出能够促进分析对抽油杆泵系统一个最重要的操作参数,包括用于抽油杆泵系统的描述。
最优注入模式代表了八个操作参数的最佳组合可达到最大效率。
计算方法
优化计算是确保一个泵的选择从大量注入模式,应用以下步骤:
1，计算运动参数（即抽油杆位置、速度和加速度，角度ϕi）利用精确运动学理论；
2，计算静态、惯性振荡之间的相互作用和产生的液体压力下降造成的注入深度。
所有这些计算曲柄负载的角度函数ϕi；
3，计算负载和底部井下冲程利用波动方程的解的分析方法；
4，抽油杆管柱的设计利用相同的方法，安全因素在每个锥形顶端和相由史密斯应的有限循环图；
5，计算操作参数包括优化准则Qkj；
6，操作参数的总和计算；
7，确定每个参数的最小和最大值；
8，重复计算的步骤1到7,直到所有泵模式完成；
9，选择最优注入模式（即对应一个最优的最小值）。
应用
给出一个例子为了建立抽油泵最优注入模式,让我们考虑这种情况的特点通过以下参数:
——抽油泵设置深度:
1500;
——柱塞尺寸:
1.75;
——速度:
12SPM;
——抽油杆冲程长度:
2.66米；
——抽油杆数据（尺寸x长度）:
3/4x900x600x7/8x600；
——衡量产量:
31m3/d;
为了说明正确选择抽油泵使用优化的标准的重要性,给出来表1、2、3、4、5。
表1包含现有泵的优化模式。
现有的抽油泵模式是基于现有的抽油设备和泵参数,允许计算操作参数。
最优注入模式代表应用程序的最佳解决方案,结果提出优化的标准。
在这种情况下选择最佳的运作方式需要计算2850替代功能泵的安装，其中16个方案取得了最佳的选择。
操作参数对应的值为每个计算最优模式如表2所示。
也有计算每个运行参数的最小和最大值基于标准化参数,定义了目标函数建立了（表3）。
人们可以观察到通过使用选定的优化得到最佳替代参数，实际上是目标函数的最小值（Oopt=O14=2.12658）。
操作参数是那些特征选择从14号到表3。
因此,按照这种情况下,表4和表5提出了操作参数。
还机械工作的价值根据工作情况（现有的和最佳泵模式）,表明惯性的机械加工,振荡和粘性剪切力第二个情况比第一种情况较小。
在分析表1情况后我们可以得出结论,以下特性描述抽油泵的最佳运作模式安装:
——减少扣抽油杆长度,从272米到248米;
——增加泵的容积效率，从51.4%到72.9%;
——减少抽油杆的耗能，从10.2千瓦到7.7千瓦;
——减少机械工作的惯性,振荡和粘性剪切力，如表1所示;
——减少电动机动力的需要，从35千瓦到25千瓦,从而减少能源消耗。
为现有和最佳泵模式操作参数值的计算会引出以下结论:
使用最佳标准的选择，从泵安装我们可以获得最大的效率。
现有的和最佳抽油泵模式的地面和井下测功器卡呈现在图1中。
很明显,按照地面和井下卡的形状,第二情况（最佳抽油泵抽油模式）代表抽油泵最好的安装情况。
负载
6112
498
7图例
3672最佳设计
2
449现有抽油泵抽油模式
1224
00.81.62.43.24排水量立方米
图1预测地面和井下测功器卡
总结
抽油杆泵优化的新方法已经提出了这项研究。
为了选择最优抽油泵抽油模式,所有可能的泵参数组合视为基本的设计变量,会导致广泛的变量。
提出了优化准则允许一个抽油泵模式的选择可以从很多抽油泵中进行选择。
它包括八个主要操作参数影响抽油泵抽油系统的效率。
最优注入模式选择可得出以下结果:
1，抽油杆负载和压力的降低；
2，使用安全系数去避免低于标注尺寸或高于标注尺寸的抽油；
3，为了避免抽油杆材料的疲劳，通过选择适当的不对称因素；
4，确保最低冲程效率意味着减少抽油杆拉伸；
5，最大容积效率；
6，膨胀长度的减少；
7，保证最低的运营成本通过使用性能指标。
这项工作的结果是抽油泵安装功能的模拟数学模型和软件使用的仿真,找到另一个功能,从技术和经济观点以达到最大效率。
术语
Aj锥形杆区域面积平方米
a轴承座和光杆之间的距离米
B轴承平衡装置和轴承座之间的距离米
CL循环负载系数
F
d柱塞直径英寸
e油管和抽油杆柱伸长率米
er抽油杆延伸率米
et油管延伸率米
Fo柱塞上流体的负载牛顿
Ft，j总抽油杆上的负载牛顿
g重力加速度,9.81米/平方秒
L泵深度米
l摇臂长度米
Lrj锥形杆部分的长度米
N抽油速度冲程/分钟
n表面和井下卡数字化点预测的数量180
nr抽油杆中锥形的总数
npm抽油杆总数（组合泵的大小、抽油杆杆行程长度、注入速度和抽油杆柱设计）
P曲轴轴承座之间的距离米
Pn原动机动力千瓦
PP抽油杆最大悬重牛顿
PR抽油杆功率千瓦
HP
PT扭矩减速机纳米
r曲柄的长度米
Rj动态负载因素
S地面抽油机的冲程长度米
Sf疲劳应力牛顿/平方米
Sr屈服应力牛顿/平方米
Wr,j在地面上锥形杆部分重量牛顿
X抽油杆的深度米
Lb产生弯曲的长度米
Smax在x处杆的最大应力牛顿/平方米
Smin在x处杆的最低压力牛顿/平方米
Ρr杆材料的密度千克/立方米
Ρf液体密度千克/立方米
ηlift提升效率%
Ηv容积效率%
参考文献
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解释计算抽油杆，SPE的25416页写到在1993年的生产操作在俄克拉荷马城举办研讨会,3月21日到23日。
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表一现有的情况和最佳抽油泵抽油模式
参数
现有抽油模式
优化抽油模式
石油生产m/d
31
石油比重
0.812
油管
1500米2/8-英尺
1500米2/8-英尺
抽油杆
900米3/4-英尺
600米7/8-英尺
852米3/4-英尺
7648米7/8-英尺
抽油杆冲程长度、米
2.66
4
井下柱塞行程长度、米
2.35
3.6
冲程效率,%
1.21
0.789
抽油速度、冲程/分钟
12.0
5.5
柱塞直径
13/4
13/4
动液面深度,米
1213
1298
扣长度、米
272
248
容积效率,%
51.4
72.9
性能指标
0.27
0.29
光杆动力,千瓦
10.2
7.7
所需电机功率、千瓦
35
25
惯性机械加工,%
6.1
4.1
波动机械加工,%
9.1
6.4
静态机械加工,%
84.2
88.9
粘性机械加工,%
0.57
0.40
表2操作参数的最佳注入模式
序号
最大负载Fmax,k
最大压力
Smax,k
安全系数
Cv,k
不对称因子Rk
冲程效率ηs,k%
容积效率ηV,k[%]
扣的长度Lbk[米]
性能指标
PIXk
1
6797
1798
2.81
0.552
0.105
78.3
162
1.77
2
7926
1614
3.34
0.616
0.081
72.9
151
1.37
3
6261
1656
2.87
0.263
0.124
68.1
161
3.19
4
7235
1473
3.42
0.392
0.096
77.9
149
2.42
5
5554
1333
3.44
0.395
0.077
71.7
201
3.23
6
5984
1218
4.56
0.503
0.059
67.2
187
2.50
7
5585
1137
4.34
0.225
0.068
75.5
243
4.56
8
3726
985
5.22
0.276
0.048
67.7
250
8.26
9
4535
923
4.12
0.414
0.037
74.8
235
5.95
10
4121
1039
5.65
0.631
1.321
65.3
195
0.30
11
3215
1140
4.75
0.611
2.032
72.0
223
0.16
12
3204
1136
5.07
0.624
1.900
68.9
218
0.19
13
3182
1128
5.12
0.632
1.521
63.5
186
0.21
14
6002
1588
3.36
0.571
0.789
72.9
145
0.18
15
3304
1145
5.07
0.624
1.583
67.2
198
0.20
16
3182
1201
5.11
0.634
1.317
65.9
201
0.22
K=12...16
表3无尺寸参数的目标函数（规范化）
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
总结
1
0.58158
1.00000
1.00000
0.08449
0.00116
0.00000
0.01657
0.03990
2.72370
2
1.00000
0.66404
0.69444
0.02306
0.00049
0.26001
0.00039
0.02263
2.66507
3
0.42239
0.73469
0.96262
0.84194
0.00190
0.92770
0.01412
0.14051
4.04587
4
0.73053
0.45298
0.65315
0.40672
0.00087
0.00143
0.00000
0.07834
2.32402
5
0.25126
0.28323
0.64302
0.39846
0.00040
0.38841
0.26507
0.14423
2.37409
6
0.35008
0.17347
0.20222
0.15758
0.00012
1.09864
0.141
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