举升工艺优化（精选4篇）
举升工艺优化 篇1
斜井的上部井段是垂直井身,下部井段开始倾斜。当有杆泵下入斜井段后,会出现偏磨、抽油杆断脱、泵效低等问题。当井斜大于45度时,有杆泵抽油系统就难以正常工作,必须结合现场经验进行斜井的优化配套。
1 斜井对泵效影响
东胜公司在斜井上最深的下泵深度为2402m (Φ44mm泵),进入斜井段最长是746.86m,最大的井斜角达到38°,平均泵效为40.5%,生产时间最长的达1400天。
大斜度井(30°以上)有杆泵的效率很低,仅为常规直井的10%～30%。有杆泵磨损非常严重,有的无法正常生产。
常规抽油泵的凡尔,由于阀球在阀室内漂浮较大,在斜井中阀球偏击偏磨、座封不严,随着井斜角增加,阀球下滚速度减小,造成坐封滞后,漏失量增加。在所以,对于大斜度井,应改进抽油泵的结构,提高泵效。
2 斜井对悬点载荷影响
当斜角过30°以后,悬点载荷急剧增加。前苏联的学者别斯良克导出了在管柱空间弯曲时确定纵向力的分析公式:
P=(1+sn/137)(Pv+Pc+Ps(cosα±f sinα)(±cxp fAα)]+(Pt+Pf)exp(±fAα)
式中s-冲程长度,m;Pv——垂直段抽油杆的重量,kg;Pc——造斜段上抽油杆在液体中的重量,kg;Ps——稳斜段抽油杆的重量,kg;Pl——液注重量,kg;n——冲次,min-1;Pf——活塞与泵筒之间的摩擦力,N;A——弯曲系数,A=[1+sin2αα(Δφ/Δα)2]1/2。
3 抽油杆、抽油杆接箍和油管在斜井中的磨损
在侧向力的作用下在磨损位置,抽油杆柱在油管中不能居中。抽油杆、抽油杆接箍和油管发生不同程度的偏磨,其程度与下泵深度、井斜角和方位角的变化有关,井斜角越大、方位角变化越大磨损越严重,同样的井斜角和方位角变化时,下泵深度越大,磨损越严重。
解决这个问题比较廉价的方法是在抽油杆柱被磨损处安装抽油杆扶正器。抽油杆扶正器通过管壁的摩擦接触来扶正抽油杆。扶正器中纵向的或螺旋的槽可使流体通过。抽油杆扶正器可使用多种材料,用不同金属到橡胶和塑料制成。对于磨损严重的井,使用耐磨油管配合减磨接箍,可有效的减少磨损。
4 斜井抽油系统设计
斜井抽油系统的设计方法,其内容包括设计油井的供排协调、选择合理的机一泵工作参数和杆柱组合,并预测其工况指标,从而使整个井下系统高效工作。斜井抽油系统设计:
(1)绘制油井供给能力曲线。在IPR曲线允许范围内,取一组产量Q。由IPR曲线求出相应的井底流压Pw(Q,Pw)表示的各点即为所求的油井供给能力曲线。
(2)计算泵排出动态曲线。由有杆泵排量计算公式可知,当冲程s、冲次n、泵径d一定时,只剩下泵效,为自变量,而又是泵挂L和吸入压力P的函数。只需改变P的值,便可计算出泵排出动态曲线。
(3)采用常规游梁式抽油机,在保证产量的条件下,选用长冲程、低冲次,可降低抽油杆的相对变形值,提高抽油泵的充满系数,同时可改善抽油杆的工作条件,减少磨损次数,延长抽油杆的使用寿命。
(4)采用斜井泵
目前据调研胜利油田总机械厂生产的偏置阀式抽油泵,使用在垦东油田2口井,该井造斜点浅,井斜角大,泵挂处井斜角分别为65.3和65.2°,日产液均超过10m3,平均泵效均超过73%,无故障连续工作514d,实现了有杆泵在大斜度井中的高效举升。
偏置阀式抽油泵主要由上泵筒、上柱塞、出油阀组、偏置进油阀、下泵筒和下柱塞等组成,具体结构如图1所示:
1-泵简接箍;2-上泵筒;3-出油接头;4-上柱塞;5-上游动阀罩;6-上游动阀球;7-上游动阀座;8-下游动阀罩;9-下游动阀罩弹簧;10-进油接头;11-固定阀体;12-下泵筒;13-下柱塞;14-固定阀座顶丝;15-固定阀座;16-固定阀球;17-固定阀罩弹簧
上冲程时,抽油杆柱带动上、下柱塞一起上行,出油阀组关闭,泵腔体积增大,压力下降,偏置进油阀开启,井液在沉没压力作用下进入泵腔,完成进液过程。下冲程时,泵腔体积减小,压力上升,偏置进油阀在自重和弹簧力的作用下关闭,出油阀开启,完成排液过程。此时,泵外压力低,上柱塞上端面承受高压的面积大于下端面承受高压的面积,因此,在面积差和压力差的作用下产生一个向下反馈力,增加了下行的动力。这样往复运动1次就完成了偏置阀式抽油泵的1次进排液过程。
进油阀采用独特的偏心结构,增大了阀球直径,关闭及时,提高了抽油泵的可靠性;同时增加进油流道,缩短进油流程,减小进油阻力,提高了泵效。复位弹簧具有扶正作用,安装时具有一定的预紧力,可以解决斜井抽油时因泵筒倾斜而产生的阀球关闭滞后和阀球偏落的问题。
(5)根据区块的产能预测确定下泵垂深和斜深,为减少振动、提高充满程度,尽量的把泵下到井斜角小、方位角变化小的井段,最好井斜角不要超过35度。若必须下入大井斜角井段,必须采用配套的斜井采油技术。
5 东胜公司优选斜井举升配套技术
(1)连续杆+油管减磨接箍+偏置阀式斜井泵
该配套技术利用连续杆、油管减磨接箍减轻造斜井段、斜直井段的杆管磨损,减小下行阻力;偏置阀式斜井泵采用液力反馈技术提供下行动力,采用斜井泵阀结构保证大斜度井段泵阀可靠工作。最大井斜65°;最大泵挂3200m;井眼曲率<30°/100m。连续抽油杆是在专用生产线上加工成的具有特定形状、没有接头的抽油杆,其长度可根据下井深度随意选定。
(2)(普通)内涂油管+抗磨副+弹力定位扶正器+偏置阀式斜井泵
该配套技术利用内涂油管减磨性减轻造斜井段、斜直井段的杆管磨损,减小下行阻力;利用抗磨副、弹力定位扶正器隔离杆管,减轻磨损,减小下行阻力;偏置阀式斜井泵采用斜井泵阀结构,保证大斜度井段泵阀可靠工作。最大井斜65°,最大泵挂2200m,井眼曲率<30°/100m。
(3)内衬油管+小直径减磨接箍+斜井泵
该配套技术利用内衬油管抗磨性减轻造斜井段、斜直井段的杆管磨损,减小下行阻力;利用小直径抗磨接箍保证过流面积,减小下行阻力;偏置阀斜井泵采用斜井泵阀结构保证大斜度井段泵阀可靠工作。最大井斜65°,最大泵挂2200m,井眼曲率<30°/100m。
结论
井斜角对泵效、悬点载荷、管杆使用寿命有较大影响。对斜井抽油系统进了行优化设计;优选适合东胜公司斜井举升工艺的配套技术。
参考文献
[1]柯小平,付春华等马王庙油田敏感性储层注水开发的经验与教训[J].大庆石油地质与开发,2002 21(6):32-35
[2]王鸿勋,张淇等.采油工艺原理.北京:石油工业出版社,1987
[3]李克向.保护油气层钻井完井技术石油工业出版社1993
举升工艺优化 篇2
一、举升工艺设计基础——常规抽油机井生产系统分析
1. 常规抽油机井系统分析
常规抽油机井系统主要包括四个子系统:油藏渗流、井筒管流、地面管流、采油设备。
抽油机井系统中的各个子系统之间为相互衔接关系, 同时也相互影响, 相互协调, 以保证抽油机井举升工艺技术的高效性[1]。
2. 节点系统分析方法
节点系统分析方法是抽油机井举升工艺设计的重要方法之一。
(1) 基本原理
主要是指将系统协调原理应用于原有生产系统, 通过对整个油井生产系统进行节点的划分, 然后结合流体压力损失相关公式进行不同阶段分析的方法[2]。
(2) 节点划分优化
在整体分析中油井生产系统是节点分析的主要对象, 如下图1所示, 油井生产系统具体节点的划分优化, 将节点在下泵深度处进行设置。
(3) 油层、井筒、抽油设备协调条件
井筒中地层所出现的流体是设计过程中的重要问题, 主要满足质量守恒、能力守恒以及热量守恒。
二、稠油井杆中管掺热流体闭式循环举升工艺分析
1. 稠油井杆中管掺热流体闭式循环热力降粘技术方法
热力降粘技术方法主要是指提升井筒流体温度, 使井筒中流体粘度减小, 实现流体流动条件的有效改善[3]。该循环方式包括正循环以反循环, 其循环工艺结构示意图如下图2中a、b所示。
图a为正循环结构图, 在正循环中将热流体由杆中管中心通过, 在空心杆和杆中管中环空, 然后返回, 以热传递的方式对地层产出流体实现加热。
图b为反循环结构图, 在反循环中将热流体由空心杆和杆中管通过, 环空后由杆中管中心返回地面, 以热传递的方式对地层产出流体实现加热。
2. 总体框架
根据以井筒温度提升降低粘性为主要方式的举升工艺, 进行举升工艺技术设计总体框架的构建, 主要包括如下图3几个部分。
如上图所示, 该框架设计中的每个部分都为举升工艺设计提供重要信息, 以促进该工艺技术真正实现。
三、结语
本文通过对对抽油机井的生产系统组成进行分析, 准确把握举升工艺设计的基础。并对节点系统分析方法展开有效论述, 对油井节点系统实现有效划分。在对稠油井杆中管掺热流体闭式循环举升工艺研究中, 分为两个部分进行阐述:一方面是设计方法:热力降粘技术;一方面是设计框架。通过上述论述建立了工艺技术模型, 掌握该工艺设计总体结构, 目的在于促进该工艺的更好应用, 促进稠油资源开发与利用效率的提升。
参考文献
[1]孙立柱, 尚跃强, 张友振, 孙秀钊, 赵明.稠油井杆套循环加热举升工艺[J].特种油气藏2012, 06 (25 ) :12 -114.
[2]杨元亮, 王辉, 张建, 李清方, 庞会中, 王增林, 汪俊义.基于最优化原理的热流体循环数学模型求解方法[J].西安石油大学学报 (自然科学版) 2013, 09 (25) :456 -458.
举升工艺优化 篇3
DFSS是一种信息驱动的六西格玛系统方法,通常应用于产品的早期开发过程,通过强调缩短设计、研发周期和降低新产品开发成本,实现高效能的产品开发过程,准确地反映客户的要求。近年来,人们逐渐研究扩大DFSS的使用领域,不仅将它应用于新产品的设计,而且在现有产品的改型与改进方面也使用DFSS的方法进行指导。
六西格玛设计在提高产品质量和可靠性的同时,能降低成本及缩短开发周期,具有很高的实用价值。
Bestfit,即最佳匹配。在汽车生产过程中,由于举升门在气弹簧及密封胶条的反作用力下会发生较大的变形,对举升门周边外观配合产生较大的影响,因此上汽通用五菱汽车股份有限公司(SGMW)提出Bestfit概念,利用CAE分析在设计前期模拟出举升门的变形方向与变形量,为产品制造提供调整建议。
2 DFSS过程的步骤和工具
迄今为止,研究者提出了多种DFSS流程,SGMW目前应用的是由美国的质量管理专家Subir Chowdhury先生提出的IDDOV流程,即识别、定义要求、开发概念、优化设计、确认和实施[1]。
2.1 识别(ldentify)
识别是为保证任务完成而开发计划。在识别阶段的主要内容包括确定目标、制订开发项目计划及组建团队。
2.2 定义要求(Define Requirements)
定义要求是建立一套使客户满意的、合理的功能指标。在此阶段,要明确内部和外部客户,运用Kano模型、QFD、质量屋等工具将客户要求转换成工程指标。
2.3 开发概念(Develop Concept)
开发概念是建立最好的设计方案满足定义要求阶段所确定的功能,同时满足其他的业务目标。开发方案的关键因素为开发概念→概念对比→改进方案→选择最优方案。在此阶段,需要了解普氏概念的选择与确认。二次逆向、痛苦风暴、TRIZ技巧、分离原则、头脑风暴等质量工具将会帮助我们更好地完成方案的制订。
2.4 优化设计(Optimize Design)
优化设计是用于确定设计方案的设计参数,确保在各种操作条件下有一致的性能。稳健评估和稳健优化是本阶段的重点,稳健评估的目的是快速比较设计方案,稳健优化则是通过测试一系列的设计参数(控制因子)的组合来决定它们对信噪比和斜率的影响,以此优化设计。成本、收益、风险和时间等决定了策略。
2.5 确认和实施(Verify&Implement)
确认是在产品中确认项目是否达到目标。确认主要包括确认产品性能和确认过程性能2个部分,与相对比较不同,确认需要由估计的数据和分布来描述设计特性。
3 Bestfit基本理念
在设计阶段,首先,CAE工程师将气弹簧、密封胶条的反作用力值输入分析软件中,并赋予举升门相关零件重量,模拟出举升门装配到车身后的变形量;其次,利用分析软件调整举升门铰链和锁扣的位置,模拟出一个最优的调整量,输出给制造工程师;最后,制造工程师根据CAE提供的调整建议,调整举升门的铰链与锁扣位置。
4 DFSS与Bestfit优化举升门与周边配合的应用实例
本文以某新开发车型为例,阐述DFSS与Bestfit在举升门区域的应用。本DFSS案例并非IDDOV全过程开发,而是ID,即通过识别(Identify)、开发概念(Develop Concept) 2个阶段,选择了最优的举升门工装方案。除了DFSS工具,本案例还运用Bestfit分析方法,模拟出举升门的变形量,并提出调整建议,指导举升门区域的BVS设计。
4.1 识别(ldentify)
4.1.1 项目范围
在该新开发车型上优化举升门与白车身的配合问题。
4.1.2 系统/零件图示(如图1所示)
4.1.3 机会描述
举升门与多个零件有配合关系,包括顶盖、侧围、举升门玻璃、尾灯、后保等。举升门与这些零件配合得好与坏,直接影响整车的外观与性能。根据以往开发车型的经验,由于制造误差,使举升门与周边零件的配合问题始终难以解决。
为了保证该车型举升门与周边零件的良好配合,设计团队从3个方向进行了优化设计。第一,在前期造型开发中利用造型弱化视觉效果,降低举升门与周边零件的配合要求;第二,从举升门的工装入手,用DFSS工具分析各种工装对举升门与白车身配合的影响,通过普式选择选出最优方案,为制造区域提供最合理的工装方案;第三,由于举升门在气弹簧及密封胶条的反作用下会产生变形,因此CAE工程师对举升门系统进行了Bestfit分析,并将Bestfit分析结果输入给制造工程师,制造工程师根据Bestfit结果,进行BVS设计。本文主要阐述第二点和第三点。
4.1.4 项目交付物
提供最优化的工装设计方案,根据Bestfit进行BVS设计,使该车型举升门与白车身配合满足DTS要求;掌握举升门周边尺寸控制方法并运用到今后的新开发车型中。
4.2 开发概念(Develop Concept)
4.2.1 概念选择的标准
该新开发车型要求举升门与白车身的间隙和面差满足DTS要求,因此在所有方案都满足DTS控制的前提下,概念选择的标准着重考虑对装配方式、成本有影响的因素(见表1)。
4.2.2 开发设计方案
根据以往车型的开发经验及各个部门的意见,在该新开发车型中,一共提出4种举升门工装方案,并分析各个方案的优点与缺点。
4.2.3 设计方案对比
在设计方案的对比中,通过普氏选择进行对比,选出获胜方案。其中,“+”表示概念优势,“—”表示弱项。经过方案对比,方案C胜出,对比结果见表2。
4.3 Bestfit分析
4.3.1 模拟举升门的初始变形量
由于举升门在气弹簧及密封胶条的反作用下会产生变形,因此我们利用CAE模拟举升门的重力、气弹簧及密封胶条的反作用力。首先,CAE工程师将气弹簧、密封胶条的反作用力值输入分析软件中,并赋予举升门相关零件重量(见表3),模拟出举升门装配到车身后的变形量,举升门各个区域的变形量见表4。可以看到,举升门的变形量较大,最大已经超过1 mm。
4.3.2 优化举升门的变形量
我们的设计要求是将变形量控制在±0.5 mm以内。从表4中可以看出,初始的变形数据已经远远超出我们的要求。一般情况下,改变举升门的变形量需要通过调整铰链和锁扣位置来完成,CAE工程师利用分析软件分析拟合处举升门铰链和锁扣调整的最优位置(Bestfit),并给出建议的调整量(如图2所示)。
通过以上的最优调整,软件优化后得出的Bestfit值见表5。可以看出,优化之后,举升门的变形量在±0.5 mm的范围内,相对优化之前有了很大的提高。
4.4 BVS设计
在设计阶段,CAE工程师仅提供了举升门的变形量与调整建议。在实际生产中,需要制造工程师将这些建议转化为可操作的文件,即BVS。BVS是Body Vehicle Specification的缩写,是车身车间间隙与段差的过程检验标准;DTS即Dimensional Technical Specification,是总装下线车间隙与段差的最终检验标准。BVS用于过程控制,因此与DTS有一定的偏差。在车身车间,由于尚未安装气弹簧、密封胶条等总装零件,举升门尚未变形,不能以DTS作为车身车间的检测标准。因此,制造工程师根据Bestfit的分析结果,对生产工装做出最优的预调整(即预变形),并发布初版BVS作为车身车间举升门区域的检测标准,保证在总装车间装上气弹簧、密封胶条、雨刮等总装零件之后所产生的变形量等于之前的预变形量,最终满足DTS要求。
BVS属于过程控制标准,最终目标是保证整车装配满足DTS,因此BVS并不是一成不变的。在造车的过程中,制造工程师会通过统计BVS和DTS的实际测量数据,不断完善BVS,最终满足DTS要求。
5 结语
这是SGMW车型首次在开发阶段运用DFSS工具,也是SGMW车型中首次引入Bestfit概念。本案例利用DFSS工具为设计提供了最优化的工装设计方案,并利用Bestfit分析指导BVS的设计。通过此案例,SGMW开发团队掌握了举升门与周边零件的尺寸控制方法并将运用到今后的新开发车型中。
参考文献
举升工艺优化 篇4
1 技术背景与工作原理
在匀速驱动条件下, 四连杆机构的根本属性决定了游梁式抽油机地面设备负荷波动严重、杆柱受力条件差、容积泵效低和杆管间滑动磨损严重等, 变速驱动可以在很大程度上弥补和克服这些缺陷。国际上对优化变速驱动研究始于上世纪70年代[1], 经过30多年的发展, 已经取得了长足的进展[2]。SURF游梁式抽油机举升过程优化与柔性运行技术 (简称SURF优化技术) 是哈尔滨索菲电气技术有限公司与SURF ENTERPRISE INC. (CANADA) 合作的结晶, 是为适应我国油田普遍存在的高含水低产液的特殊工况专门研发的一种技术, 是一种不改变抽油机结构、通过以提升抽油机系统运行特性为中心目标的优化变速柔性驱动方式来实现全系统增效降损的综合解决方案。
SURF优化技术以实现泵效最大化的运行过程为核心目标, 通过本地微处理装置对杆管柱进行结构动态力学分析, 优化出以泵效最佳为目标、同时又满足设备运行损耗小和杆柱的强度负荷与疲劳负荷都尽可能低等制约条件的光杆运行的速度分布方案, 最后通过电动机的实时变速运行使优化方案得以实现:平均转速 (冲速) 按供采平衡原则进行自适应调整;冲程内按泵效优化需求实施过程优化变速, 并实现动液面追踪和无液击运行;依次实现井下泵效最大化、杆管柱和地面传动系统负载最小化、系统运行柔性化等综合效果。
2 应用情况
2.1 基本构成
实施SURF优化技术所需增加的设备由井口驱动控制柜 (内含本地微处理装置和电动机模糊过程驱动器) 、曲柄位置传感器及电动机角位置传感器三部分组成 (功能上分为本地微处理装置、电动机模糊过程驱动器以及角度传感器三部分) 。不涉及防盗及稳定性等问题。
2.2 适用条件
现有的任何类型的游梁式抽油机设备, 抽油机原结构和设备不做变更。电动机可以是新装常规电动机, 也可以继续采用原配的任何类型电动机:包括异步、同步、高转差、多功率、多速、异步启动同步运行等。
2.3 选井情况
试验选井6口井, 基本情况为:日产液2.0~9.6 t, 含水5%~80%;泵径包括38 mm和44 mm, 沉没度为79~174 m;抽油杆组合包括三级杆组合和两级杆组合;抽油机分为常规和双驴头, 包括8型和10型两种;电动机包括高转差多速电动机、稀土永磁电动机、三相异步电动机, 功率为15~30 kW。
2.4 试验井试验效果
2.4.1 产液量保持稳定, 泵效普遍提高
6口井在安装SURF装置后, 产液情况基本没有变化, 泵效普遍提高, 6口井整体平均提高10.5个百分点, 提高51.5% (表1) 。
2.4.2 保持一定液面, 冲速随需降低而产量不降
6口井液面平均波动为23 m, 最小液面波动为5 m, 最大液面波动达到42 m;同时, 6口井在产量保持稳定的前提下, 平均冲速降低1.85 min-1, 平均吨液少运行了540次。可见, 在没有井口或井下液面传感器条件下, SURF系统装置能够根据井下供液量大小主动调整抽汲频率, 实现工作制度的自动调整, 从而提高抽汲效率, 减少机械损耗和电能损耗, 减少了维修费用 (表2) 。
2.4.3 峰值功率和峰值电流均同时降低
使用SURF装置后, 6口井峰值电流平均降幅74.6%, 峰值功率平均降幅74.4%;6口井启机电流从零开始平稳变化, 体现了柔性启动、柔性运行的特点, 减少了电动机机械特性硬对抽油机系统的不利影响;降低了抽油机系统的机械受力与损耗, 降低了系统能耗 (表3) 。
2.4.4 抽油杆柱的应力及应力幅降低
6口井最大应力及应力幅平均降幅分别为14.41%和25.58%。可见, 通过柔性运行, 可以降低抽油杆的疲劳损伤及偏磨程度, 延长管杆寿命 (表4) 。
2.4.5 机采系统降耗
安装SURF装置后, 6口井的系统效率整体平均提高了7.38个百分点, 提高幅度74.56%;功率因数由试验前的单井最高0.82提高到试验后的0.99以上, 取得了明显的降耗效果 (表5) 。
3 经济效益分析
从试验数据看, 6口井有功功率大幅降低, 按此计算, 6口井日降耗节电452 kW·h, 按抽油机时率95%, 即单井年运行346 d、电价为0.51元/ (kW·h) 计算, 平均单井年可节约电费1.33×104元。同时, 6口井抽汲次数平均减少了38%, 减少了井下管杆泵的机械损耗, 提高了系统寿命, 延长了检修期, 减少了维修费用。按单井单次作业费用1.8×104元、材料费0.8×104元、单井检泵周期900 d计算, 年可节约成本3 800元。另外, 由于延长检修期, 也减少了由于作业而影响的产油量。按单井日产1.5 t, 作业前后影响5 d、油价每吨3 500元计算, 年可减少损失约1.0×104元。综合以上分析, 单井年可创经济效益2.7×104元 (高压供电线路、变压器等产生的连锁性节电效果, 节能配套节资除外) 。
4 结论
(1) SURF优化技术能够在保持产液量不变的前提下, 保持相对稳定的液面, 随需调整抽汲次数, 提高泵效, 降低峰值功率、峰值电流以及管杆的疲劳程度, 从而减少了整个抽油系统各部分的能耗和设备损耗。
(2) SURF优化技术性能稳定, 不涉及防盗, 年保守经济效益为2.7×104元, 经济效益较好。
(3) SURF优化技术对抽油机及电动机的组合没有任何限制, 如果采用标准常规游梁式抽油机与Y系列电动机组合, 将具有更大的节资潜力。
参考文献
[1]David R Skinner.SPEED CONTROL:美国, UDP4145161[P].1979-03-20.