射流泵软件

摘要：由于射流泵的特性受压力梯度、温度、气液比、动力液工作压力和极限排量等变量的影响，射流泵的特性方程比较复杂，现场仅能进行粗略的选泵工作，射流泵的优化设计必须使用计算机来完成。针对射流泵采油工艺的特点，在进行水动力学分析和理论研究的基础上，开发了射流泵井生产系统优化设计软件。关键词：射流泵抽油系统优化设计软件研发１前言射流泵是通过流体压能与动能之间的转换传递能量，而不像其它类型的泵那样，必须有机械能量与流体能量的转换。因此，射流泵没有运动部件，结构紧凑，泵排量范围大，对定向井、水平井和海上丛式井的举升有良好的适应性。由于可利用动力液的热力及化学特性，水力射流泵可用于高凝油、稠油、高含蜡油井。射流泵可以自由安装，因而检泵及泵下测量工作都比较方便。尽管水力射流泵具有以上优点，但由于高压动力液通过喷嘴时的水力阻力损失和高速流动的动力液与低速流动的油层产出液产生的高湍流混合损失，射流泵的效率远低于容积式泵的效率，一般泵的最高效率为３０％左右，并且需要建设地面动力液系统，因而，在正常条件下其使用仍受到一定的限制［１］。射流泵井应用数量少，积累的经验不够，在实施射流泵抽油和排液作业施工之前、之中和油井生产过程中，应该对射流泵井的工况参数进行测量、计算、分析和设计，并从中总结经验，解决生产过程中的问题。为此，中国石油大学（北京）、北京雅丹石油技术开发公司设计开发了射流泵井生产系统优化设计软件。２软件原理及特点射流泵井生产系统优化设计软件是以油井生产系统为对象，以油井供液能力为依据，以整个系统的协调为基础，采用系统节点分析的方法，在充分研究油层、井筒、排出系统工作规律、相互作用和其对油井生产动态影响的基础上进行各部分的计算［２］。该软件可满足射流泵井生产系统的工况分析和抽汲参数优化设计的需要。（１）软件重视生产参数之间的联系。在作业施工前，能利用该软件设计油井抽汲参数；在生产中，能根据生产数据，分析射流泵井的工况，为油井调参提供依据。（２）该软件的主要理论采用了Ｋ．Ｅ．布郎所著《升举法采油工艺》中较为成熟的数学模型与计算方法，理论上具有较好的可靠性和普遍性。（３）合理修正了著名的ＰＷＳ油井喷射泵选型模型，使软件完全与国产ＳＰＢ系列喷射泵配套。（４）设计中采用了系统节点分析的方法，能够完成产液井产能分析预测、多相垂直管流计算、射流泵特性曲线的绘制、喷射泵系统优化设计等。（５）按照正反循环进行优化设计。３软件设计思路与流程３．１设计思路（１）数据资料准备；（２）根据油层的流入动态，即ＩＰＲ曲线，确定设计产液量Ｑ３下的井底流压，并设计出下泵深度（根据动液面深度）；（３）从井底向上计算井筒压力分布，由下泵深度确定泵的吸入口压力；（４）确定井筒温度场的计算；（５）确定井筒压力系统的计算。假设动力液排量Ｑ１，计算泵的入口压力和出口压力；（６）计算举升率（压头比）Ｈ；中国石油和化工61石油工程技术PetroleumEngineeringTechnology（７）结合Ｈ和泵特性曲线（多条曲线组合选择最高的泵效）确定射流泵的喷射率（流量比）Ｍ、面积比Ｒ和泵效；（８）Ｑ１′＝Ｑ３／Ｍ，比较Ｑ１与Ｑ１′，若其差值在一个足够小的范围，此时得到的Ｈ和Ｍ就是泵的实际工作点，否则从第（５）步开始重复迭代，直至满足要求为止；（９）确定出泵效；（１０）确定动力液排量，混合液排量；（１１）计算喷嘴的直径和喉管直径；（１２）选择标准喷嘴、喉管；（１３）校验Ｍ与射流泵到达气蚀压力点时Ｍ的极限值ＭＣ的关系，当Ｍ小于ＭＣ时，不会产生气蚀；（１４）如果选择不合适，重复（２）～（１３）步骤，直到符合要求。３．２流程图射流泵井生产系统优化设计软件流程图如图１所示。图２多种计算方法结合图３ＩＰＲ曲线法；软件还提供了四种多相流计算方法，分别是Ｏｒｋｉｓｚｅｗｅｓｋｉ法、Ｈａｇｅｄｏｒｎ－Ｂｒｏｗｎ法、Ｂｅｇｇｓ－Ｂｒｉｌｌ法、ＡＺＩＺ法，软件中，动力液、井内流体、混合液在油管、油套环空中流动的压力分布，采用多相管流计算方法，计算时对流体密度及体积流量分段进行了压缩性和热膨胀修正；软件提供了两种生产方式的选择，分别是油管注套管采、套管注油管采。用户可以根据需要做出选择，如图２所示。根据产能分析方法的设置得到的ＩＰＲ曲线如图３所示。４．２射流泵特性曲线绘制根据射流泵水力特性曲线方程绘制通用射流泵特性曲线，也可以根据厂家给定参数生成特性曲线模板，如图图１射流泵井生产系统优化设计软件流程图４所示。高压头泵举升能力高，适用于中深井举升；低压头泵适用于浅井生产。最常用的面积比值范围在０．３２５～０．４之间，大于０．４的面积比值很少用到，只有在开采深井中使用，因为大面积比值的泵常常需要很高的地面工作压力。小于０．３２５的面积比用于浅井，为防止气蚀需要在较大的环空过流面积时使用。４软件功能模块４．１油井产能预测软件提供了三种产能分析方法，分别是油、气、水三相流动时的Ｖｏｇｅｌ方法、采液指数（ＰＩ）法、Ｐｅｔｒｏｂｒａｓ本栏目合办单位：中国石油大学（北京）北京雅丹石油技术开发有限公司图６射流泵抽油设计输入数据图４射流泵特性曲线图５射流泵温度场计算图７射流泵设计结果４．３优化设计模块４．３．１温度场计算选择工艺流程，油管、套管管壁材料，动力液比热，输入油套环空介质传热系数，并考虑对流传热乘数，计算得到射流泵的温度场，如图５所示。４．３．２射流泵抽油参数设计输入射流泵设计数据，如图６所示。完成油井工况参数的输入后，软件按照正反循环设计动力液压力系统和确定的油井工况参数，计算得到产油量、产液量、动力液排量、混合液排量、泵吸入口压力等参数，完成射流泵的设计，如图７所示。５结论（１）射流泵井生产系统优化设计软件既可用于工程方案的编制，又可用于生产工况的诊断和参数的调整。（２）选择符合功率要求的地面泵，确定合理的下泵深度和排液量。（３）该软件考虑了排液量和防止发生气蚀的要求，对泵型进行优化设计，优选射流泵泵型和确定合理的喷嘴和喉管直径。（４）灵活直观的数据库建立、修改、查询功能，良好的用户界面和规范的设计结果打印格式。参考文献：［１］张琪．采油工程原理与设计［Ｍ］．中国石油大学出版社，２０００：２０７－２１２．［２］马守玉．“喷射泵采油系统优化设计研究与应用”［Ｊ］．西南石油学院硕士学位论文，２００４：５３．作者简介：赵志夏，２００８年毕业于中国石油大学石油工程专业，现于中国石油大学（北京）石油天然气工程中国石油和化工