PCM莫依诺泵的基础知识01

第1页共9页第一部分PCM莫依诺泵的基础知识一、静液面和动液面（一）静液面：井在不生产时，由套管和油管组成的环空中的液位不停地上升，直到液位产生的的压力加上套压等于射孔段的岩层压力时液面上升才停止（假设井中没有封隔器）。用来平衡岩层压力和套压的液位称静液位。静液位在射孔位置产生的压力称为井底静压（SBHP）。在自喷井中，静液位高于地面位置。（二）动液面：井在生产时，在油管中液位上升，在环空中液位下降；环空中液位的下降也使井底压力（BHP）降低，它有利于岩层中的流体进入井中。对于每一个稳定的产量，在环空中对应一个相应的稳定的液位。液柱产生的压力加上套压等于BHP。这时，在稳定产量和环空管和空气连通时，液位产生的压力的压力和井底压力是相互平衡的，这时的液位被定义为动液面。这时，从岩层中流入井中的液体和泵抽出的液体是一样多的。这时的井底压力被称为流动压力（DBHP）。（三）动液面的位置和产量的关系很密切。例如通过提高泵的转速来提高产量时，动液面就要降低；反之，如果产量降低时，动液面就要上升。液面在动液面和静液面之间的变化量称为“回落量”。对于一口特定的井，它的回落量决定于两个参数：泵的排量和生产指数。（四）泵入口和动液面之间的垂直距离称为泵的沉没度。（五）环空管中液面以上的气体对静液面也有一定的影响。但在上述讨论中因为它的值小而被忽略，它的值的精度也是有限的。然而，在计算静液面和动液面时，必须要考虑套压的影响。如果在井口管路布置合理的话，套压和井口输油管的压力是相等的。二、运行为了充分利用气体提升液体，自喷井的套管通常是关闭的，环空中也充满了气体。封隔器用来将气体送到油管，但这钟配置并不一定是必不可少的。在不用环空气体驱动的人工举升油井中，套管通常和地面输油管相通并且保持敞开。这样可能会降低井底流动压力和增加产量。为了阻止抽出的油返回环空，必须在套管和地面输油管之间安装一检查阀，并且要经常检查。因为气体在油管中已被分离并进入环空，因而人工举升的油井中可以不安装封隔器，最好的分离方法是把油管/泵的吸入口安装在射孔段之下。如果油管/泵入口在射孔段之上，就需要安装一气体分离器来优化油井产量。PCP泵没有压缩冲程，因而它不象传统上使用的杆式泵哪样会发生“气锁”。另外，泵中的气体还会降低泵的有效排量，产生无用功。人工举升的油井在稳定后的任何产量下，环空中的介质是由气体柱和油柱组成的，但环空中不含水柱。当环空中的气流穿过液柱时，会在液柱表面产生泡沫。使用音速流速测量仪可以探测到这段泡沫柱的深度。三、生产指数生产指数P.I表示一口井在一定的井底压力差下的产量。一口井单位产量所需要的第2页共9页井底压力差越小，它的生产指数PI就越大。它用一口井每天每压力单位的产量来衡量。在米制单位中，可以用下式（1）或（2）来表示：(1)P.I.(m3/d/bar)=DBHP(bar)SBHP(bar)/d)Q(m3(2)P.I.(m3/d/bar)=)]()([)/(*103mSLmDLdmQ式中：DL————动液面深度（米）SL————静液面深度（米）Q————流量（立方米/日）ρ————介质密度（千克/立方米）四、气油比(GOR)/气液比(GLR)气油比是在1个大气压和15℃的条件下，在地面上测量出的油井所产生的气体和液体的比值，计量单位m3/m3。气液比是用百分比表示的，在泵的入口处计量的气体体积占液体体积的百分比。例如：15%的液气比表示泵入口处的100体积的液体中，包含了15体积的气体。这个比值决定于下面参数：1．油的泡压；2．油井的静压；3．含水量。用来计算液气比的泡压不应是用PVT分析得来的静泡压,它是不可靠的。因为液体在进入油井的液体和静止条件下的油层中折液体的体积的比例是相同的。通常情况下，PVT分析在最初的油井条件下做的，而不是由生产工程师做的。五．定子橡胶的选择原则（一）螺杆泵用橡胶的种类橡胶是一种高分子化合物，为了满足螺杆泵的性能要求，需在橡胶中加入大量的添加剂，以提高橡胶的硬度、强度、弹性、抗老化等性能。除使用要求的性能外，还能考虑橡胶的加工性能，如硫化温度、门尼粘度、粘接性能、与粘接的配伍性能等。它的物理性能主要指：邵氏硬度、抗拉强度、扯断强度、伸长率、永久变形率、体积溶胀率、溶胀性等。目前矿场应用的螺杆泵橡胶定子由丁腈橡胶作原料。丁腈橡胶有三种配方，它的共聚物都是丙烯腈和丁二烯。随着橡胶中丙烯腈含量的增加，耐油溶、耐磨、耐高温性都有明显的改进；抗拉强度、硬度都有明显的增加；而它的弹性、渗透性降低。设计一个橡胶配方时，首先要考虑丙烯腈的含量。从丙烯腈的含量上，分三种情况，即中高丙烯腈含量、过高丙烯腈含量、氯化高饱和丁腈（HSN）—非常高的丙烯腈。高饱和丁腈橡胶配方在一般情况下不用，由于它的价格昂贵，只有在特殊情况才使用。1.中高丙烯腈（ACN）丁腈橡胶具有较好手耐油性。可用于原油比重大于0.887的条件下，还可用于高含水或者第3页共9页100%含水的情况下，它具有较好的耐磨性和较好机械性能，适应温度93.3ºC，在三种配方中，它是唯一适应含CO2流体配方。2.过高丙烯腈（ACN）丁腈橡胶具有非常好的耐油性，ACN含量越高，耐油性越好，这种橡胶可用在原油比重0.887～0.835的情况下。这种产品某地区应用之前，应首先收集该地区的原油样本，进行一下耐芳香烃溶胀实验。它有机械性能，耐磨性都是好的。3.高饱和（HSN）丁腈它具有非常高的丙烯腈含量，高饱和丁腈橡胶（HSN）和过高丁腈（ACN）橡胶相比，耐芳香烃的溶胀性变差，但耐磨和机械性能都好于ACN，它的耐磨性能最好，适应温度135ºC，这种橡胶耐H2S最好。HNBR氢化高饱和丁腈橡胶，FKM氟化聚脂橡胶。（二）定子橡胶在不同环境下的变化规律1.温度橡胶硬度是螺杆泵定子橡胶的一个重要特性。它直接影响螺杆泵的单级承压能力。硬度越大，单级承压能力越大。橡胶的硬度也影响到定子橡胶的耐磨性等。而橡胶的硬度受温度的影响较大，温度特别低时，橡胶易脆裂。温度适是时，随着温度升高，橡胶的硬度变软；温度继续升高，橡胶还会软化，变为流体，甚至会燃烧。橡胶还会随着温度升高，硬度变低，耐磨性变差，使用寿命随着温度的升高而减少。据经验统计，井底温度每提高10ºC，橡胶的使用寿命就会降低一半。2.液体性质1).橡胶在原油中的变化规律橡胶和原油都是高分子化合物，多数橡胶在原油中溶胀。为解决这一矛盾，抽油、输油用的螺杆泵定子橡胶多用丁腈橡胶，还加一些添加剂，阻止或减缓橡胶的溶胀。有时阻溶剂加过量，橡胶也会收缩（出现收缩一般解释为溶剂抽替橡胶中的添加剂，全部抽替完后，体积将不再缩小，反而会略有增加）。橡胶在原油中不仅会溶胀，还会收缩，这主要取决于橡胶的溶胀。原油重度越小，所含轻质油的成份越多，对橡胶的溶胀性越大。重度越大，所含轻质油成份越少，对橡胶的溶胀越小。2).水螺杆泵定子橡胶在水中呈正溶胀，溶胀的大小与橡胶的性质有关。3).橡胶在水、油中的变化规律橡胶在油中或水中，都出现溶胀，有正有负，先浸在一种介质中，再浸入另一种介质中，先遵循第一种介质的溶胀规律，后放在另一种介质中，则遵循另一种介质的规律。3.橡胶溶胀的物理性能的变化一种好的橡胶配方，在浸泡溶胀后，物理性能基本不变。橡胶在油种浸泡后，硬度不变；在水中浸泡后，硬度变小。油水浸泡后，表现为最终浸泡液的硬度，而与浸泡顺序无关。4.突然降压性在井中，定子橡胶处于高压之下，这时油气中低分子量的烃类、二氧化碳、硫化氢等气体极易溶入橡胶。由于某种原因把泵提出井筒，这种突然降压使溶入橡胶中的气体有逸出的趋势，引起橡胶的急剧膨胀，甚至起泡分层而使定子破坏。HNBR高饱和丁腈橡胶是一种能耐150ºC长期高温、有良好耐油性、耐H2S、耐磨、有着较高物理机械性能的一种新型橡胶。第4页共9页5．气浸所有橡胶都有渗气性。螺杆泵在井里时，在泵吸入口有游离气和溶解气存在，气体的渗透能力好于油和水，慢慢渗入橡胶中，气体在压力变化时，体积变化较大。根据气体状态方程，当橡胶内充满天然气、环境压力变小时，橡胶内的气体膨胀，产生的内压大于外压，在内、外压差作用下，气体外渗。假如橡胶的渗透性不好，内部压力在短时间内释放不了，橡胶内部就会产生鼓泡，鼓泡本身就是橡胶内部脱层和破坏。（三）、关于蜡、胶质和沥青原油主要是由各种碳氢化合物组成的多组分混合物溶液。各种组分的碳氢化合物的相态随着油井压力、油井温度的变化而变化。流体中的固体物质主要由碳原子数16到64的烷烃（即C16H32～C64H130）即石蜡。纯石蜡为白色，比重介于0.88～0.905，熔点在49ºC～60ºC之间。一般在油层条件下，石蜡处于溶状态。石蜡在油中的溶解度随着温度降低而降低，同时，油质越轻，对蜡的溶解力越强。对于溶有一定量蜡的溶液，温度低于析蜡温度时，石蜡便以结晶析出。一般油井的蜡为石蜡、胶质、沥青和油质的褐黑色固体或半固体混合物，有时其中还有泥沙和水等杂质。通过对油井结蜡现象的观察和对结蜡过程的研究，影响结蜡的因素有：原油的组成（包括蜡、胶、沥青的含量）；油井的开采条件—温度、压力、油气比和产量；原油中的杂质（泥、砂和水等）；管壁的光滑程度和表面性质。原油的组成是影响结蜡的内在因素，而温度和压力等是外部条件。胶质是表面活性物质，它可吸附于石蜡结晶表面，阻止结晶的发展。而沥青是胶质的进一步聚合物，它不溶于油而以极小的颗粒分散于油中。（四）、原油中各种组分对定子橡胶的影响芳香族溶剂：使定子橡胶变软和膨胀，降低定子的强度。H2S：可使定子的渐进式表面变硬、收缩和发生裂纹，这主要原因是由于硫元素能引起腈键的交换。CO2：可以穿透橡胶，引起橡胶的软化和膨胀，使定子发生“突发性降压”。沙子：可引起定子橡胶的急剧磨损。几乎所有的腈类定子在水中都会膨胀，它取决于盐和水的含量。然而，在油水混合物中（即使油的含量非常少），橡胶也是可以在水中膨胀的。选井条件1.满足不小于100米的的正常工作沉没度。2.产出液含砂量不应超过其体积比的10%，最大粒径不大于0.1倍转子偏心距。3.套管内径必须大于井下工具最大外径4mm。4.泵挂深度处温度应低于定子橡胶额定耐温指标10ºC以上。5.产出液的H2S、CO2气体含量不大于？？%、？？%。6.产出液粘度应小于13000CP（50ºC）。7.满足产品说明书所要求的其它特定条件。六、螺杆泵的主要性能参数计算（一）、理论排量第5页共9页1．转排量：q=4e*2R*T=8eRT=4eDT（二）、泵的水力功率及轴功率1．水力功率：NH=102*86400QHγ—液体密度kg/m3H—压头mQ—流量m3/dNH—泵的水力功率KW2．轴功率NA=102*86400HQNHη—泵的效率NA—轴功率（三）、转子轴向力Fa=4eDΔPΔP—进出口压差(四)、螺杆泵扭矩M=P2eDT—圆周率第6页共9页第二部分原油的组成及性质一、原油的组成及性质天然原油主要由炭和氢两种元素组成的，依产地不同。可能含有少量的硫化物、氧化物和氮化物，以及很少量无机盐类夹杂物。根据一些原油的分析结果，一般元素的组成是：C%H%C/HS%N%O%84～8712～146.1～7.20.1～5.50.01～2.20.2～1.4大多数原油是由相对分子量（以下简称分子量）为16的甲烷等气体和分子量由几十到几百的液体，以及分子量达1000以上的固体烃及衍生物所组成的混合物。原油一般都是黑褐色的液体，密度在零点几到一之间，其中含有几百种甚至几千种化合物的混合物（美国石油研究所曾检出了含有1346种化合物的烃类混合物），分子量的范围是十几到几千。其主要组成化合物分为烷烃（分子式的通式为CnH2n+2）、环烷烃（分子式的通式为CnH2n、CnH2n-2、CnH2n-4、CnH2n-1）、芳香烃（分子式的通式CnH2n-6、CnH2n-12）和一些非烃类化合物，非烃类化合物有含硫、氧、氮的化合物；少量金属的硫化物、氧化物、氮化物和少量度的金属有机化合物；少量的硫、氧、氮和金属等组成的复合有机化合物；一些人造石油和个别的天然原油中也含有一些烯烃