气体影响抽油泵充满系数的算法B表示泵在工作过程中被液体充满的程度,定义为每冲程吸入泵内液体体积与上冲程末柱塞让出体积之比,一般用式(1)计算。式(1)是传统充满系数的计算公式,它仅考虑了气液比和余隙系数对充满系数的影响。但Ri是指泵吸入压力、温度条件下得到的气液比,而Vg并不是随Vl进入泵内的气体体积,也不是随(Vl+Vs)体积的液体进入泵内的所有气体体积,因为随Vs进入泵筒内的气体有一部分已于上一冲程或以前的抽汲冲程被采出地面。对于没有余隙和气液比较小的情况,该计算式近似正确,对余隙和气液比较大的情况,由于余隙中游离出的气体已被采出,故误差较大。
公式推导在综合考虑余隙系数、气液比、气体溶解度、气体分离系数的基础上,笔者提出了充满系数的计算公式。如所示,当柱塞运行到下死点时,假设随余隙液体进入泵内的游离气体有一部分已经采出,根据充满系数的定义有B=VlVp=Vp-Vsg-VgVp(2)式中Vsg)上冲程中固定阀开启前余隙中气体体积,m3;pi)泵吸入压力,MPa;Ci)吸入条件下气体溶解度,m3/m3;po)排出压力,MPa;Co)排出状态下气体溶解度,m3/m3.)61)气体影响泵效示意图Vsg为在柱塞处于上死点时,由于泵内条件变化,从余隙液体中游离出来的气体和原有游离气体体积之和。
Vsg=Vs(Co-Ci)=Vs$C+VsRi(1-K)(3)式中$C)溶解度差值;K)泵内分离系数。
柱塞在上冲程末时有Ri=VgVl(4)将式(2)前部分和式(4)相乘得BRi=VgVp即Vg=VpBRi(5)将式(5)代入式(2)后部得B=Vp-Vsg-VpBRiVp即B=Vp-VsgVp+VpRi(6)将式(3)代入式(6)并除以Vp得计算公式B=1-K<(1-K)Ri+$C>1+Ri(7)其中K=VsVp$C=Api-po=A$p式中A)气体溶解系数。
KI(0,1)为新引入的参数,它表示随余隙内的液体一起进泵的气体被采出的程度,反映气体在泵筒内分离程度。K越大,表明每冲程残留在余隙内的气泡越少。K=1表示随余隙内液体进入泵内的气体完全残留在余隙内,K=0表示余隙内只有溶解气。
如何确定K成为新公式的一个关键。显然气液比越大K越大;冲次越小,气体在泵内分离越好,K越大;余隙内油粘度越小,K越大;含水越大,气液越容易分离,则K越大。在实际应用中,可以通过实验建立K与气液比、冲次、原油粘度关系图表,然后可查表得到K.但目前还没有这样的图表。因此这里只给出粗略确定K的试凑法,就是采用不同的K来计算充满系数,然后再计算泵效,如果和实际泵效相符,则可用它来计算该井或该区块的充满系数,好采用泵正常工作的油井计算,并且多计算几口井。
结果分析虽然目前K没有完善的图表可查,但是分析公式依然可以得到如下关系与结论。
(1)当气液比较小时,由于新公式考虑了溶解气的影响,用其计算的充满系数比传统公式的小。但随着气液比的增大,部分游离气已被采出,新公式计算的充满系数会大于传统公式计算的充满系数。是K=012,K=015,$C=1时充满系数随气液比变化关系对比图。是K=012,$C=1,而K随气液比增大时充满系数随气液比变化关系对比图。可见气液比越大,新公式与传统公式的差别越大。
充满系数随气液比的变化规律充满系数随气液比的变化规律(2)是Ri=1,K=015,$C=015时充满系数随分离系数变化关系图,可见分离系数越大充满系数越大,这种变化会随气液比的增大而增大。
充满系数随分离系数的变化规律(3)是Ri=1,K=015,K=012时充满系数与溶解度差值的关系图。由可知,溶解度差值越大,充满系数越小。是Ri=1,K=015,$C=015充满系数与余隙系数变化关系曲线。
充满系数随溶解度差值的变化规律充满系数随余隙系数变化规律新的充满系数计算公式充分考虑了泵内游离气体的分离和溶解,比传统计算公式更。这说明充满系数不但与余隙系数、气液比有关,而且与泵吸入、排出状态下气体溶解度差值及泵内气体分离系数有关。因此,通过减小余隙系数、进行井下油气分离、增加沉没度等方法可以增加充满系数,降低泵吸入排出压差和油气粘度及减少冲次也可减小气体对充满系数的影响。同时,在其他条件相同的条件下,含水越大,则K越大,$C越小,气体影响也越小。