基於抽油機井采油設備工作動態模型研究
科技專論
作者：陳建民 劉建輝 王建龍 張凱
【摘要】隨著社會的不斷發展與進步，社會對石油的需求量不斷加大。抽油機井工作環境特殊，影響油井生產效率的因素眾多，比如抽油泵柱塞運動規律、懸點運動規律等。本文從抽油機井采油設備工作動態角度出發，先分析了其工作環境，然後重點從三個方麵分析了抽油機井采油設備工作動態模型，並在此基礎上提出了相關的改進措施，旨在為後期的研究提供參考。
【關鍵詞】抽油機井；模型；采油設備
石油是我國工業生產的重要能源，在加快經濟發展，提高人民生活水平方麵具有重要的作用。由於抽油機井采油設備工作環境比較特殊，且受多方麵因素的影響。為此，很對人對此提出了研究，建立抽油機井采油設備工作動態模型，旨在提高抽油機井的生產效率。
一、建立抽油機井采油設備工作動態模型的重要意義
隨著工業化進程的不斷加快，石油在社會中的作用日益凸顯，其應用領域涉及多個方麵。在抽油機井采油過程中，由於其環境特殊，開采難度大，建立抽油機井采油設備工作動態模型具有重要的意義，具體體現在以下兩個方麵。
（一）提高抽油機井生產效率的需要
在抽油機井的采油過程中，受技術、經濟等多方麵的影響，抽油機井采油設備在工作的過程中，多方麵的問題沒有得到良好解決，泵閥球運動規律、流體進泵阻力等。因此，必須要加強抽油機井采油設備工作狀況方麵的研究，建立一係列的模型，從而不斷提高抽油機井生產效率。
（二）實現節能降耗目標的需要
隨著節能降耗觀念的不斷發展，節能降耗觀念深入人心。采油設備能源耗費大，更應做好節能降耗工作。因此，人們需要加強抽油機井采油設備工作狀況的研究，從節能降耗角度出發，建立抽油機井采油設備工作動態模型，實現節能降耗目標，促進社會的可持續發展。
二、關於抽油機井采油設備工作動態模型
（一）抽油機井采油設備工作動態模型研究現狀
在抽油機井工作過程中，影響油井生產效率的因素比較多，本文主要從泵閥球運動規律、抽油泵柱塞運動規律和井筒流體進出泵阻力這三個角度出發，分析目前模型研究現狀。
1、泵閥球運動規律模型
就目前情況來看，關於抽油泵閥球運動規律方麵的研究還不夠完善。在研究的過程中，雖然采用了力學與數學模型，但是都比較簡單，實際應用價值不高。比如魯延豐和葛占玉在《抽油泵泵閥運動規律研究》[1]中，將油泵泵閥的魏氏效應考慮其中，並建立了相關的數學模型，但這個模型沒有考慮液體可壓縮性對連續流的作用，而且也沒有將閥球動態特性考慮在內，缺乏實際價值。此外，國外對此也做出了相關研究，比如阿道爾夫[2]在1968年，建立一個二階非線性常微分方程，這個模型有效彌補了魯延豐和葛占玉所建立模型的不足，但是在描述泵閥球在開啟和關閉這兩個過程中的運動規律方麵，還存在一些缺陷。孟英峰等人在《往複泵泵閥運動規律》[3]一文中，建立了常微分方程，但仍然存在不足，即在升程中存在奇點問題。隨後，為了研究出泵閥球運動規律，趙勝[4]等人，在阿道爾夫研究的基礎上，對其模型進行簡化，假設閥球的直徑遠遠大於其升程，並且沒有考慮閥盤運動的慣性力，最終得到關於閥球運動規律的解析計算公式。董世明[5]在這方麵的研究中，借鑒前人的經驗，建立了泵運動規律數學模型，仿真度較高。但是，在這個模型中，沒有考慮到閥球的公轉和自轉。因此，它也存在一定程度上的誤差。
2、抽油泵柱塞運動規律模型
抽油泵柱塞運動規律對於抽油機井采油效率具有重要的影響。葛占玉[6]等人在《井下抽油泵柱塞與泵筒運動規》一文中，充分利用三元振動模型，其中考慮了三個方麵的振動，即油管柱、抽油杆柱以及井筒油柱，最終建立了數學模型，為後期研究抽油泵故障原因、井下工作機理這兩個方麵提供重要的參考。但是，這個模型沒有考慮到流體通過泵閥處的水力損失，而且將此方法用於分析非均質的井筒液體時，會產生誤差。