一種螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的調(diào)整方法，屬于石油工業(yè)采油工程 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 較為成功和有潛力的稠油冷采技術(shù)包括出砂冷采、Vapex和化學(xué)法冷采等，螺桿泵 具有連續(xù)而穩(wěn)定的壓力"窗口"而成為稠油冷采舉升設(shè)備在國內(nèi)外有過許多成功的報道，陳 永紅等人計算了螺桿泵井抽油桿柱伸長量后，提出的防沖距確定方法使其提升簡單、準確、 卡泵率幾乎為零。近年來嘗試的螺桿泵配套同軸雙空心抽油桿冷采特稠油取得了成功，但 因同軸雙空心抽油桿直徑增大，加熱其受熱伸長量增加，螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙調(diào)整 憑經(jīng)驗進行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是：提供一種螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的調(diào)整方法，通過單點打 靶法計算螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的調(diào)整長度。
[0004] 一種螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的調(diào)整方法，含有測量螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)的 步驟，
[0005] 數(shù)據(jù)包括：同軸雙空心抽油桿下入深度、進出口溫度差；
[0006] 螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的長度；同軸式雙空心抽油桿內(nèi)熱載體軟化水的質(zhì) 量；同軸式雙空心抽油桿內(nèi)熱載體軟化水的流動速率；同軸式雙空心抽油桿內(nèi)循環(huán)的循環(huán) 水的壓力；油管橫截面面積，同軸式雙空心抽油桿本體半徑；同軸式雙空心抽油桿每千米 的伸長量，同軸式雙空心抽油桿的彈性模量，同軸式雙空心抽油桿的極慣性矩；
[0007] 還包括步驟如下：
[0008] 步驟1 :螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的長度數(shù)學(xué)模型建立；
[0009] 同軸雙空心抽油桿是一種具有內(nèi)外相互密封的獨立通道的內(nèi)循環(huán)熱傳導(dǎo)加熱系 統(tǒng)，地面熱交換器將水、導(dǎo)熱油、防凍液等熱載體加熱，在循環(huán)泵的驅(qū)動下，從同軸雙空心 抽油桿的內(nèi)通道高速流至其下端后流入外空心通道，從外管返回時散熱對油管內(nèi)的原油加 熱，最后熱載體返至地面地面熱交換器再次加熱；以螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的長度最 優(yōu)為目標，以同軸雙空心抽油桿下入深度、進出口溫度差為約束條件，建立螺桿泵定子與轉(zhuǎn) 子軸向間隙的調(diào)整方法的計算模型；
【主權(quán)項】
1. 一種螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的調(diào)整方法，其特征在于含有測量螺桿泵定子與轉(zhuǎn) 子數(shù)據(jù)的步驟； 數(shù)據(jù)包括：同軸雙空心抽油桿下入深度、進出口溫度差；防沖距長度；同軸式雙空心抽 油桿內(nèi)熱載體軟化水的水量，同軸式雙空心抽油桿內(nèi)熱載體軟化水的流動速率；同軸式雙 空心抽油桿內(nèi)循環(huán)的循環(huán)水的壓力，油管橫截面面積，同軸式雙空心抽油桿本體半徑，同軸 式雙空心抽油桿每千米的伸長量,雙空心抽油桿的彈性模量雙空心抽油桿的極慣性矩； 還包括步驟如下： 步驟1 :螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的長度數(shù)學(xué)模型建立； 同軸雙空心抽油桿是一種具有內(nèi)外相互密封的獨立通道的內(nèi)循環(huán)熱傳導(dǎo)加熱系統(tǒng)，地 面熱交換器將水、導(dǎo)熱油、防凍液等熱載體加熱，在循環(huán)泵的驅(qū)動下，從同軸雙空心抽油桿 的內(nèi)通道高速流至其下端后流入外空心通道，從外管返回時散熱對油管內(nèi)的原油加熱，最 后熱載體返至地面地面熱交換器再次加熱；以螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的長度最優(yōu)為目 標，以同軸雙空心抽油桿下入深度、進出口溫度差為約束條件，建立螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向 間隙的調(diào)整方法的計算模型；
式中：H為螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的長度，m;At為同軸雙空心桿進出口溫度差 (T1 - T2, T1為進口溫度，T2為出口溫度)，°C ;M為同軸式雙空心抽油桿內(nèi)熱載體軟化水的 質(zhì)量，kg/千米^為同軸式雙空心抽油桿內(nèi)熱載體軟化水的流動速率；SKi為一級動力學(xué) 轉(zhuǎn)化速率，取0. 55~0. 60 J1為油井井口回壓，MPa ;P2為在同軸式雙空心抽油桿內(nèi)循環(huán)的 循環(huán)水的壓力，MPa ;K2為亨利常數(shù)；指O2的亨利常數(shù)4. 40 X IO6 ; Σ Pi為分配系數(shù)；指一定 溫度下，處于平衡狀態(tài)時，水與空氣在固定相中的濃度和在流動相中的濃度之比；Ac為油 管內(nèi)橫截面面積，mm 2 為同軸式雙空心抽油桿本體半徑，mm ;F為同軸式雙空心抽油桿每 千米的伸長量，m/千米；E為雙空心抽油桿的彈性模量，Pa ;I為雙空心抽油桿的極慣性矩， m4 ; π為圓周率； 步驟2 :建立約束條件； (1) 同軸雙空心桿進出口溫度差已知，即：At=T1 - T2，即：設(shè)計的進出口溫度值，不同 的井要求的進出口溫度是不一樣的； (2) 同軸式雙空心抽油桿每千米的伸長量已知，即：F=0. 923m/千米； (3) 雙空心抽油桿的彈性模量E已知，即：3. 2X IO5Pa; (4) 極慣性矩 I 已知，SP I. 729X 10_3m4 ; (5) Ac為油管內(nèi)橫截面面積已知，即：外徑89mm油管內(nèi)徑為76mm，其內(nèi)橫截面面積為： 4534. 1 Bmm2 ； (6) r為同軸雙空心抽油桿本體半徑已知，即：22. 5mm ;M為同軸式雙空心抽油桿內(nèi)熱載 體軟化水的質(zhì)量，kg/千米，即：600kg/千米； (7)油井井口回壓P1，單位：MPa;油井井口回壓P1的確定方法：依據(jù)中國石油天然氣 集團公司主編，中國計劃出版社出版，2005年8月第一版，中華人民共和國國家標準油氣 集輸設(shè)計規(guī)范，GB50350-2005,第10頁，4. 1.3設(shè)計時，油井最高允許回壓按下列規(guī)定確 定：機械采油井宜為I. 0-1. 5MPa ;低產(chǎn)油田的機械采油井采用管道集輸時，井口回壓可為 1. 0-2. 5MPa ； (S)P2為在同軸式雙空心抽油桿內(nèi)循環(huán)的循環(huán)水的壓力，MPa ;隨著下入深度的不同而 不同，現(xiàn)場測定取值； (9) K1為同軸式雙空心抽油桿內(nèi)熱載體軟化水的流動速率；隨著同軸式雙空心抽油桿 內(nèi)循環(huán)的循環(huán)水的壓力不同而不同，現(xiàn)場測定取值； 步驟3 :數(shù)學(xué)模型數(shù)值求解； 打靶法是將解歸約為一個初值問題的求解邊界值問題的方法；單點打靶法將隱式邊界 作為一個目標函數(shù)顯式化，以一個求解單變量非線性方程求得初始值的過程；在（1)式中 H=0時，Λ t=0,同軸式雙空心抽油桿每千米的伸長量F已知，相當(dāng)于缺少一個初始值；假設(shè) 雙空心桿進出口溫度差A(yù)t=X為待求變量，用初始值（H， Xl，X2)對（1)式積分，得到H=F時 At的邊界值XjFhx2 (F),因為F已知,所以定義殘差函數(shù)為： Y(X)=Hin-H(F) (2) 當(dāng)Y (X)=O時，殘差函數(shù)Y (X)無法顯式表現(xiàn)出來，對于給定的初始值（H，Xl，X2)需要 解微分方程得出Y ;為減少誤差積累，采用四階龍格庫塔法吉爾格式，為保證求解過程的穩(wěn) 定性和數(shù)值解的精度，取步長h < 20m，采用弦割法求非線性方程的解法求出其根；具體求 解步驟為： ⑧ 求（2)式的函數(shù)值YpY2 ; 在閉區(qū)間[Xmin，Xmax]內(nèi)任意取初值Xp χ2,并滿足Xmin彡Xp X2彡Xmax，步進單位取 Δ x=〇. 5 (X2-X1); ⑨ 求Y (X) =0的近似根； 若Y1Y2 < 〇,用線性插值法求出Y (X) =〇的近似根為
當(dāng)x=min {max {xmin, x}, XmaJ時,進行步驟④,否則進行步驟③； ⑩ 若（Y1-Y2) Y1 < 0,則向左更新Xl、X2取 X2-X1J X1=Hiax {xmin，X1- Δ χ}; 若（Y1-Y2) Yl > 0,則向右更新Xl、X2取 X1=X2 X2=Hiin {χ2+Δχ, XmJ 求對應(yīng)的函數(shù)值Yi、Y2，且返回至步驟②，直到滿足：Y1Y2 < 0 ; ④ 將線性插值得到的χ代入（2)式，得到新的函數(shù)值Y3; ⑤ 若Iy3I不大于設(shè)定的計算精度，則χ為所求的根，進行步驟⑦；若Iy3I大于設(shè)定的計 算精度，進行步驟⑥； ⑥ 若（Y1-Y2) Y3 > 0,則 X1=X, Y1=Y3 ;若（Y1-Y2) Y3 < 0,則 x2=x，Y2=Y3 ;插值求新的 x，并 進行步驟④； ⑦ 將（H，Xl，X2)代入方程（1)求解，得到數(shù)學(xué)模型的唯一解； 步驟4 :得到螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的調(diào)整長度； 步驟5 :調(diào)整螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙。
【專利摘要】一種螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的調(diào)整方法，屬于石油工業(yè)采油工程領(lǐng)域。含有測量螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)的步驟，以螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的長度最優(yōu)為目標，以同軸雙空心抽油桿下入深度、進出口溫度差為約束條件，建立螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的調(diào)整方法的計算模型；求解數(shù)學(xué)模型數(shù)值；得到螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的調(diào)整長度；調(diào)整螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙。本發(fā)明的有益效果：使螺桿泵定子與轉(zhuǎn)子軸向間隙的提升簡單、準確,完全避免了卡泵現(xiàn)象的發(fā)生,大大提高了螺桿泵井的一次作業(yè)成功率。
【IPC分類】F04C14-00, E21B43-00, F04C2-107
【公開號】CN104653455
【申請?zhí)枴緾N201310585282
【發(fā)明人】付亞榮
【申請人】中國石油天然氣股份有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2013年11月19日