一种螺杆泵定子与转子轴向间隙的调整方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种螺杆泵定子与转子轴向间隙的调整方法，属于石油工业采油工程 领域。
【背景技术】
[0002] 较为成功和有潜力的稠油冷采技术包括出砂冷采、Vapex和化学法冷采等，螺杆泵 具有连续而稳定的压力"窗口"而成为稠油冷采举升设备在国内外有过许多成功的报道，陈 永红等人计算了螺杆泵井抽油杆柱伸长量后，提出的防冲距确定方法使其提升简单、准确、 卡泵率几乎为零。近年来尝试的螺杆泵配套同轴双空心抽油杆冷采特稠油取得了成功，但 因同轴双空心抽油杆直径增大，加热其受热伸长量增加，螺杆泵定子与转子轴向间隙调整 凭经验进行。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是：提供一种螺杆泵定子与转子轴向间隙的调整方法，通过单点打 靶法计算螺杆泵定子与转子轴向间隙的调整长度。
[0004] 一种螺杆泵定子与转子轴向间隙的调整方法，含有测量螺杆泵定子与转子数据的 步骤，
[0005] 数据包括：同轴双空心抽油杆下入深度、进出口温度差；
[0006] 螺杆泵定子与转子轴向间隙的长度；同轴式双空心抽油杆内热载体软化水的质 量；同轴式双空心抽油杆内热载体软化水的流动速率；同轴式双空心抽油杆内循环的循环 水的压力；油管横截面面积，同轴式双空心抽油杆本体半径；同轴式双空心抽油杆每千米 的伸长量，同轴式双空心抽油杆的弹性模量，同轴式双空心抽油杆的极惯性矩；
[0007] 还包括步骤如下：
[0008] 步骤1 :螺杆泵定子与转子轴向间隙的长度数学模型建立；
[0009] 同轴双空心抽油杆是一种具有内外相互密封的独立通道的内循环热传导加热系 统，地面热交换器将水、导热油、防冻液等热载体加热，在循环泵的驱动下，从同轴双空心 抽油杆的内通道高速流至其下端后流入外空心通道，从外管返回时散热对油管内的原油加 热，最后热载体返至地面地面热交换器再次加热；以螺杆泵定子与转子轴向间隙的长度最 优为目标，以同轴双空心抽油杆下入深度、进出口温度差为约束条件，建立螺杆泵定子与转 子轴向间隙的调整方法的计算模型；
【主权项】
1. 一种螺杆泵定子与转子轴向间隙的调整方法，其特征在于含有测量螺杆泵定子与转 子数据的步骤； 数据包括：同轴双空心抽油杆下入深度、进出口温度差；防冲距长度；同轴式双空心抽 油杆内热载体软化水的水量，同轴式双空心抽油杆内热载体软化水的流动速率；同轴式双 空心抽油杆内循环的循环水的压力，油管横截面面积，同轴式双空心抽油杆本体半径，同轴 式双空心抽油杆每千米的伸长量,双空心抽油杆的弹性模量双空心抽油杆的极惯性矩； 还包括步骤如下： 步骤1 :螺杆泵定子与转子轴向间隙的长度数学模型建立； 同轴双空心抽油杆是一种具有内外相互密封的独立通道的内循环热传导加热系统，地 面热交换器将水、导热油、防冻液等热载体加热，在循环泵的驱动下，从同轴双空心抽油杆 的内通道高速流至其下端后流入外空心通道，从外管返回时散热对油管内的原油加热，最 后热载体返至地面地面热交换器再次加热；以螺杆泵定子与转子轴向间隙的长度最优为目 标，以同轴双空心抽油杆下入深度、进出口温度差为约束条件，建立螺杆泵定子与转子轴向 间隙的调整方法的计算模型；
式中：H为螺杆泵定子与转子轴向间隙的长度，m;At为同轴双空心杆进出口温度差 (T1 - T2, T1为进口温度，T2为出口温度)，°C ;M为同轴式双空心抽油杆内热载体软化水的 质量，kg/千米^为同轴式双空心抽油杆内热载体软化水的流动速率；SKi为一级动力学 转化速率，取0. 55~0. 60 J1为油井井口回压，MPa ;P2为在同轴式双空心抽油杆内循环的 循环水的压力，MPa ;K2为亨利常数；指O2的亨利常数4. 40 X IO6 ; Σ Pi为分配系数；指一定 温度下，处于平衡状态时，水与空气在固定相中的浓度和在流动相中的浓度之比；Ac为油 管内横截面面积，mm 2 为同轴式双空心抽油杆本体半径，mm ;F为同轴式双空心抽油杆每 千米的伸长量，m/千米；E为双空心抽油杆的弹性模量，Pa ;I为双空心抽油杆的极惯性矩， m4 ; π为圆周率； 步骤2 :建立约束条件； (1) 同轴双空心杆进出口温度差已知，即：At=T1 - T2，即：设计的进出口温度值，不同 的井要求的进出口温度是不一样的； (2) 同轴式双空心抽油杆每千米的伸长量已知，即：F=0. 923m/千米； (3) 双空心抽油杆的弹性模量E已知，即：3. 2X IO5Pa; (4) 极惯性矩 I 已知，SP I. 729X 10_3m4 ; (5) Ac为油管内横截面面积已知，即：外径89mm油管内径为76mm，其内横截面面积为： 4534. 1 Bmm2 ； (6) r为同轴双空心抽油杆本体半径已知，即：22. 5mm ;M为同轴式双空心抽油杆内热载 体软化水的质量，kg/千米，即：600kg/千米； (7)油井井口回压P1，单位：MPa;油井井口回压P1的确定方法：依据中国石油天然气 集团公司主编，中国计划出版社出版，2005年8月第一版，中华人民共和国国家标准油气 集输设计规范，GB50350-2005,第10页，4. 1.3设计时，油井最高允许回压按下列规定确 定：机械采油井宜为I. 0-1. 5MPa ;低产油田的机械采油井采用管道集输时，井口回压可为 1. 0-2. 5MPa ； (S)P2为在同轴式双空心抽油杆内循环的循环水的压力，MPa ;随着下入深度的不同而 不同，现场测定取值； (9) K1为同轴式双空心抽油杆内热载体软化水的流动速率；随着同轴式双空心抽油杆 内循环的循环水的压力不同而不同，现场测定取值； 步骤3 :数学模型数值求解； 打靶法是将解归约为一个初值问题的求解边界值问题的方法；单点打靶法将隐式边界 作为一个目标函数显式化，以一个求解单变量非线性方程求得初始值的过程；在（1)式中 H=0时，Λ t=0,同轴式双空心抽油杆每千米的伸长量F已知，相当于缺少一个初始值；假设 双空心杆进出口温度差At=X为待求变量，用初始值（H， Xl，X2)对（1)式积分，得到H=F时 At的边界值XjFhx2 (F),因为F已知,所以定义残差函数为： Y(X)=Hin-H(F) (2) 当Y (X)=O时，残差函数Y (X)无法显式表现出来，对于给定的初始值（H，Xl，X2)需要 解微分方程得出Y ;为减少误差积累，采用四阶龙格库塔法吉尔格式，为保证求解过程的稳 定性和数值解的精度，取步长h < 20m，采用弦割法求非线性方程的解法求出其根；具体求 解步骤为： ⑧ 求（2)式的函数值YpY2 ; 在闭区间[Xmin，Xmax]内任意取初值Xp χ2,并满足Xmin彡Xp X2彡Xmax，步进单位取 Δ x=〇. 5 (X2-X1); ⑨ 求Y (X) =0的近似根； 若Y1Y2 < 〇,用线性插值法求出Y (X) =〇的近似根为
当x=min {max {xmin, x}, XmaJ时,进行步骤④,否则进行步骤③； ⑩ 若（Y1-Y2) Y1 < 0,则向左更新Xl、X2取 X2-X1J X1=Hiax {xmin，X1- Δ χ}; 若（Y1-Y2) Yl > 0,则向右更新Xl、X2取 X1=X2 X2=Hiin {χ2+Δχ, XmJ 求对应的函数值Yi、Y2，且返回至步骤②，直到满足：Y1Y2 < 0 ; ④ 将线性插值得到的χ代入（2)式，得到新的函数值Y3; ⑤ 若Iy3I不大于设定的计算精度，则χ为所求的根，进行步骤⑦；若Iy3I大于设定的计 算精度，进行步骤⑥； ⑥ 若（Y1-Y2) Y3 > 0,则 X1=X, Y1=Y3 ;若（Y1-Y2) Y3 < 0,则 x2=x，Y2=Y3 ;插值求新的 x，并 进行步骤④； ⑦ 将（H，Xl，X2)代入方程（1)求解，得到数学模型的唯一解； 步骤4 :得到螺杆泵定子与转子轴向间隙的调整长度； 步骤5 :调整螺杆泵定子与转子轴向间隙。
【专利摘要】一种螺杆泵定子与转子轴向间隙的调整方法，属于石油工业采油工程领域。含有测量螺杆泵定子与转子数据的步骤，以螺杆泵定子与转子轴向间隙的长度最优为目标，以同轴双空心抽油杆下入深度、进出口温度差为约束条件，建立螺杆泵定子与转子轴向间隙的调整方法的计算模型；求解数学模型数值；得到螺杆泵定子与转子轴向间隙的调整长度；调整螺杆泵定子与转子轴向间隙。本发明的有益效果：使螺杆泵定子与转子轴向间隙的提升简单、准确,完全避免了卡泵现象的发生,大大提高了螺杆泵井的一次作业成功率。
【IPC分类】F04C14-00, E21B43-00, F04C2-107
【公开号】CN104653455
【申请号】CN201310585282
【发明人】付亚荣
【申请人】中国石油天然气股份有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月19日