螺杆泵采油系统效率分析

    1 系统效率分析
    螺杆泵采油系统由电动机、螺杆泵、抽油杆柱、皮带减速箱以及井口装置等部件组成。通过电动机将地面的电能传递到井下，从而将井下流体举升到地面。整个螺杆泵采油系统的工作过程就是一个能量不断传递转化的过程，而在能量的每次传递过程中都会造成能量损失。螺杆泵采油系统举升流体所有效功率与输入功率的比值为螺杆泵采油井的系统效率[3]。即：η=P_有/P_入（1）
式中：P_入为电动机的输入功率，kW；P_有为有效功率，即在某一扬程下，将井下流体举升到地面所需要的功率，kW。
式（1）中P_入和P_有分别可以表示为：P_入=×10^-3 UIλ（2）
P_有=Hq/86400（3）
式中：U为电机的工作电压，V；I为电机的工作电流，A；λ为功率因数；H为泵的扬程，m。根据螺杆泵举升系统的结构和工作特点，按部件在系统中所处的位置，以盘根盒为界将系统分为地面效率和井下效率两部分，则有：η=P_水/P_入=P_水/P_光×P_光/P_入=η_井下×η_地面（4）
式中：P_光为光杆功率，kW。
     2 地面效率分析
    地面部分包括电动机、减速箱和皮带组成，因此地面效率可以表示为：η地面=P_光/P_入=η₁×η₂（5）
式中：η₁为电机效率，%；η₂为减速箱和皮带的效率，%。
电机效率η₁可以表示为：η=P₂/P_入=（P_入-△P₂）/P_入（6）
电机的功率损失随输出功率P2的减小而减小，输出功率可由下式（7）求得[4]：ΔP₂=P₀+β²[(1/η_H-1)P_H-P_O]（7）
式中：P0为空载时的有功损耗，kW；ηH为额定效率，%；PH为额定功率，kW；β为负载系数，β=P2 /PN。
     3 井下效率分析
      井下部分由抽油杆、螺杆泵和管柱组成，因此井下效率可以表示为：η_井下=P_水/P_光=η₃×η₄×η₅（8）
式中：η3为抽油杆效率，%；η4为螺杆泵效率，%；η5为管柱效率（油管锚锚定时），%。抽油杆柱效率η3为光杆功率与泵排出口效率的比值，即：η₃=P_出/P_光=（P_光-_摩）/P_光（9）
式中：P_出为泵排出口功率，kW；P_摩为杆液之间摩擦损失功率，kW；式（9）中杆柱与井下流体见粘滞摩擦损失功率P_摩可表示为：
P_摩=Mrlω（10）
式中：Mrl为杆管之间的摩擦扭矩，kN·m；ω为螺杆的自转角速度，rad/s。螺杆泵效率由体积效率和机械效率2部分组成，分别由式（11）、（12）所示[5]：η_V=q/Q（11）
η_m=10³QΔp/（2.88πMan）（12）
式中：ηv为体积效率，%；ηm为机械效率，%；由式（11）、（12）可得螺杆泵效率为：η₄=η_vη_m=103qΔp/（2.88πMan）（13）
式中：Ma为泵轴力矩，N·m。