地面驅動(dòng)螺桿泵采油是20世紀80年代發(fā)展起來(lái)的一種機械采油技術(shù)。3G螺桿泵兼有離心泵液流平穩和容積泵的特點(diǎn)，其采油工藝具有一次性投資小、能耗低、地面設備簡(jiǎn)單、運行平穩等特點(diǎn)?；谶@些優(yōu)勢和特點(diǎn)，地面驅動(dòng)螺桿泵采油工藝在油田廣泛的應用。由于地面驅動(dòng)螺桿泵采油現場(chǎng)應用時(shí)間較短，經(jīng)常出現因螺桿泵泵型的選擇及其他工作參數不匹配等問(wèn)題，致使設備和油井生產(chǎn)能力得不到充分發(fā)揮，造成資源的浪費。筆者為了解決這些問(wèn)題，進(jìn)行了地面驅動(dòng)螺桿泵采油系統優(yōu)化設計的研究。

不銹鋼螺桿泵工作特性是地面驅動(dòng)螺桿泵工作參數的理論依據，俄羅斯水力機械院的學(xué)者通過(guò)室內試驗數據整理出了保溫螺桿泵的容積效率與泵工作壓力、轉子轉速、介質(zhì)粘度的關(guān)系式。根據這些關(guān)系式，研究中   先采用正交計算的方法，定量得分析泵工作壓力、轉子轉速對螺桿泵容積效率的影響程度。利用其他學(xué)者建立的經(jīng)驗公式，筆者對螺桿泵工作特性進(jìn)行了數值模擬，繪制出了GLB120，GLB500兩種型號螺桿泵的工作特性曲線(xiàn)。

功率與輸入功率的比值即為采油系統的系統效率。系統效率計算的基本步驟為以下泵處為目標節點(diǎn)，通過(guò)多相管流計算求得泵的工作壓差，然后逐步求得螺桿泵轉速、抽油桿軸向扭矩、光桿功率以及功率和輸入功率。本研究整理出針對某口油井提出四種工作參數方案：①指定設計產(chǎn)液量、泵的型號，要求確定合理的下泵、泵轉速；②只給定泵的設計產(chǎn)液量，確定合理的泵型號、下泵、泵轉速；③指定泵的型號，要求確定油井合理的產(chǎn)液量、泵轉速、下泵；④根據油井產(chǎn)能，自行選擇泵型，確定其合理的下泵、泵轉速，   終目標是使系統效率達到   大值，以提   耗利用率。

單螺桿泵工作時(shí)，抽油桿會(huì )出現縱向振動(dòng)、扭轉振動(dòng)、橫向振動(dòng)。筆者分別根據抽油桿軸向力平衡、軸向力矩平衡、離心力與恢復力的平衡，建立了描述這三種振動(dòng)的數學(xué)模型，并假設了邊界條件，采取了有限差分方法和數學(xué)物理方法得出了三種數學(xué)模型的數值解和解析解。

斜井較直井的井身結構及受力情況   為復雜，井身井斜和方位一般都有   的變化。抽油桿柱在重力作用下，躺在油管內壁下側，   加容易與油管壁接觸而發(fā)生偏磨。數千米的抽油桿在井筒中具有彈塑性，抽油桿與油管壁碰撞屬于非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)的問(wèn)題，因此在研究中選用有限元方法對問(wèn)題進(jìn)行求解。該方法   先將抽油桿剖分成多個(gè)單元，在局部坐標系內用單元節點(diǎn)位移向量來(lái)表示桿單元各截面的軸向位移以及y，z方向上的撓度，得出單元勢能與單元節點(diǎn)位移向量的關(guān)系式，再根據達朗伯原理建立了單元動(dòng)力學(xué)方程?？紤]到油管對抽油桿的約束，桿管碰撞時(shí)還需要采用沖量定理對動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行修正。將各單元的剛度矩陣及節點(diǎn)力向量裝配成整體剛度矩陣和整體載荷向量，可求解出各節點(diǎn)不同方向上的位移，使抽油桿柱與油管的偏磨點(diǎn)得以預測。預測結果對扶正器的安裝具有指導性意義。

根據所做的分析研究，筆者在Visualstudio2008的環(huán)境下編制了“地面驅動(dòng)三螺桿泵采油優(yōu)化設計系統”的程序。實(shí)例計算結果表明，該軟件能夠進(jìn)行高粘度螺桿泵工況測試、系統工作參數、扶正器位置計算。