地面驅動(dòng)螺桿泵抽油桿旋轉效應的研究
為了探尋抽油桿旋轉效應對偏心環(huán)空中流體流動(dòng)規律的影響,利用激光粒子測速技術(shù)(PIV)測試了抽油桿不同轉速狀態(tài)下偏心環(huán)空中流體的流場(chǎng),使用差壓變送器測量了在不同排量、不同抽油桿旋轉速度條件下,偏心環(huán)空的流體壓降。測試結果表明,當流量恒定時(shí),偏心環(huán)空中聚合物溶液的軸向速度和徑向速度隨著(zhù)抽油桿轉速的增加而增大。模擬地面驅動(dòng)螺桿泵采油中,隨著(zhù)抽油桿轉速的增加,聚合物溶液的壓力梯度先減小后增大,當抽油桿轉速為17.5r/min時(shí),其壓力梯度最小。
1、前言
井下采油螺桿泵作為一種實(shí)用的采油機械應用于石油工業(yè)已有20多年的歷史。螺桿泵的結構簡(jiǎn)單,特別適合于高粘度、高含砂量的油井,極大地提高了工作效率。目前在稠油油田和聚合物驅油的油田中,螺桿泵采油已經(jīng)成為常用的人工舉升方法。地面驅動(dòng)螺桿泵采用抽油桿旋轉運動(dòng)方式由地面向井下泵體提供動(dòng)力 。采出液由旋轉的抽油桿與油管之間的環(huán)形通道流到地面,抽油桿的旋轉效應對偏心環(huán)空中流體壓降的影響不能忽略,地面驅動(dòng)螺桿泵的偏心環(huán)空中流體流動(dòng)規律比普通的偏心環(huán)空流復雜。在真空技術(shù)網(wǎng)發(fā)布的此文利用PIV (激光粒子測速技術(shù))測試了不同旋轉狀態(tài)下偏心環(huán)空流場(chǎng),使用差壓變送器測量了不同抽油桿旋轉速度條件下偏心環(huán)空中流體的壓降,研究了抽油桿旋轉速度、偏心環(huán)空中流體的流量與偏心環(huán)空中流體壓力梯度之間的關(guān)系�？芍�,在流量恒定時(shí),偏心環(huán)空中聚合物溶液的軸向速度和徑向速度隨著(zhù)抽油桿旋轉速度的增加而增加。隨著(zhù)抽油桿旋轉速度的增加,模擬地面驅動(dòng)螺桿泵井筒中聚合物溶液的壓力梯度先減小后增大,存在一個(gè)最佳抽油桿轉速。
2、試驗裝置
圖1所示的垂直環(huán)空系統有2臺螺桿泵,管道下部連接有螺桿泵1,由上部的變頻電機通過(guò)抽油桿提供動(dòng)力,以模擬現場(chǎng)地面驅動(dòng)螺桿泵采油系統,螺桿泵2是普通的供液泵, 2臺螺桿泵可以獨立工作。管長(cháng)11. 4m,抽油桿外徑為20mm,外管內徑為70mm,抽油桿的偏心度可以自由調節。為了滿(mǎn)足P IV的拍攝需要,抽油桿的中間段用透明的有機玻璃連接,同時(shí)在拍攝區域的環(huán)空外管的外面安裝了方形玻璃盒子,盒子中裝滿(mǎn)干凈的水,環(huán)空外管(油管)均為透明有機玻璃。流量測量采用電磁流量計,壓差測量采用差壓變送器,計算機采集數據。
圖1 試驗裝置
試驗介質(zhì)為聚合物(聚丙烯酰胺)溶液,分子量為710萬(wàn)。示蹤粒子使用玻璃微珠,其直徑為1～5μm,密度為1.05kg/m3 ,跟隨性好,試驗溫度為18℃。
3、抽油桿的旋轉效應對偏心環(huán)空流場(chǎng)的影響
關(guān)閉圖1中的3#和4#閥門(mén),打開(kāi)1#和2#閥門(mén),螺桿泵2供液,此時(shí)抽油桿的旋轉與螺桿泵2的工作可以獨立進(jìn)行。利用P IV進(jìn)行偏心環(huán)空流場(chǎng)的測試,用Tecplot軟件處理數據即可得到瞬時(shí)流場(chǎng)圖。用差壓變送器測量偏心環(huán)空管道中的壓力梯度,并記錄抽油桿的轉速。圖2、3是濃度為600mg/L的聚合物溶液,在偏心度為40% ,流量為9. 8m3 /h,抽油桿轉速為0和30r/min條件下的偏心環(huán)空流場(chǎng)分布。
圖2 抽油桿轉速為0r/min時(shí)的偏心環(huán)空速度場(chǎng)分布 圖3 抽油桿轉速為30r/min時(shí)的偏心環(huán)空速度場(chǎng)分布
