地面驱动螺杆泵抽油杆旋转效应的研究
为了探寻抽油杆旋转效应对偏心环空中流体流动规律的影响,利用激光粒子测速技术(PIV)测试了抽油杆不同转速状态下偏心环空中流体的流场,使用差压变送器测量了在不同排量、不同抽油杆旋转速度条件下,偏心环空的流体压降。测试结果表明,当流量恒定时,偏心环空中聚合物溶液的轴向速度和径向速度随着抽油杆转速的增加而增大。模拟地面驱动螺杆泵采油中,随着抽油杆转速的增加,聚合物溶液的压力梯度先减小后增大,当抽油杆转速为17.5r/min时,其压力梯度最小。
1、前言
井下采油螺杆泵作为一种实用的采油机械应用于石油工业已有20多年的历史。螺杆泵的结构简单,特别适合于高粘度、高含砂量的油井,极大地提高了工作效率。目前在稠油油田和聚合物驱油的油田中,螺杆泵采油已经成为常用的人工举升方法。地面驱动螺杆泵采用抽油杆旋转运动方式由地面向井下泵体提供动力 。采出液由旋转的抽油杆与油管之间的环形通道流到地面,抽油杆的旋转效应对偏心环空中流体压降的影响不能忽略,地面驱动螺杆泵的偏心环空中流体流动规律比普通的偏心环空流复杂。在真空技术网发布的此文利用PIV (激光粒子测速技术)测试了不同旋转状态下偏心环空流场,使用差压变送器测量了不同抽油杆旋转速度条件下偏心环空中流体的压降,研究了抽油杆旋转速度、偏心环空中流体的流量与偏心环空中流体压力梯度之间的关系。可知,在流量恒定时,偏心环空中聚合物溶液的轴向速度和径向速度随着抽油杆旋转速度的增加而增加。随着抽油杆旋转速度的增加,模拟地面驱动螺杆泵井筒中聚合物溶液的压力梯度先减小后增大,存在一个最佳抽油杆转速。
2、试验装置
图1所示的垂直环空系统有2台螺杆泵,管道下部连接有螺杆泵1,由上部的变频电机通过抽油杆提供动力,以模拟现场地面驱动螺杆泵采油系统,螺杆泵2是普通的供液泵, 2台螺杆泵可以独立工作。管长11. 4m,抽油杆外径为20mm,外管内径为70mm,抽油杆的偏心度可以自由调节。为了满足P IV的拍摄需要,抽油杆的中间段用透明的有机玻璃连接,同时在拍摄区域的环空外管的外面安装了方形玻璃盒子,盒子中装满干净的水,环空外管(油管)均为透明有机玻璃。流量测量采用电磁流量计,压差测量采用差压变送器,计算机采集数据。
图1 试验装置
试验介质为聚合物(聚丙烯酰胺)溶液,分子量为710万。示踪粒子使用玻璃微珠,其直径为1～5μm,密度为1.05kg/m3 ,跟随性好,试验温度为18℃。
3、抽油杆的旋转效应对偏心环空流场的影响
关闭图1中的3#和4#阀门,打开1#和2#阀门,螺杆泵2供液,此时抽油杆的旋转与螺杆泵2的工作可以独立进行。利用P IV进行偏心环空流场的测试,用Tecplot软件处理数据即可得到瞬时流场图。用差压变送器测量偏心环空管道中的压力梯度,并记录抽油杆的转速。图2、3是浓度为600mg/L的聚合物溶液,在偏心度为40% ,流量为9. 8m3 /h,抽油杆转速为0和30r/min条件下的偏心环空流场分布。
图2 抽油杆转速为0r/min时的偏心环空速度场分布 图3 抽油杆转速为30r/min时的偏心环空速度场分布
