地面驱动螺杆泵抽油杆旋转效应的研究(2)

2009-11-28 王小兵 大庆石油学院

  由图2、3可知,在偏心垂直环空管道内,抽油杆旋转速度为0时,管壁和抽油杆处流体的速度都为0,与普通的管流的特点一致,抽油杆旋转速度为30r/min时,管壁和抽油杆处流体的速度都不为0,同时具有粘弹性的聚合物溶液将吸收抽油杆的部分旋转动能,表现为宽、窄间隙处的流体速度增加。宽间隙处流体速度分布比较均匀,而且普遍大于窄间隙处流体速度,说明在宽间隙处流场容易产生紊流。

4、抽油杆的旋转效应对偏心环空中流体轴向、径向速度的影响

  根据PIV的试验数据,取流场图中Y=50mm处轴向速度的数据和宽间隙中靠近抽油杆处的流体径向速度数据,得到浓度为600mg/L聚合物溶液,在偏心度为40% ,流量为5.5m3/h,不同抽油杆转速的条件下的轴向速度、径向速度的分布。由图4可知,偏心环空中的轴向速度分布呈非对称分布。在一定的流量下,宽、窄处的轴向速度的大小随着抽油杆转速的增大而增大,这是由于聚合物溶液具有长链状的性质,长链状的物质具有某些松散的结构,抽油杆不转动时,长链分子细长纤维呈杂乱卷曲状态,随着抽油杆的转动速度的加快,长链状分子沿着抽油杆旋转的方向排列起来,其表观粘度就减小,表现为流动阻力的减小。宽、窄处轴向速度不是典型的凸抛物线型,而是有少许的波动,这是由于抽油杆的旋转,产生了旋转速度很慢的螺旋流的缘故。

不同抽油杆旋转速度下的轴向速度分布 不同抽油杆旋转速度下的径向速度分布 压力梯度与抽油杆转速的关系

图4 不同抽油杆旋转速度下的轴向速度分布 图5 不同抽油杆旋转速度下的径向速度分布 图6 压力梯度与抽油杆转速的关系

  由图5可知,偏心环空中聚合物溶液的径向速度在轴向方向上有少许波动,且随着抽油杆旋转速度的增加,径向速度增大。随着抽油杆旋转速度的增大,抽油杆带动附近的长链状的聚合物一起旋转,将其部分的动能传递给了长链状的聚合物溶液,导致了靠近抽油杆的径向速度随着抽油杆旋转速度的增加而增加。

5、抽油杆的旋转效应对偏心环空中流体压力梯度的影响

  关闭3#和4#阀门,打开1#和2#阀门,螺杆泵1供液,此时螺杆泵1由上面的变频电机通过抽油杆驱动。测量不同抽油杆转速下的压力梯度及流量,模拟地面驱动螺杆泵采油,测量不同抽油杆转速下的压力梯度及流量,得到如图6所示的曲线。

  由图6可知,模拟地面驱动螺杆泵采油系统中,其偏心环空中流体的压力梯度开始随着抽油杆转速的增加而减小,然后随着抽油杆转速的增加而增大,当抽油杆转速在17.5r/min时,其压力梯度最小。

6、结论

  (1)在流量恒定的条件下,抽油杆旋转速度为0时,偏心垂直环空管道的内壁和抽油杆处流体的速度都为0;抽油杆旋转速度为30r/min时,其内壁和抽油杆处流体的速度都不为0,且宽间隙处的速度总体上大于窄间隙处;

  (2)在流量恒定的条件下,宽、窄处的轴向和径向速度的大小随着抽油杆转速的增大而增大,且轴向速度不是典型的凸抛物线型,而呈非对称分布;

  (3)随着抽油杆转速的增加,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。在试验条件下,当抽油杆转速为17.5r/min时,其压力梯度最小。