氣液兩相流液壓抽油泵

 

抽油泵是油田開發(fā)過程中的重要裝備之一，改良抽油泵的性能可有效地提高油田的原油產(chǎn)量，從而提高油田開發(fā)的經(jīng)濟效益。目前對抽油泵的研制工作大抵可分為以下三個方面。

 

（1）基于力學剖析，通過對靜止條件和受力條件的簡化，對泵閥開啟和下落過程進行力學描寫；

（2）依據(jù)消費須要以功用設計為準則，在原抽油泵構(gòu)造基本上進行技巧革新，如防砂卡泵和防氣抽稠油泵的開發(fā)；

（3）以鉆研抽油泵效力及其影響因素為目標進行實驗室內(nèi)的有關(guān)測試和視察鉆研。

 

如大慶石油學院進行的抽油泵能耗測試鉆研，采取壓力傳感器和位移傳感器丈量抽油泵進出口壓力過程曲線、閥球壓差變更曲線以及示功圖、漏失量等。

 

目前，對改良泵性能的最基本的標題——泵內(nèi)流場還無人觸及。對于泵閥靜止法則、泵內(nèi)構(gòu)造的公允性論證及其改良等標題處理的癥結(jié)因素是泵內(nèi)的流場狀況，所以鉆研泵內(nèi)流場尤其是混相流流場是改良抽油泵性能的癥結(jié)所在。隨著PIV（粒子成像測速）技巧、LDV（激光多普勒液流速度計）技巧及超聲波技巧的日趨成熟，人們可以應用這些先進的流場測試技巧在不攪擾流場的狀況下到達測定的高精度，在加拿大已有運用這些先進技巧鉆研抽油泵流場的實例，但未見有關(guān)效果的宣布。因此，應用PIV等先進技巧對抽油泵內(nèi)流場進行鉆研以改良抽油泵的構(gòu)造是今后展開的小氣向。鑒于此，石油大學（北京）陸地工程鉆研室展開了抽油泵內(nèi)流場可視化鉆研，因為這方面尚無先例可循，規(guī)劃先從實驗著手，實際與實際并舉。

 

抽油泵模仿實驗安裝設計思緒

 

抽油泵在井下的工作介質(zhì)不是單相的，故對現(xiàn)場工作的抽油泵泵腔內(nèi)流場的實際測試對比艱難。為了節(jié)儉時光和資金，又能測試個別狀況下抽油泵泵腔內(nèi)流場狀況，必需使抽油泵模仿實驗安裝具備氣源和液源，以及可視化鉆研條件，而且流量可調(diào)，還應能對繁多液相和善液兩相時泵內(nèi)流場的特征進行可視化視察和記載，因此全部泵腔應是透明的。另外，因為流場變更特征較強，應有相應的數(shù)據(jù)采集和處理。為視察泵沖次對流場的影響，抽油桿能源驅(qū)動應可調(diào)。

 

模仿實驗安裝構(gòu)造設計

 

為模仿現(xiàn)場抽油泵的柱塞及光桿的高低往復靜止，必需抉擇適宜的能源。一種規(guī)劃是減少現(xiàn)場抽油泵的空中能源，即采取電動機帶動的驢頭驅(qū)動方法。這種規(guī)劃的缺陷是造價低廉，占空中積大，不適宜于實驗室用。另一種規(guī)劃是間接用電動機帶動繩索通過滑輪使光桿及柱塞高低靜止，但為保障均衡需配置均衡重，另外換向微電動機的抉擇也有艱難。以上兩種規(guī)劃都無法模仿泵內(nèi)進出口壓力，也不能調(diào)理泵流量。為處理以上標題，筆者采取液壓掌握及氣動掌握來實現(xiàn)能源的模仿。液壓掌握重要是實現(xiàn)柱塞的高低往復靜止和掌握進出口壓力，氣動掌握則掌握混相流時的進氣。同時，液壓掌握又分為兩大局部：第一大局部是能源油缸液壓，它是重要的能源源；第二大局部是抽油泵壓力彌補，重要是用來掌握抽油泵進出口壓力并為泵供油。上面分手就這三個局部加以先容。

 

1。能源油缸液壓

 

能源油缸液壓重要由能源油缸、行程開關(guān)、二位四通電磁換向閥、溢流閥、油泵和調(diào)速閥形成，

 

1—能源油缸；2—二位四通電磁換向閥；3—調(diào)速閥；4—溢流閥；5—油泵；6、7—行程開關(guān)

工作原理：當能源油泵向能源油缸上端供油時，驅(qū)動活塞向下靜止，從而帶動光桿向下靜止，當光桿震動行程開關(guān)6時，二位四通電磁換向閥換向，能源油泵開端向能源油缸下端供油，驅(qū)動活塞向上靜止，從而帶動光桿向上靜止；當光桿震動行程開關(guān)7時，二位四通電磁換向閥再次換向，從新開端下一個沖程。調(diào)速閥可以調(diào)理活塞靜止速度，從而來轉(zhuǎn)變沖次，溢流閥則可調(diào)理能源油缸內(nèi)的壓力，轉(zhuǎn)變柱塞驅(qū)能源。

 

2。抽油泵壓力彌補

 

抽油泵壓力彌補重要由油箱、油泵、次序閥、蓄能器、抽油泵、壓力表、壓力油箱和溢流閥組成，

工作原理：油泵一直處于工作狀況，溢流閥則調(diào)理到肯定壓力，當抽油泵進出口壓力超越調(diào)理壓力時，溢流閥溢流，出口壓力下降；當出口壓力過低時，油泵向壓力油箱注油，從而使出口壓力回升至調(diào)理壓力。兩個蓄能器的作用是防止抽油泵進出口壓力的猛烈動搖，保障抽油泵的進出口壓力到達工況請求。

 

3。氣動掌握

 

氣動掌握由氣泵、氣體流量計、電磁開關(guān)、單向閥和行程開關(guān)組成，

工作原理：當抽油泵做上沖程靜止時，電磁開關(guān)關(guān)上，氣體通過單向閥進進抽油泵，當光桿接觸到上行程開關(guān)時，電磁開關(guān)關(guān)閉，氣路不通，這時抽油泵做下沖程靜止。當光桿再次接觸上行程開關(guān)時，電磁開關(guān)關(guān)上，氣路守舊，再次向抽油泵內(nèi)供氣。

 

模仿實驗安裝的特征

 

模仿實驗安裝分為兩大局部：第一大局部是單相流實驗安裝，重要由能源油缸、有機玻璃泵筒及柱塞、液壓掌握組成，是抽油泵模仿實驗安裝的中心局部，其最突出的特征在于應用液壓掌握帶動柱塞做高低往復靜止，具備行程穩(wěn)固、換向敏捷、模仿井下工況齊備等特征，能對比實在地模仿井下的各種工況及抽油泵內(nèi)液體的靜止狀況。第二大局部是混相流實驗安裝，重要由氣泵、氣體流量計、電磁開關(guān)及水箱組成。這套混相流安裝的特征在于簡樸易行，功用絕對完美，可以模仿不同的油氣比，而且進氣完整由行程開關(guān)帶動的電磁開關(guān)掌握，可以對比實在地模仿井下的各種工況。另外，為便于視察和測試，柱塞和泵筒用有機玻璃制成，從而到達了應用本實驗安裝視察、測試泵內(nèi)流場的目標。實驗安裝是經(jīng)過不同規(guī)劃的優(yōu)化論證終極選定的，構(gòu)造輕盈，功用齊備，掌握簡樸牢靠，把持不便，可以很好地模仿抽油泵的運行及泵內(nèi)的各種工況。這套實驗安裝是具備翻新特征的模仿抽油泵實驗安裝，與海內(nèi)外同類模仿安裝相比，無論在造價上還是綜合性能上都有其奇特之處。

 

為了在不攪擾流場的狀況下，能定量實現(xiàn)流場的瞬態(tài)丈量，并能給出立體流場的速度矢量圖、旋度場等提醒流場瞬態(tài)靜止構(gòu)造的圖象處理后果，采取了粒子成像測速（PIV）技巧。粒子成像測速技巧具備丈量精度高、空間分手率高和靜態(tài)響應快等特征，是目前丈量龐雜流場較先進的技巧。它可以解凍某一時刻的流場靜止狀況，從而提醒出隱躲的湍流靜止構(gòu)造。丈量后果具備足夠的精度，可以從一個矢量中減往大的平均速度，因此可以分手給出平均速度、脈動速度、漩渦等片面反應流場狀況的靜止參數(shù)，這是熱線熱膜法以及LDV等測試技巧所不具備的。