為了探尋抽油桿旋轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)偏心環(huán)空中流體流動(dòng)規(guī)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(zhuǎn)速狀態(tài)下偏心環(huán)空中流體的流場,使用差壓變送器測量了在不同排量、不同抽油桿旋轉(zhuǎn)速度條件下,偏心環(huán)空的流體壓降。測試結(jié)果表明,當(dāng)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抽油桿轉(zhuǎn)速的增加而增大。模擬地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油中,隨著抽油桿轉(zhuǎn)速的增加,聚合物溶液的壓力梯度先減小后增大,當(dāng)抽油桿轉(zhuǎn)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(jī)械應(yīng)用于石油工業(yè)已有20多年的歷史。螺桿泵的結(jié)構(gòu)簡單,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(qū)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(qū)動(dòng)螺桿泵采用抽油桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方式由地面向井下泵體提供動(dòng)力 。采出液由旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)偏心環(huán)空中流體壓降的影響不能忽略,地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵的偏心環(huán)空中流體流動(dòng)規(guī)律比普通的偏心環(huán)空流復(fù)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(zhuǎn)狀態(tài)下偏心環(huán)空流場,使用差壓變送器測量了不同抽油桿旋轉(zhuǎn)速度條件下偏心環(huán)空中流體的壓降,研究了抽油桿旋轉(zhuǎn)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。可知,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抽油桿旋轉(zhuǎn)速度的增加而增加。隨著抽油桿旋轉(zhuǎn)速度的增加,模擬地面驅(qū)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(zhuǎn)速。

2、試驗(yàn)裝置

　　圖1所示的垂直環(huán)空系統(tǒng)有2臺(tái)螺桿泵,管道下部連接有螺桿泵1,由上部的變頻電機(jī)通過抽油桿提供動(dòng)力,以模擬現(xiàn)場地面驅(qū)動(dòng)螺桿泵采油系統(tǒng),螺桿泵2是普通的供液泵, 2臺(tái)螺桿泵可以獨(dú)立工作。管長11. 4m,抽油桿外徑為20mm,外管內(nèi)徑為70mm,抽油桿的偏心度可以自由調(diào)節(jié)。為了滿足P IV的拍攝需要,抽油桿的中間段用透明的有機(jī)玻璃連接,同時(shí)在拍攝區(qū)域的環(huán)空外管的外面安裝了方形玻璃盒子,盒子中裝滿干凈的水,環(huán)空外管(油管)均為透明有機(jī)玻璃。流量測量采用電磁流量計(jì),壓差測量采用差壓變送器,計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)。

圖1　試驗(yàn)裝置

　　試驗(yàn)介質(zhì)為聚合物(聚丙烯酰胺)溶液,分子量為710萬。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(yàn)溫度為18℃。

3、抽油桿的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)偏心環(huán)空流場的影響

　　關(guān)閉圖1中的3#和4#閥門,打開1#和2#閥門,螺桿泵2供液,此時(shí)抽油桿的旋轉(zhuǎn)與螺桿泵2的工作可以獨(dú)立進(jìn)行。利用P IV進(jìn)行偏心環(huán)空流場的測試,用Tecplot軟件處理數(shù)據(jù)即可得到瞬時(shí)流場圖。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(zhuǎn)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(zhuǎn)速為0和30r/min條件下的偏心環(huán)空流場分布。

圖2　抽油桿轉(zhuǎn)速為0r/min時(shí)的偏心環(huán)空速度場分布　圖3　抽油桿轉(zhuǎn)速為30r/min時(shí)的偏心環(huán)空速度場分布