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新型空心液力反饋稠油泵及其結構優化設計

時間:2018-4-2 8:52:00   來源:本網   添加人:admin

  石油機械設計計算新型空心液力反饋稠油泵及其結構優化設計崔之健12胡洪平2蔣樹農3陳子光3胡元太23(1.西安石油大學石油工程學院2.華中科技大學力學系3中南大學力學與傳感技術研究所)反饋、空心抽油桿和強啟閉柱塞等諸多優點。提出實際抽油量最大化的結構優化法,運用這種方法對稠油泵的反饋泵泵筒直徑和工作泵泵筒直徑進行了優化匹配設計,可以在最大抽油泵外徑固定的情況下,使抽油泵的實際抽油量最大。理論分析和數值計算表明:新型空心液力反饋稠油泵比普通抽油泵大大提高了理論排量;對不同的工作泵泵筒直徑選擇最優的反饋泵泵筒直徑與之匹配,可使單行程實際抽油量達到最大。

  其反饋泵泵筒直徑和工作泵泵筒直徑進行了優化匹由于稠油的粘度高,流動阻力大,用常規抽油泵抽取稠油時,常發生抽油桿柱下行困難和桿管偏磨現象,稠油進泵困難,泵的充滿系數低,閥球關閉滯后,造成泵效較低,影響油井的生產效率。針對稠油抽取時經常遇到的問題,設計出一種新型空心液力反饋稠油泵(以下簡稱新型稠油泵),并對結構及液力反饋工作原理結構新型稠油泵結構如所示。空心抽油桿貫穿整個抽油管道,加熱電纜在空心抽油桿內,和空心抽油桿組成加熱回路。

  2液力反饋的工作原理反饋柱塞與工作柱塞之間的空間稱為工作腔。

  上沖程時,空心抽油桿帶動反饋柱塞和工作柱塞向上運動,兩柱塞之間的距離不變,由于反饋柱塞的直徑小于工作柱塞,此時工作腔容積減小,壓力增大,游動閥關閉,反饋閥與反饋柱塞之間被強制開啟,泵內液體經反饋閥排入油管直至地面。

  下沖程時,由于摩擦力作用,反饋柱塞受重力向下的運動滯后于空心抽油桿,一部分油流仍能通過反饋柱塞進入泵上部。直到空心抽油桿帶動反饋閥下行,反饋閥與反饋柱塞被強制關閉,油管內反饋柱塞以上稠油形成液柱壓力作用在反饋柱塞上,對抽油桿產生一個向下的拉力(即液力反饋),它解決了抽油桿下行困難和桿管偏磨的問題。在此同時,工作腔容積增大,且由于工作柱塞的直徑較大,故壓力降低相對也較大。在沉沒壓力作用下,游動閥打開,油流順利進入工作腔,解決了稠油進泵困難問題。

  須注意:反饋閥與工作泵筒中游動閥的啟閉形式不同,前者是在空心抽油桿帶動下和反饋柱塞之間強制啟閉的。

  新型稠油泵綜合了適合稠油開采方式的強啟閉柱塞、空心抽油桿和液力反饋等優點。

  空心抽油泵的反饋閥是采取機械強制性地開啟和關閉11,可以防止氣鎖和增大過流面積,從而減小液體通過時的阻力,提高泵效。

  當工作柱塞上行時,由于反饋柱塞與工作柱塞的直徑差,造成工作腔內壓力大,有利于原油上行,提高工作腔抽油效率121.在下行程時,油管內的液柱壓力作用在反饋柱塞上,對空心抽油桿產生向下的拉力,使抽油桿柱在下行過程中處于受拉狀態,從而解決了抽油桿柱在稠油井中下行難問題,有效地防止了抽油桿彎曲,減小了沖程損失和桿管偏磨,提高了泵效12.同時由于反饋柱塞和工作柱塞直徑差,工作腔內壓力與泵沉沒壓力之差增大,克服了稠油進泵困難。

  采用空心桿過泵(或不過泵)電熱開采技術實現了從泵下、泵內到泵上對油井產液的全過程加熱,有利于稠油和高凝油的開采131.可不動管柱,通過空心抽油桿向泵下注入熱載體和降粘劑,使原油粘度降低。通過空心抽油桿還可進行井下測試和對稠油層注入蒸汽,實施蒸汽吞吐工藝111.性能分析及結構優化新型稠油泵的當量泵徑為=38.10mm,代入的彈性模量,-下泵深度,D當量泵徑,m.慣性載荷對活塞沖程的影響入i所以在行程和沖次相同的情況下,HLB型抽油泵和新型稠油泵的理論排量之比為HLB型抽油泵的當量泵徑為71994-201ChmaAcSei考慮靜載荷和動載荷后的工作柱塞沖程故載荷下的泵效率n為氣體對泵效的影響程度,用充滿系數卩來表示,R表示泵內氣油比,k表示余隙比,故氣體下的泵效率n為如忽略漏失量的影響,單行程實際抽油量為700m,沖次n=10mn-1.在沖次和光桿沖程相同時,只需比較計算抽油泵的單行程實際抽油量。由上述推導可得出:在固定工作泵泵筒直徑105mm時,不同的泵內氣油比下,單行程實際抽油量隨反饋泵泵筒直徑的變化曲線見不同工作泵泵筒直徑下單行程實際抽油量隨反饋泵泵筒直徑的變化曲線作泵泵筒直徑下,單行程實際抽油量隨反饋泵泵筒直徑的變化曲線。由圖可知,對不同的工作泵泵筒直徑應選擇不同的反饋泵泵筒直徑最優值與之相匹配,使單行程實際抽油量達到最大。

  由式(5)可知,反饋泵泵筒直徑越小,P越大,單行程的理論采油量越大。同時也可知,越大,沖程損失越大,載荷泵效率越小,由式(7)得,工作柱塞的實際行程越小,此單行程的實際米油量也越小。由也可以看出,存在最優的反饋泵泵筒直徑使得單行程抽油量最大。圖中反饋泵泵筒內徑最優值D1=50mm單行程抽油量最大值=2.26X10-2m3,而且泵內氣油比R越大,D1應越小。所以在工作泵泵筒直徑相同時,可以通過對反饋泵泵筒直徑進行匹配優化,使抽油量達到最大。

  結束語采取機械強制性啟閉閥、液力反饋、空心抽油桿、電流或蒸汽加熱降粘和降粘劑降粘等方法是抽取稠油的有效方法。在相同的徑向尺寸下,新型稠油泵比普通抽油泵大大提高了理論排量。通過結構優化,可使反饋泵泵筒直徑與工作泵泵筒直徑相匹配,從而使抽油量達到最大。

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