為了探尋抽油桿旋轉效應對偏心環空中流體流動規律的影響,利用激光粒子測速技術(PIV)測試了抽油桿不同轉速狀態下偏心環空中流體的流場,使用差壓變送器測量了在不同排量、不同抽油桿旋轉速度條件下,偏心環空的流體壓降。測試結果表明,當流量恒定時,偏心環空中聚合物溶液的軸向速度和徑向速度隨著抽油桿轉速的增加而增大。模擬地面驅動螺桿泵采油中,隨著抽油桿轉速的增加,聚合物溶液的壓力梯度先減小后增大,當抽油桿轉速為17.5r/min時,其壓力梯度最小。

1、前言

　　井下采油螺桿泵作為一種實用的采油機械應用于石油工業已有20多年的歷史。螺桿泵的結構簡單,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油的油田中,螺桿泵采油已經成為常用的人工舉升方法。地面驅動螺桿泵采用抽油桿旋轉運動方式由地面向井下泵體提供動力 。采出液由旋轉的抽油桿與油管之間的環形通道流到地面,抽油桿的旋轉效應對偏心環空中流體壓降的影響不能忽略,地面驅動螺桿泵的偏心環空中流體流動規律比普通的偏心環空流復雜。在真空技術網發布的此文利用PIV (激光粒子測速技術)測試了不同旋轉狀態下偏心環空流場,使用差壓變送器測量了不同抽油桿旋轉速度條件下偏心環空中流體的壓降,研究了抽油桿旋轉速度、偏心環空中流體的流量與偏心環空中流體壓力梯度之間的關系。可知,在流量恒定時,偏心環空中聚合物溶液的軸向速度和徑向速度隨著抽油桿旋轉速度的增加而增加。隨著抽油桿旋轉速度的增加,模擬地面驅動螺桿泵井筒中聚合物溶液的壓力梯度先減小后增大,存在一個最佳抽油桿轉速。

2、試驗裝置

　　圖1所示的垂直環空系統有2臺螺桿泵,管道下部連接有螺桿泵1,由上部的變頻電機通過抽油桿提供動力,以模擬現場地面驅動螺桿泵采油系統,螺桿泵2是普通的供液泵, 2臺螺桿泵可以獨立工作。管長11. 4m,抽油桿外徑為20mm,外管內徑為70mm,抽油桿的偏心度可以自由調節。為了滿足P IV的拍攝需要,抽油桿的中間段用透明的有機玻璃連接,同時在拍攝區域的環空外管的外面安裝了方形玻璃盒子,盒子中裝滿干凈的水,環空外管(油管)均為透明有機玻璃。流量測量采用電磁流量計,壓差測量采用差壓變送器,計算機采集數據。

圖1　試驗裝置

　　試驗介質為聚合物(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,試驗溫度為18℃。

3、抽油桿的旋轉效應對偏心環空流場的影響

　　關閉圖1中的3#和4#閥門,打開1#和2#閥門,螺桿泵2供液,此時抽油桿的旋轉與螺桿泵2的工作可以獨立進行。利用P IV進行偏心環空流場的測試,用Tecplot軟件處理數據即可得到瞬時流場圖。用差壓變送器測量偏心環空管道中的壓力梯度,并記錄抽油桿的轉速。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,抽油桿轉速為0和30r/min條件下的偏心環空流場分布。

圖2　抽油桿轉速為0r/min時的偏心環空速度場分布　圖3　抽油桿轉速為30r/min時的偏心環空速度場分布