1防偏磨旋流扶正器的設(shè)計(jì)
1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
抽油桿柱帶動(dòng)抽油泵柱塞做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，上沖程時(shí)，油管中的液體隨抽油桿柱同步向上運(yùn)動(dòng)，抽油桿柱與液體之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)；下沖程時(shí)，抽油桿柱向下運(yùn)動(dòng)，而油管內(nèi)液體不運(yùn)動(dòng)，抽油桿柱與油管中液體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)這一特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了如圖1所示的旋流扶正器，在其本體上設(shè)計(jì)有右旋導(dǎo)流槽，下部與柱塞上游動(dòng)閥直接連接。
1.2工作原理
下沖程時(shí)，固定閥關(guān)閉，游動(dòng)閥開(kāi)啟，泵筒內(nèi)的液體沿右旋螺旋槽做螺旋上升運(yùn)動(dòng)，同時(shí)液體會(huì)對(duì)螺旋槽產(chǎn)生作用力，對(duì)此作用力分解，產(chǎn)生向左的徑向力克服阻力，進(jìn)而產(chǎn)生力矩，帶動(dòng)柱塞做向左旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。上沖程時(shí)，抽油桿柱與油管中液體之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，液體不會(huì)對(duì)螺旋轉(zhuǎn)子產(chǎn)生作用，此時(shí)柱塞不轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣就避免了柱塞總在某一處磨損，解決了柱塞偏磨嚴(yán)重問(wèn)題。
1.3技術(shù)參數(shù)
螺旋傾角18°螺旋轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度60mm螺旋轉(zhuǎn)子內(nèi)徑42mm螺旋轉(zhuǎn)子外徑58mm螺旋槽頂寬34mm螺旋槽底度18mm
1.4數(shù)值模擬
對(duì)于旋流扶正器，存在2個(gè)方向的力矩：一個(gè)是液體推動(dòng)旋流扶正器轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力矩；另一個(gè)是阻力矩。當(dāng)動(dòng)力矩大于阻力矩時(shí)，旋流扶正器轉(zhuǎn)動(dòng)；反之，就不轉(zhuǎn)動(dòng)。本文對(duì)旋流扶正器處的流場(chǎng)做了數(shù)值模擬，得到流體流過(guò)旋流扶正器時(shí)對(duì)螺旋槽所產(chǎn)生的動(dòng)力矩，并與由于流體介質(zhì)的粘性所產(chǎn)生的阻力矩進(jìn)行比較，從而判斷長(zhǎng)塞環(huán)封抽油泵在抽油過(guò)程中旋流扶正器是否按照設(shè)計(jì)目的轉(zhuǎn)動(dòng)。
邊界條件：進(jìn)口為速度入口；在螺旋導(dǎo)流槽的出口進(jìn)行了一定的延長(zhǎng)，并設(shè)為自由出口邊界條件，螺45石油礦場(chǎng)機(jī)械2010年3月旋槽壁面為無(wú)滑移壁面邊界條件。
1.5結(jié)果分析
以25－225CYBCHFI型長(zhǎng)塞環(huán)封高效防砂抽油泵為研究對(duì)象，在理論排量為7.69×10-4 m3 /s的工況下，用Fluent軟件模擬旋流扶正器螺旋導(dǎo)流槽處的流場(chǎng)，介質(zhì)為原油，密度為900kg/m3，動(dòng)力粘度為2Pas.模型選取雷諾應(yīng)力模型，計(jì)算的迭代誤差精度為10-5.經(jīng)過(guò)迭代得到了螺旋導(dǎo)流槽處的流場(chǎng)情況。
壓力沿著螺旋面均勻變化，不存在突變情況；在同一徑向位置，壓力面所對(duì)應(yīng)的靜壓明顯高于吸力面所對(duì)應(yīng)的靜壓。由軟件計(jì)算輸出結(jié)果可知：流體流過(guò)旋流扶正器時(shí)對(duì)4個(gè)螺旋槽產(chǎn)生的扭矩為0.38Nm；同時(shí)，由于流體的粘性會(huì)產(chǎn)生反方向的摩擦力，阻止旋流扶正器旋轉(zhuǎn)。通過(guò)模擬計(jì)算結(jié)果可以得到流體的粘性對(duì)4個(gè)螺旋槽的阻力力矩為0.125Nm.根據(jù)以上數(shù)值模擬計(jì)算，流體流過(guò)旋流扶正器時(shí)，對(duì)螺旋槽所產(chǎn)生的動(dòng)力矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于由于流體介質(zhì)的粘性所產(chǎn)生的阻力矩，從而可知長(zhǎng)塞環(huán)封抽油泵在抽油過(guò)程中，旋流扶正器既起到扶正作用又可使抽汲液體充分旋流，避免柱塞和密封總成總在某一處磨損，從而起到防偏磨的作用。
2現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
2008年初，采用新研制旋流扶正器的長(zhǎng)塞環(huán)封防砂抽油泵在大慶油田采油六廠及遼河油田高升采油廠現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，不到2a的時(shí)間內(nèi)，其井下維修費(fèi)用降低28%，泵效提高15%～30%，抽油泵維修費(fèi)用降低45%.平均單井檢泵周期延長(zhǎng)85d，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
3結(jié)語(yǔ)
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，本文所設(shè)計(jì)的旋流扶正器能帶動(dòng)柱塞轉(zhuǎn)動(dòng)，并高效可靠地工作，解決了抽油過(guò)程中偏磨嚴(yán)重的問(wèn)題。 |