1防偏磨旋流扶正器的設(shè)計
1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計
抽油桿柱帶動抽油泵柱塞做上下往復(fù)運動，上沖程時，油管中的液體隨抽油桿柱同步向上運動，抽油桿柱與液體之間沒有相對運動；下沖程時，抽油桿柱向下運動，而油管內(nèi)液體不運動，抽油桿柱與油管中液體之間存在相對運動。根據(jù)這一特點，設(shè)計了如圖1所示的旋流扶正器，在其本體上設(shè)計有右旋導(dǎo)流槽，下部與柱塞上游動閥直接連接。
1.2工作原理
下沖程時，固定閥關(guān)閉，游動閥開啟，泵筒內(nèi)的液體沿右旋螺旋槽做螺旋上升運動，同時液體會對螺旋槽產(chǎn)生作用力，對此作用力分解，產(chǎn)生向左的徑向力克服阻力，進而產(chǎn)生力矩，帶動柱塞做向左旋轉(zhuǎn)運動。上沖程時，抽油桿柱與油管中液體之間無相對運動，液體不會對螺旋轉(zhuǎn)子產(chǎn)生作用，此時柱塞不轉(zhuǎn)動。這樣就避免了柱塞總在某一處磨損，解決了柱塞偏磨嚴重問題。
1.3技術(shù)參數(shù)
螺旋傾角18°螺旋轉(zhuǎn)子長度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
對于旋流扶正器，存在2個方向的力矩：一個是液體推動旋流扶正器轉(zhuǎn)動的動力矩；另一個是阻力矩。當(dāng)動力矩大于阻力矩時，旋流扶正器轉(zhuǎn)動；反之，就不轉(zhuǎn)動。本文對旋流扶正器處的流場做了數(shù)值模擬，得到流體流過旋流扶正器時對螺旋槽所產(chǎn)生的動力矩，并與由于流體介質(zhì)的粘性所產(chǎn)生的阻力矩進行比較，從而判斷長塞環(huán)封抽油泵在抽油過程中旋流扶正器是否按照設(shè)計目的轉(zhuǎn)動。
邊界條件：進口為速度入口；在螺旋導(dǎo)流槽的出口進行了一定的延長，并設(shè)為自由出口邊界條件，螺45石油礦場機械2010年3月旋槽壁面為無滑移壁面邊界條件。
1.5結(jié)果分析
以25－225CYBCHFI型長塞環(huán)封高效防砂抽油泵為研究對象，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，介質(zhì)為原油，密度為900kg/m3，動力粘度為2Pas.模型選取雷諾應(yīng)力模型，計算的迭代誤差精度為10-5.經(jīng)過迭代得到了螺旋導(dǎo)流槽處的流場情況。
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，壓力面所對應(yīng)的靜壓明顯高于吸力面所對應(yīng)的靜壓。由軟件計算輸出結(jié)果可知：流體流過旋流扶正器時對4個螺旋槽產(chǎn)生的扭矩為0.38Nm；同時，由于流體的粘性會產(chǎn)生反方向的摩擦力，阻止旋流扶正器旋轉(zhuǎn)。通過模擬計算結(jié)果可以得到流體的粘性對4個螺旋槽的阻力力矩為0.125Nm.根據(jù)以上數(shù)值模擬計算，流體流過旋流扶正器時，對螺旋槽所產(chǎn)生的動力矩遠遠大于由于流體介質(zhì)的粘性所產(chǎn)生的阻力矩，從而可知長塞環(huán)封抽油泵在抽油過程中，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)場應(yīng)用
2008年初，采用新研制旋流扶正器的長塞環(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)場試驗，不到2a的時間內(nèi)，其井下維修費用降低28%，泵效提高15%～30%，抽油泵維修費用降低45%.平均單井檢泵周期延長85d，取得了較好的經(jīng)濟效益。
3結(jié)語
通過現(xiàn)場實際應(yīng)用，本文所設(shè)計的旋流扶正器能帶動柱塞轉(zhuǎn)動，并高效可靠地工作，解決了抽油過程中偏磨嚴重的問題。 |