旋转气锚的理论研究与设计_毕业设计(论文)(编辑修改稿)

旋转气锚的理论研究与设计_毕业设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

t 是诱导日产液量的油井 ,气液比大于 150 应该选择基本的多级气锚 ； ③ 螺旋距是影响分气效果好或坏 的 重要参数之一。 根据不同的生产井应选择不同的 螺距 (在锚筒外 径 一定的条件下 )在一定条件下 ， 合合理的螺距应是气液混合物进入锚筒内的流速大于液流流经泵阀孔径时流速的 20%为宜； ④ 对于油井腐蚀气体含量较高 ， 螺钉装配螺旋叶片厚度不宜过小 ， 应该在 毫米 以上； ⑤ 较低的外套是针对储层深、低容量、快速下降 ,生产是负当下潜的油井设计。 对于这种类型的好 ， 可以在较低的外套加入小尾管直径、排气尾管的长度可以确定基于预期的动态液面深度。 好一旦出现负面的下沉 ， 但通过控制套压按油成小尾管在保持石油上升高度 ， 最终使油井产量仍能维持一定的时间。 如果油井生产能力稳定 ,不会出现负下沉 ,可以拆卸夹克在一个较低的水 平。 这种 新的迷宫气锚 ， 大港和冀东油田采用了 28 口 井 (气液比超过 150 的 18 口，气液比在 150 的 10 口 )， 有效井 26(其余 2 井由于容量过低 ,生产几天然后关井 )，有效率为 %。 平均泵效率从 %提高到 %， 油井示功图 ， 基本消除泵效应的影响的气体。 例如端口 22 38 和 828 10 井 ， 在使用新的迷宫气锚 ， 泵效率分别为 21%和 21%， 同比增长 68%和 51%， 取得了明显的经济效益。 通过以上分析可以看到 ， 偏心气锚 ， 两级高效气锚 ， 新的迷宫气锚各有特点 ，在设计原则的三种气锚分气体也各不相同 ,三种气锚是 更有效的。 我们需要通过实验 ,研究了不同结构尺寸对流体流速、流体粘度、气液比的适应性 ， 并建立相应的计算模型 ， 设计了计算油气分离器。 螺旋式井下油气分离器结构 及工作原理 在锚管环形空间 形成气泡， 部分的直径较大的 气泡， 为浮动利率在一定程度上 ， 是不一样的流速的流进了中心管 ， 不可避免的被困在锚管环形空间。 活塞 下冲 程 ， 因液体的速度为零 ， 这部分空气泡沫将上升到锚管环形空间顶部的孔进入哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 11 油套管环空。 目前的螺旋式气锚大体分为单一式和组合式两大类。 1 抽油泵； 2 排气孔； 3 单流阀； 4 气罩； 5 锚壳； 6 螺杆； 7 套管； 8中心管； 9封隔器；10 密封窗； 11 泄油窗； 12 上中心管； 13 下中心管； 14 吸入口。 图 29 螺旋式井下油气分离器结构 图 a 是一种单一式螺旋气锚结构示意图。 直接进入螺旋流道实现螺旋气液混合物分离 ， 分离后的气体和液体在防毒面具纪律处分。 气体在防毒面具 ， 形成 “ 气顶 ”， 当压力达到一定值 ， 打开单阀进入油套管环形空间 ； 液体是沿着防毒面具和锚定到外壳壁进入泵。 图 b 是一种组合式螺旋气锚结构示意图。 气液混合物从锚壳侧孔进入气锚 ，然后下沉和折叠成中央管 ， 因为 “ 回流效应 ”， 气液混合物分离是第一次。 第一次分离后的液体从中心螺 旋管进入螺旋流道分离。 经螺旋分离后的气体和液体的流动方向如同图 a 所示。 图 c 是一种带封隔器的组合式气锚结构示意图。 气液混合物的中心从封隔器管进入气锚 ， 锚壳侧孔进入环形空间 ， 使用 “ 回流效应 ”。 第一次分离后的液体从中心到螺旋管进入螺旋流动分离。 经螺旋分离后的气体和液体流动方向如图 a 所示。 图 d 是另一种带封隔器的组合式气锚结构示意图。 气液混合物从封隔器中心管经气锚入螺旋流环形空间内的螺旋分离。 分离后的螺旋气体螺旋上升 ， 形成一个 “ 气顶 ” 围绕一个防毒面具 ， 然后在形式的一个连续的空气流入油套管环形空哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 12 间 ， 并含有少量的气液 把锚从排水窗口设置 ， 以实现环形空间重力分离后的液体 ，重力分离从锚壳进口通过中心管进入泵。 上述 四种结构的螺旋气锚 ， 前三种气罩是单阀 ,其目的是防止液体、气体回流 ，DiGaoFen 气体效应。 当泵冲程 ， 气体压力在空气陷阱通常低于单阀顶部的压力 ,气体不能打开阀的油套管环空。 泵冲程随着时间的推移 ,由于惯性的液体在螺旋通道 ， 突然打开了气体压力的壳单阀 ， 部分套环形空间气体进入油。 因此 ，气体 不能顺利进入油套管环形空间 ， 气锚分气效果差。 如果没有单阀 ， 气体更容易套环形空间的形式 ， 连续空气流入油、提高能力的气体气锚点。 [10] 其工作原理是： 在泵冲程的密度 ,原油和天然气有很大的差异 ， 在进入油气分离器孔、大直径部分原油泡沫分离原油在套管环形空间 ， 和不断上升的移动高于液位、油套环形空间 (正常螺旋井下油气分离器没有这个过程 )。 当混合物的石油和天然气的分离器液孔切向进入螺旋通道 ， 在螺旋通道和生产两种分离方法 ， 一个是沿重力方向的 ， 重力分离是沿着轴的离心分离。 重力分离方式是： 当混合物的石油和天然气液分离器的进洞里 ， 是径向流动的液体 ， 气体向上垂直速度、直径为一个低流量区大气泡上升到顶部的石油和天然气分离器 ， 再从上发泄到外管和套管环形空间 ， 小 直径的气泡流区螺旋通道 ，当液体泵在下冲程停止 ， 因为流速为零 ， 所以留在分离器是泡沫的一部分通过外管和螺旋叶片 ， 螺旋叶片与通道的半圆圈中心管之间上升到顶部的分离器 ， 通过外管的顶部向外发泄和套管环形空间。 离心分离只发生在泵冲程 ， 即当混合物的石油和天然气的液体进洞后切向进入螺旋通道、液体和气泡沿螺旋分离器轴做运动同时 ， 密度小的气泡接近轴 ， 向上运动 ， 通过螺旋叶片与通道的半圆圈中心管上升到顶部的分离器 ， 然后排放到外管和套管的环形空间。 密集的液体离轴和外管 ， 然后向下移动到工作筒内 ， 再到泵吸水室。 流的过程中螺旋运动 ,溶 解气体分子在液体也会在离心力的作用下 ，轴方向 ， 收集 ， 形成 气 泡 ， 然后分离。 螺旋式油气分离器的优缺点及适用范围 螺旋井下油气分离器使用聚合湍流使泡沫和离心分离的原则 ,最大限度地利用套管横截面积来降低流速的石油和天然气进入泵前 ， 提高 “ 回流效应 ” 的气体。 此外 ,通风开放联合在顶部 ， 在大体积上形成 “ 气顶 ”， 当它有利于气体连续流动顺利返回率较小的油套管环空。 在进入分离器的石油和天然气的整个流动过程中 ，螺旋分离器可以增加尽可能多的从结构的油气分离效率。 可以说 ， 这个分离器实现了二次油气分离 ， 即使在不利条件下 (高粘度 、高产量、高气油比 )还有一个更好的效果。 在分离器封隔器的下部加长尾管至油层中 (或顶 )部，有利于在油气进泵前充分利用气体能量将油举升至一定高度，减少油气从井底到泵口处的滑脱损失，从而降低井底流压。 对于中低含水、原油密度低的井，适当选择尾管直径尺寸参数可哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 13 以减小油水滑脱而防止井筒积水。 即使在不加深泵挂的条件下，也会明显降低井底流压，有利于提高产量。 螺旋式井下油气分离器与封隔器式气锚一样，都不适用于不能下封隔器及出砂的油井内，对泵到油层中部的距离较大 (我国有相当多这种油井 )、产量较高的高油气比油井具有特殊的意义。 [11] 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 14 第 3 章 气锚的设计计算方法 简单气锚设计计算 一般简单气锚设计需要计算以下主要参数： (1)计算气锚外壳内径 D1和吸入管外径 D2 如前所述，欲使气锚分气效率高，一般是取气锚环形空间液流速度 vf 等于需要分离的最小气泡的上浮速度 vd，也就是 vg=0。 如果忽略气体密度，取 ρg=0，则公式 (21)可改写为 2d0/ d g v (31) 式中 0v ——原油的运动粘度， cm3/s。 气锚环形空间液流速度为 22f 2 2 2 21 2 0 1 2 0/4( ) 6 0 / 4 ( ) 6 0ppD S n D S nv D D D D     (32) 式中 fv ——气锚环形空间液流速度， cm3/s； pD ——抽油泵活塞直径 ： cm； S ——光杆冲程 ： cm； n ——冲数 ： min1；  ——泵效； 1D ——气锚外壳内径 ： cm； 2D ——吸入管外径 ： cm； 0 ——气锚体积利用系数。 根据实验结果 0 一般取 ，如果  也取 ，则公式 (32)可简化为 2pf 221260( )D Snv DD  (33) 由设计原 则 dfvv (34) 将式 (31)， ( 33)代入式 (34)得 2op212 2 v D SnDD dg (35) 而 2D 考虑结蜡和摩阻压降不能过大，一般选用直径 32mm,或考虑摩阻压降小于。 (2) 计算气锚分离室长度 为了保证在上冲程泵吸入过程中使分离室内气泡不带入吸入管，分离室体积哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 15 至少 要等于泵一个冲程吸入体积，所以 2p2 m in 22o 1 2()DSl dD  (36) 式中 min2l ——气锚分离室最小长度， cm。 气锚分离室最大长度，应保证泵在每个冲程排油时间内，将需要分离的最小气泡上浮到气帽内，所以由公式 (31)可知 2 max o d30 /l K v n (37) 式中 max2l ——气锚分离 室最大长度， cm； oK ——滑脱经验常数。 如果 oK 取 ，公式 (37)可简化为 22 max o20 /l d g nv (38) 计算出 min2l 和 max2l 后，选两者之间大值 作 为分离室长度。 (3) 确定进液孔尺寸 依照 ，进液孔长 度 应为气锚壳外径的 倍。 (4) 气帽长 度的确定 排气阀上下压力差等于气帽长度的液柱压力和气柱压力的差值，因此，气帽长度 1l 可表达为 1 1g100 ( )Wl f   (39) 式中 1l ——排气阀与进液孔之间距离 (即气帽长度 )， m； W ——排气阀球质量， kg； f ——排气阀座孔面积， m2； 1 ——液体密度， kg/cm3； g ——气体密度， kg/cm3。 螺旋式井下油气分离器参数设计计算 根据井下分离原则的螺旋的油气分离器 ， 利用石油和天然气是高速旋转湍流和离心分离石油和天然气。 为了简化计算 ， 假设均匀分布在液体中气泡 ；气泡 朝着螺旋槽在考虑离心力的作用 ； 忽略重力的作用 ； 液体密度是一致的 ； 气液混合物以相同的速度旋转的螺旋槽。 (1) 在层流方式下根据气泡所受液体的离心力与气泡径向运动的阻力，可得出气泡在螺旋中的运动微分方程 rdrdvd 218  (310) 式中 d ——气泡在螺旋中的角位移增量 ： rad； dr ——气泡在螺旋中的径向位移增量 ： cm； 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 16 r ——气泡旋转半径，螺旋入口最外侧的气泡到出口时的径向距离 ： cm； v ——液体运动粘度 ： cm/s2；  ——气泡旋转角速度 ： rad/s； d ——气泡直径， cm。 积分上式，得 rdv ln182 (311) 式中 ——气泡从螺旋入口到出口时所走过的角位移， rad。 由  定义可知 2/Lb (312) 式中 L ——螺旋长度， cm； b ——螺距， cm。 气泡的平均旋转角速度为 21226102rrqm。