1防偏磨旋流扶正器的設計
1.1結構設計
抽油桿柱帶動抽油泵柱塞做上下往復運動，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。根據這一特點，設計了如圖1所示的旋流扶正器，在其本體上設計有右旋導流槽，下部與柱塞上游動閥直接連接。
1.2工作原理
下沖程時，固定閥關閉，游動閥開啟，泵筒內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生作用力，對此作用力分解，產生向左的徑向力克服阻力，進而產生力矩，帶動柱塞做向左旋轉運動。上沖程時，抽油桿柱與油管中液體之間無相對運動，液體不會對螺旋轉子產生作用，此時柱塞不轉動。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技術參數
螺旋傾角18°螺旋轉子長度60mm螺旋轉子內徑42mm螺旋轉子外徑58mm螺旋槽頂寬34mm螺旋槽底度18mm
1.4數值模擬
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動的動力矩；另一個是阻力矩。當動力矩大于阻力矩時，旋流扶正器轉動；反之，就不轉動。本文對旋流扶正器處的流場做了數值模擬，得到流體流過旋流扶正器時對螺旋槽所產生的動力矩，并與由于流體介質的粘性所產生的阻力矩進行比較，從而判斷長塞環封抽油泵在抽油過程中旋流扶正器是否按照設計目的轉動。
邊界條件：進口為速度入口；在螺旋導流槽的出口進行了一定的延長，并設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結果分析
以25－225CYBCHFI型長塞環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流槽處的流場，介質為原油，密度為900kg/m3，動力粘度為2Pas.模型選取雷諾應力模型，計算的迭代誤差精度為10-5.經過迭代得到了螺旋導流槽處的流場情況。
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，壓力面所對應的靜壓明顯高于吸力面所對應的靜壓。由軟件計算輸出結果可知：流體流過旋流扶正器時對4個螺旋槽產生的扭矩為0.38Nm；同時，由于流體的粘性會產生反方向的摩擦力，阻止旋流扶正器旋轉。通過模擬計算結果可以得到流體的粘性對4個螺旋槽的阻力力矩為0.125Nm.根據以上數值模擬計算，流體流過旋流扶正器時，對螺旋槽所產生的動力矩遠遠大于由于流體介質的粘性所產生的阻力矩，從而可知長塞環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現場應用
2008年初，采用新研制旋流扶正器的長塞環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場試驗，不到2a的時間內，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，取得了較好的經濟效益。
3結語
通過現場實際應用，本文所設計的旋流扶正器能帶動柱塞轉動，并高效可靠地工作，解決了抽油過程中偏磨嚴重的問題。 |