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内杆公转及对环空轴向的影响

 

随着内杆转速的增加,环空流场内轴向压降损失将增大;内杆自转且公转的情况较仅有内杆自转时环空流场轴向压降损失要大,且内杆自转公转方向相反时流体压降损失更大。当转速较低时,随转速的增加压降损失增幅较平缓,在该计算条件下转速高于300r/min时环空流体轴向压降随转速的升高急剧增大。


在螺杆泵井采油系统中,采出液在轴向压差的作用下从杆管环空举升至地面,由于扭转失稳以及流体力的作用,抽油杆在旋转过程中易发生横向偏移从而导致产生公转运动,因此ca88手机版井杆管环空中的流动方式为内杆做行星运动的环空中的流动。实际现场应用的螺杆泵主要针对应用于稠油及聚合物驱井,抽油杆的旋转作用也易导致油水混合物的乳化,将螺杆泵井采出液流体考虑为幂律流体模式。应用前文所述方法,编译实现内杆行星运动的UDF程序,针对螺杆泵井杆管环空几何模型进行抽油杆行星运动过程中的幂律流体流动三维流场数值模拟,计算分析采出液流体幂律特性、抽油杆自转速度、公转速度以及内杆偏心率对杆管环空流体输运能力、二次流、轴向压降以及杆柱扭矩的影响。


流体幂律特性对螺杆泵井采油工况中抽油杆行星运动的流场影响的模拟计算中,油管及抽油杆尺寸为:抽油杆外径d=22mm,油管内gD=78mm,环空轴向计算长度Z=2m;进口边界采用速度入口为v=0.5m/s,出口条件为大气压;内杆偏心率6=0.37,自转及公转速度均为240r/min。模拟计算中采出液幂律流体密度p=850kg/m3,控制单一变量共模拟10组流性指数及稠度系数的组合流体见表1。

表1:模拟计算流体流性指数

range k

n=0.8

k

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

range n

k=0.04

n

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

在内杆行星运动的偏心环空流场中,轴向速度呈现出非对称的M型分布,流性指数及稠度系数越大,非对称性越明显。

自转与公转同向时,在环空宽间距侧,随着流性指数及稠度系数A的升高,轴向速度的极值随之升高,ca88会员登录轴向速度的极值位置沿径向向井筒中心移动;环空窄间距侧轴向速度变化规律与宽间距侧相反,随着流性指数及稠度系数的升高,轴向速度极值减小。

自转与公转反向时,在环空宽间距侧存在一临界径向位置,在此位置外侧,流性指数及稠度系数越高,轴向速度越低,在此位置内侧,流性指数及稠度系数越高,轴向速度越大,且靠近内杆壁处出现轴向速度局部升高区域;在环空窄间距侧,稠度系数对流体轴向速度影响不明显。


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点击次数:  更新时间:2018-01-18 09:00:30  【打印此页】  【关闭