電泵井單流閥節(jié)流影響分析及改進(jìn)措施

張 森

（勝利油田 勝利泵業(yè)有限責(zé)任公司，山東 東營(yíng) 257000）

電泵井單流閥節(jié)流影響分析及改進(jìn)措施

張 森

（勝利油田 勝利泵業(yè)有限責(zé)任公司，山東 東營(yíng) 257000）

利用ANSYS建模，模擬分析了電泵生產(chǎn)中由于單流閥節(jié)流引起的井液流速變化規(guī)律，詳細(xì)了解油管損壞的原因，并提出了改進(jìn)建議。

電泵；單流閥；ANSYS；模擬

潛油電泵以其本身具有排量大、揚(yáng)程高、管理方便等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為油田的主要采油工藝之一。由于其產(chǎn)液量大，流速快，近年來(lái)不斷出現(xiàn)電泵井單流閥上部第一根油管絲扣刺損的現(xiàn)象，不僅造成電泵井作業(yè)井次增加，而且造成生產(chǎn)成本的加大，制約了電泵采油工藝的應(yīng)用。

1 電泵井單流閥結(jié)構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)電泵管柱（自下而上）為：扶正器、潛油電機(jī)、保護(hù)器、分離器、離心泵、油管、單流閥、油管、泄油閥、油管一直到井口。單流閥的作用，是防止在電泵停機(jī)時(shí)異物進(jìn)入離心泵流道，造成機(jī)組重新啟動(dòng)時(shí)困難，甚至泵卡造成電機(jī)過(guò)載燒毀。電泵井單流閥主要由上接頭、凡爾球、凡爾座、下接頭和擋板組成（圖1）。

圖1 單流閥結(jié)構(gòu)示意圖

2 存在問(wèn)題

單流閥上端連接的油管，除了承受整套電泵機(jī)組的重量，還承受井液形成靜壓頭。從現(xiàn)場(chǎng)的油管損壞來(lái)看，損壞油管主要為單流閥上端的第一根，其余油管很少出現(xiàn)類(lèi)似失效現(xiàn)象。初步判斷損壞的原因，應(yīng)該是由于安裝了單流閥，造成井液加強(qiáng)了對(duì)油管的沖擊力，減少了該油管的使用壽命。當(dāng)井液通過(guò)單流閥后，擋板形成較小的流通面積，流速增加。由于單流閥上接頭與油管公扣連接時(shí)形成臺(tái)階，高速井液直接對(duì)油管進(jìn)行沖擊。隨著時(shí)間的增加，油管逐漸損壞，嚴(yán)重時(shí)油管穿孔，造成油管內(nèi)液體泄漏到環(huán)套空間，井口無(wú)壓力無(wú)流量。油管泄漏故障，必須進(jìn)行作業(yè)更換油管，同時(shí)還需對(duì)電泵機(jī)組進(jìn)行必要的保養(yǎng)，重新起下機(jī)組額外增加了作業(yè)成本，并對(duì)油田的產(chǎn)量造成了一定的影響。

3 流體流速分析與計(jì)算

根據(jù)伯努利方程可知，速度頭越大，在油管扣處形成壓頭也就越大，因此井液速度的大小和方向?qū)τ凸艿膿p壞影響比較大。為了進(jìn)一步詳細(xì)分析流體通過(guò)單流閥后，井液速度的大小和方向的分布情況，利用有限元法對(duì)單流閥和油管形成的空間進(jìn)行速度場(chǎng)的計(jì)算，并且比較單流閥尺寸調(diào)整后的速度變化情況，為單流閥的改進(jìn)，防止油管損壞，提高電泵機(jī)組的檢泵周期提供必要的理論基礎(chǔ)。

3.1 模型的建立

計(jì)算模型建立的是流場(chǎng)模型，油管管體和單流閥為流體邊界。計(jì)算速度分布的流場(chǎng)模型，主要位于單流閥上接頭和油管交接處形成的流體空間。計(jì)算的主要目的，是要得到井液經(jīng)過(guò)單流閥到達(dá)油管后（油管和單流閥形成的變徑位置）的速度，才能了解單流閥的安裝對(duì)井液的速度形成的影響，從而詳細(xì)了解油管損壞的具體原因。鑒于流經(jīng)單流閥的流場(chǎng)的軸對(duì)稱(chēng)性(圖2)，為了更好地觀察到流場(chǎng)內(nèi)部的具體情況，現(xiàn)將流場(chǎng)進(jìn)行8等分來(lái)進(jìn)行計(jì)算(圖3)。

圖2 流場(chǎng)模型

圖3 計(jì)算模型

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

從速度云圖（圖4）和速度分布曲線（圖5）來(lái)看，在變徑位置（油管公扣處）流體的最大速度為5.572 m/s，對(duì)油管的沖擊力較大。當(dāng)流體繼續(xù)往上流動(dòng)時(shí)，速度變小趨于緩和，并且出現(xiàn)旋流現(xiàn)象。針對(duì)此現(xiàn)象，如果加大變徑位置的軸向長(zhǎng)度，速度應(yīng)該會(huì)趨于緩和，減少流體對(duì)油管的沖擊速度，減弱沖擊力，延長(zhǎng)油管的使用壽命。

圖4 軸向速度云圖

圖5 變徑位置速度分布曲線

4 改進(jìn)措施及應(yīng)用效果

尺寸調(diào)整前，變徑位置速度峰值為5.572m/s(圖5)，尺寸調(diào)整后，變徑位置速度峰值為3.996m/s(圖7)，速度下降了1.576m/s，變化率為28%。同時(shí)從速度曲線以及速度云圖（圖6）可以看出，尺寸調(diào)整后流體速度變化趨于緩和，從而可以減弱流體對(duì)油管的沖擊，降低油管的磨損速度。

圖6 軸向速度云圖

圖7 變徑位置速度分布曲線

5 結(jié)束語(yǔ)

從模擬計(jì)算結(jié)果來(lái)看，通過(guò)增加變徑位置的長(zhǎng)度尺寸，可以降低井液速度的峰值，可以有效的降低流體對(duì)油管沖擊磨損。同時(shí)為了進(jìn)一步降低流體對(duì)油管沖擊磨損，可以采用增加入口面積，降低入口流體速度的方法。

[1]萬(wàn)人溥，羅英俊.采油技術(shù)手冊(cè)(修訂本)[K].北京：石油工業(yè)出版社,1993.

[2]張 毅.采油工程技術(shù)新進(jìn)展[M].北京:中國(guó)石化出版社,2005.

Analysis of Throttling Impact of Check Valve in ESPWells and Improvement Measures

ZHANG Sen
(Shengli Oilfield Rod less Pumps,Inc.,Dongying Shandong257000,China)

This article,using ANSYSmodeling,simulated and analyzed the change rule of fluid flowrate caused by of check valves throttling during ESP production,understood the cause of tubing damage in detail and put forward suggestions for improvement.

ESP;single flow valve;ANSYS;simulation

TH38

B

1672-545X（2011）08-0185-02

2011-05-09

張 森（1981—），男，河北石家莊人，助理工程師，2007年畢業(yè)于莫斯科國(guó)立大學(xué)，現(xiàn)從事電泵應(yīng)用與貿(mào)易工作。