油氣混輸泵的發(fā)展價值1油氣混輸技術(shù) 近年來，我國工業(yè)飛速發(fā)展，對能源的需求量與日俱增[1]。我們的國家地大物博，石油和天然氣資源十分豐富，在東北的大慶、華北的勝利、中原油田、新疆的克拉瑪依油田、渤海、東海等地區(qū)都進(jìn)行著油氣開采工程[2]。 傳統(tǒng)的油氣分輸工藝在油氣資源的開發(fā)過程中，油氣混合物先被抽油泵從油井中抽出，然后經(jīng)過多相混輸管道輸送到油氣分離裝置中，分離后的氣體經(jīng)輸氣管道通過壓縮機(jī)增壓長距離輸送至儲氣罐；分離后的液體經(jīng)輸油管道和輸油泵后，長距離運(yùn)輸至儲油箱中。這種方法不僅要建設(shè)油氣水集中處理站，還要為之配備龐大的配套工程設(shè)備，耗資巨大。圖1.1油氣分輸工藝圖 油氣混輸工藝則將開采的油氣混合介質(zhì)通過多相混輸泵直接長距離輸送到油氣分離裝置中，然后再分開輸送，減少了運(yùn)輸管道的應(yīng)用。多相混輸技術(shù)可以在一個地區(qū)范圍內(nèi)對油氣能源進(jìn)行集中開發(fā)，降低建設(shè)處理站的成本，同時，將一些油氣分輸實(shí)行困難的油田進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、有效的開發(fā)。近幾年來，油氣混輸工藝技術(shù)我國的各個油田應(yīng)用廣泛。在油氣井口采用混輸工藝技術(shù)可以降低進(jìn)口回壓，從而提高采油效率。圖2油氣輸送工藝圖 油氣混輸技術(shù)有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益，具有很好的發(fā)展前景。目前大多數(shù)油氣混輸?shù)母咝录夹g(shù)都被國外公司掌握，形成了封鎖圈。為了突破這種封鎖，我們需要自主創(chuàng)新，走創(chuàng)新道路[4]。綜上所述，加強(qiáng)對油氣混輸技術(shù)和設(shè)備的研究具有重要意義，同時也是提高能源開采效率，是推動我國工業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。2油氣混輸泵 混輸泵之于多相混輸系統(tǒng)就像人的心臟之于人一樣，是多相混輸系統(tǒng)的核心，也是發(fā)展混輸技術(shù)的研究重點(diǎn)[5]。幾十年來，許多發(fā)達(dá)國家都投入了大量資金對多相流理論和混輸泵進(jìn)行研究開發(fā)，并取得了巨大的成就。截止至今，已經(jīng)研發(fā)出了各種不同功能的混輸泵，其中一部分已經(jīng)運(yùn)用于實(shí)際工程中，大大提高了工作效率。油氣混輸技術(shù)在我國起步較晚，投入的研究成本較小，雖然現(xiàn)在國內(nèi)已有不少學(xué)者致力于多相混輸泵的研究，并取得了一定成就，但是相較于國外的先進(jìn)技術(shù)仍有較大差距[6]。 氣液兩相流泵發(fā)展至今已經(jīng)有了許多不同的種類，分類方式也很多，按照其運(yùn)輸流體方式的不同，可以分為葉輪式泵和容積式泵[7]。葉輪式泵主要依靠葉輪的旋轉(zhuǎn)提供能量，為流體增壓，實(shí)現(xiàn)泵內(nèi)運(yùn)輸。透平式泵結(jié)構(gòu)簡單緊湊、操作方便，但只適合輸送氣液比低的流體，且對吸入條件敏感。容積式氣液兩相流泵通過周期性地改變工作腔容積將流體從低壓吸入、增壓，然后輸出，目前生產(chǎn)過程中螺桿混輸泵的使用較多[8]。與葉輪式泵相比，容積式泵增壓穩(wěn)定，受流體含氣率的影響小，工作壽命較長。但是容積泵是通過改變工作腔內(nèi)部空間來改變壓力從而運(yùn)輸流體的泵，對使用環(huán)境的空間大小有一定要求，較笨重，且受固體顆粒的影響大。目前沒有一種泵能應(yīng)對所有工況，人們需要針對各個地區(qū)工作環(huán)境的不同，對不同特性和用途的多相流泵進(jìn)行研究，以推進(jìn)多相流泵在我國石油油氣開采的應(yīng)用[9]。 往復(fù)式油氣混輸泵屬于容積式泵的一種，其主要通過活塞的往復(fù)運(yùn)動來周期性的改變工作腔容積，對流體介質(zhì)進(jìn)行吸入與排出，是一種結(jié)構(gòu)簡單的氣液兩相流泵。往復(fù)式油氣混輸泵增壓效果好、效率高、能輸送較高含氣率的介質(zhì)。因此，對往復(fù)式油氣混輸泵展開深入的研究，充分利用其優(yōu)勢，將會在很大程度上降低油氣資源開發(fā)成本，帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。但由于往復(fù)式混輸泵體積重量大，排出流量脈動強(qiáng)等特點(diǎn)，且國內(nèi)外學(xué)者對往復(fù)式油氣混輸泵開展的研究工作較少。因此市面上往復(fù)式油氣混輸泵的產(chǎn)品很少，在工程中的應(yīng)用也比較晚，直到1998年6月第一臺油氣混輸柱塞泵才在加拿大的國際油田使用[10]。 至今為止，和往復(fù)式混輸泵直接相關(guān)的文獻(xiàn)較少，對往復(fù)式混輸泵的研究還未真正的被人們重視。由于往復(fù)式混輸泵主要工作部件為活塞和單向閥，且兼具活塞式壓縮機(jī)和往復(fù)式容積泵兩者的性能特性[11,12]。許多學(xué)者通過傳統(tǒng)的往復(fù)泵、活塞式壓縮機(jī)和往復(fù)泵閥及多相流方面對其流量特性進(jìn)行了廣泛研究，但是仍然存在精度不高，適用范圍小等問題。鑒于往復(fù)式混輸泵的工作特性，即每個工作腔都是相互獨(dú)立的，多缸多作用往復(fù)式混輸泵的工作過程可以簡化為多個單缸單作用往復(fù)式混輸泵工作腔的工作過程[13]。一般情況下，單個工作腔完成一個周期的時間極短，且流量脈動較強(qiáng)，而泵內(nèi)工作腔的瞬時流量值并不能利用現(xiàn)