1、摘要摘要 現(xiàn)在有桿泵抽油在各大油田的生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位，但眾所周知，油層除了產(chǎn)出 原油同時(shí)還會(huì)產(chǎn)出大量的伴生天然氣。而這些伴生的天然氣不可避免的有一部分會(huì) 進(jìn)入泵筒，這部分氣體會(huì)占據(jù)泵筒的容積，從而造成泵筒的容液量大大的減小。由 此，我們就會(huì)想到，把這些伴生的天然氣在進(jìn)入泵筒之前從液體中分離出去，不讓 它進(jìn)入泵筒內(nèi)。這樣就有了井下氣液分離器即氣錨的出現(xiàn)。 現(xiàn)有的氣液分離器大多是利用重力作用式和離心作用式。但是由于諸多原因， 現(xiàn)在的分離器只能在一定程度上盡量減少氣體的進(jìn)入量，即使氣體進(jìn)入量很小，其 對(duì)泵效的影響也是不容小覷的。因此設(shè)計(jì)出效果更好的氣錨，仍然是很有必要的。 本設(shè)計(jì)中的氣錨是利用了重力

2、作用式與離心作用式相結(jié)合的高效氣錨。將重力 分離部未能完全分離的氣體在離心分離部分分離出去，以保證高效的抽油效率。該 新型氣液分離器適用于氣液比較高的油井。在此分離器內(nèi)設(shè)置了單獨(dú)的氣、液流道， 更加有利于氣液的分離。該分離器是在泵上沖程抽汲時(shí)實(shí)現(xiàn)分離，而在泵下沖程時(shí) 將氣體排入油套環(huán)空 關(guān)鍵詞：氣錨；重力式分離；離心式分離關(guān)鍵詞：氣錨；重力式分離；離心式分離 Abstract Now the rod pumping is also the most important method of oil production. But as we know, the reservoir yields

3、not only oil but also a lot of gas. And inevitably, part of the gas will enter the pump and occupy its volume. Therefore the pumps volume for the oil will reduce seriously. So, we will thought that, separate the gas from the oil before it entering the pump. And the gas/oil separator is invented. Man

4、y separator used now use the gravity separation and centrifugal separation. But, of many reasons, to some extent they could only reduce the volume of gas which will enter the pump. Although the volume of entered gas is lot large, it will affect the pumping efficiency to a extent. So, to design a mor

5、e efficient anchor is necessary. The separator I designed used the gravity separation with the centrifugal separation. In the centrifugal separator will separate the gas which is not completely separated in the gravity separator, so that the pump can have a high efficiency. This new separator is sui

6、table for the well which has a high gas-oil ratio. It provides separated passage for the gas and oil, so the separation will be better. In this separator, separation is achieved when the pump stroking upward and exhausting the gas to the casing when the plunger going downward. Keyword: Separator；Gra

7、vity separation；Centrifugal separation 目錄目錄 摘要摘要.I ABSTRACT.II 目錄目錄.I 1 1 引言引言.1 1.1 問(wèn)題的提出與研究意義.1 1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀.1 1.3 主要研究?jī)?nèi)容.4 2 2 分離器的分氣機(jī)理研究分離器的分氣機(jī)理研究.5 2.1 現(xiàn)有氣液分離器大致分類.5 2.2 各種分離器的分氣機(jī)理.5 2.2.1 利用滑脫效應(yīng)的氣錨.5 2.2.2 利用離心效應(yīng).7 2.2.3 利用捕集效應(yīng).7 2.2.4 利用氣帽排氣效應(yīng)。.8 3 3 新型氣液分離器結(jié)構(gòu)方案新型氣液分離器結(jié)構(gòu)方案.9 3.1 結(jié)構(gòu).9 3.2 分氣原理

8、介紹.9 4 4 新型氣液分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算新型氣液分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算.11 4.1 重力式部分計(jì)算.11 4.1.1 計(jì)算氣錨外殼內(nèi)徑 D1 和吸入管外徑 D2.11 4.1.2 計(jì)算氣錨分離室長(zhǎng)度.12 4.1.3 確定進(jìn)液孔尺寸.13 4.2 離心式部分計(jì)算.13 4.2.1 單氣泡在螺旋中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.14 4.2.2 液氣混合物在螺旋內(nèi)的流量.15 4.2.3 分離器儲(chǔ)氣部分長(zhǎng)度以及直徑計(jì)算.17 5 5 排氣閥部分的計(jì)算排氣閥部分的計(jì)算.19 5.1 排氣閥直徑的選擇.19 5.2 閥座口結(jié)構(gòu).19 5.2.1 閥座錐角選擇.19 5.2.2 閥座研合寬度.20 5.2.3 閥座

9、外形結(jié)構(gòu)的選擇.20 5.3 球閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算.20 5.3.1 研合深度.20 5.3.2 閥座孔徑.21 5.3.3 閥口大徑.21 5.3.4 閥座端面大徑.21 5.3.5 心座距.21 5.3.6 球室高度.21 5.3.7 閥座厚度.22 5.4 排氣閥開啟問(wèn)題分析.22 6 6 排氣導(dǎo)管密封裝置的選擇排氣導(dǎo)管密封裝置的選擇.24 7 各部分接頭的設(shè)計(jì)各部分接頭的設(shè)計(jì).25 結(jié)論結(jié)論.28 致謝致謝.29 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).30 1 1 引言引言 1.11.1 問(wèn)題的提出與研究意義問(wèn)題的提出與研究意義 絕大多數(shù)的油田生產(chǎn)時(shí)都有伴生氣同時(shí)產(chǎn)出，不可避免地要有一部分氣體進(jìn)入 泵筒，這部

10、分氣不但占據(jù)了泵筒的有效空間，減少吸入的油量，形成吸入過(guò)程的無(wú) 效沖程，而且這部分游離氣在柱塞由上死點(diǎn)下行時(shí)受壓縮，不能像液體受壓縮時(shí)那 樣壓力很快上升，達(dá)不到柱塞上部液柱壓力時(shí)，游動(dòng)閥打不開，不能進(jìn)行排油，當(dāng) 泵筒中都充滿氣時(shí)，游動(dòng)閥始終打不開，就形成了氣鎖。為了降低氣體對(duì)抽油泵的 影響，提高抽油泵泵效和油井產(chǎn)量，通常采用以下幾種方法:一是增加泵的沉沒(méi)度提 高抽油泵入口壓力，減少自由氣對(duì)泵的影響;二是采用井下氣錨,使進(jìn)泵流體在進(jìn)泵 前實(shí)現(xiàn)氣液分離,達(dá)到提高泵效的目的，現(xiàn)普遍采用的是第二種方法。而氣錨多數(shù)是 基于重力原理和慣性原理在氣錨內(nèi)分氣的氣體分離工具。也存在著游離氣體不能完 全分離出來(lái),

11、氣鎖問(wèn)題不能從根本上解決。三是在泵的結(jié)構(gòu)上,減小柱塞在下死點(diǎn)處 和固定閥間的余隙容積或使用雙游動(dòng)閥和兩級(jí)壓縮抽油泵。此方法存在泵安全強(qiáng)度 差,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高的弊端。 1.21.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 （1）國(guó)內(nèi)外的石油工作者對(duì)氣錨的研究有較長(zhǎng)的歷史，而且現(xiàn)在已經(jīng)在大量應(yīng) 用，氣錨的類型很多，國(guó)外早在 60 年代以前廣泛使用簡(jiǎn)單氣錨、多級(jí)簡(jiǎn)單氣錨，到 60 年代中末期退出螺旋式氣錨，70 年代出現(xiàn)碗式氣錨，80 年代對(duì)螺旋氣錨從理論 上有所突破，直徑不段減小，效率不斷提高。但是氣錨大多都是利用重力式作用或 者離心式作用。在石油工業(yè)方面我們比國(guó)外晚，所以在裝備上也比國(guó)外起步要晚，

12、但是最近這些年我們國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了很多效果很好的井底氣錨。現(xiàn)就幾種典型的氣錨 介紹一下。 圖圖 1-11-1 這種氣錨是美國(guó)石油工作者于 1947 年設(shè)計(jì)的，它利用了重力分離同時(shí)還加入了 一個(gè)迷宮結(jié)構(gòu)，這個(gè)迷宮結(jié)構(gòu)可以在液體進(jìn)入錨筒向下流動(dòng)的過(guò)程中將液流反復(fù)地 在徑向方向甩進(jìn)甩出。這樣就促進(jìn)了液流在下行過(guò)程中氣體從中分離出來(lái)。 圖圖 1-2 旋流式氣錨結(jié)構(gòu)原理圖 圖圖 1-3 外管、襯官、內(nèi)吸管剖面圖 （2）上圖是由中原油田采油二廠設(shè)計(jì)的漩流式氣錨，主要由上接頭、外管、襯 管、內(nèi)吸管（內(nèi)吸管是接在氣錨主體內(nèi)吸管接頭下部具有相應(yīng)長(zhǎng)度和直徑的一根管 子）和下接頭組成，見圖 1-2。外管上有很多小孔，孔

13、的方向與外管內(nèi)表面上相切并 向下傾斜，襯管上開有通道，外管與襯管之間形成一個(gè)環(huán)形空間，見圖 1-3。油氣混 合液先經(jīng)過(guò)外管再經(jīng)過(guò)襯管，最后由內(nèi)吸管進(jìn)入抽油泵，由于外管上的切線小孔的 內(nèi)表面是粗糙的，混合在液體里的氣體經(jīng)過(guò)時(shí)受到剪切作用，一部分氣體被分離， 進(jìn)入外管與內(nèi)管環(huán)形空間的油氣混合液形成漩轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，油氣混合液 進(jìn)行第二次分離。 氣體上升經(jīng)過(guò)外管排出，液體下降經(jīng)過(guò)襯管進(jìn)入由襯管和內(nèi)吸管組成的環(huán)形空 間，未被分離的氣體利用重力分離原理進(jìn)行第三次分離，最后剩余的油液進(jìn)入泵體。 （3）偏心氣錨是根據(jù)吐哈油田高氣油比特點(diǎn)，在結(jié)合國(guó)外最新的抽油井防氣技 術(shù)的基礎(chǔ)上，由吐哈鉆采工藝研究院獨(dú)

14、立研制開發(fā)的一種新型井下油氣分離器。該 工具是通過(guò)特殊的偏心結(jié)構(gòu)，將油套環(huán)形空間分成大小不等的兩個(gè)流道，改變井下 流體的速度場(chǎng)，增大氣體逃逸速度，改變井下壓力場(chǎng)，造成液體特殊的回流特性， 同時(shí)采用特殊的流道設(shè)計(jì)，使氣錨吸入流體為回流液體，增加流體的變向達(dá) 2700， 大大提高了氣錨分氣效率和對(duì)高氣液比的適應(yīng)性。 其技術(shù)規(guī)格如下： 適用 5-1/2套管的偏心氣錨 連接扣型：2-7/8 TBG 最大外徑：109mm 工具總長(zhǎng)：8130mm 適用產(chǎn)氣量范圍：15m3/d； 適用氣液比范圍：（50-3766 m3/m3，推薦小于 800m3/m3） 適用 7套管的偏心氣錨 連接扣型：2-7/8 TBG

15、 最大外徑：127mm 工具總長(zhǎng)：8130mm 適用產(chǎn)氣量范圍：15m3/d； 適用氣液比范圍：（50-7551m3/m3，推薦小于 800m3/m3） 現(xiàn)有的井下重力式分離器差不多都是利用油套環(huán)空作為其沉降分離體，而用于 有桿泵抽油的螺旋分離器也都是利用螺旋流道，加上泵的抽汲，使得液流自己在流 道內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)進(jìn)而產(chǎn)生較大的離心力，使得密度較大的液體被甩到螺旋空間外部， 而氣體則在螺旋內(nèi)半徑附近，進(jìn)入螺旋芯管，從而經(jīng)過(guò)氣罩上的排氣閥排入油套環(huán) 空。 1.31.3 主要研究?jī)?nèi)容主要研究?jī)?nèi)容 （1）廣泛收集國(guó)內(nèi)外關(guān)于油氣分離器的分離機(jī)理以及結(jié)構(gòu)介紹的文獻(xiàn)資料。了 解現(xiàn)有的各種分離器的優(yōu)缺點(diǎn)； （2）

16、根據(jù)自己已有的機(jī)械設(shè)計(jì)制造方面的知識(shí)以及參考設(shè)計(jì)手冊(cè)，計(jì)算出各個(gè) 部件的相關(guān)參數(shù)； （3）設(shè)計(jì)各個(gè)流道分隔處的接頭； （4）選擇各個(gè)聯(lián)接處的螺紋： （5）各個(gè)零部件設(shè)計(jì)。 2 2 分離器的分氣機(jī)理研究分離器的分氣機(jī)理研究 2.12.1 現(xiàn)有氣液分離器大致分類現(xiàn)有氣液分離器大致分類 氣液分離器按找分離原理可以分為 （1）利用滑脫效應(yīng) （2）利用離心效應(yīng) （3）利用捕集效應(yīng) （4）利用氣帽排氣效應(yīng)。 2.22.2 各種分離器的分氣機(jī)理各種分離器的分氣機(jī)理 2.2.1 利用滑脫效應(yīng)的氣錨利用滑脫效應(yīng)的氣錨 圖圖 2-12-1 簡(jiǎn)單氣錨結(jié)構(gòu)示意圖 這種氣錨以國(guó)內(nèi)最早使用的簡(jiǎn)單氣錨為代表(見圖 2-1)

17、。 a.上沖程時(shí)分氣過(guò)程可分為四個(gè)步驟。 第一步驟,氣泡在套管內(nèi)隨液流上升時(shí),由于油氣密度差使油氣產(chǎn)生滑脫,氣泡上 行速度 Vg 等于液體上升速度 Vf 加上氣泡在靜止液體中上升速度 Vd。因此，氣泡上 升速度較液體上升速度快一個(gè) Vd，進(jìn)行氣泡首次分離。 根據(jù)斯托克公式 （2-1） 2 0 1.8 dog d g v 式中 氣泡在靜止液體中的上浮速度， cm/s； d v 氣泡直徑，cm，一般取 0.10.2cm；d: 原油密度，g/cm3； o 氣體密度，g/cm3； g 油的動(dòng)力粘度，Pa.s； 0 重力加速度，cm/s2。g 因此，氣泡上浮速度與氣泡直徑平方成正比，與液體粘度成反比。降

18、低泵吸入口壓 力使氣泡直徑變大會(huì)大大提高分氣能力，而高粘原油中氣泡不易分離。 第二步驟,當(dāng)氣泡到達(dá)氣錨進(jìn)液孔附近時(shí),液流要流向氣錨進(jìn)液孔,流動(dòng)方向發(fā)生 改變,氣泡上升速度及方向也將改變,氣泡垂直分速度為，水平分速度為流體 dfv vv 的水平分速度，如圖 2-1 所示。 fh v 由圖可見，液體比氣泡更容易進(jìn)入氣錨,而且液體中氣泡能否進(jìn)入氣錨將取決與 垂直分速度與水平分速度的比值。垂直分速度愈大，水平分速度愈小，則氣泡越不 容易進(jìn)入氣錨。因此，越靠近氣錨的氣泡，水平分速度愈大，越容易被液流帶入氣 錨。氣泡直徑越小,垂直分速度愈小，越容易被液流帶入氣錨。 第三步驟,進(jìn)入進(jìn)液孔的氣泡,在進(jìn)液孔附近

19、進(jìn)行三次分離。當(dāng)油氣剛進(jìn)入氣錨 時(shí)，液體流向是近似水平的，而氣泡有向上的上浮速度，這時(shí)有部分氣泡上浮到氣 帽中，從排氣孔排出。 第四步驟,氣泡在氣錨內(nèi)環(huán)形空間進(jìn)行四次分離。這時(shí)氣泡速度是液流下行速度 減去氣泡上浮速度，氣錨環(huán)形空間有一部分能分離的最小氣泡滯留在環(huán)形空間。 b.下沖程時(shí)(泵排出階段)，不吸入,僅排液,此時(shí)泵固定閥以下液體流速為零。 這時(shí)氣錨中滯留的氣泡在靜止?fàn)顟B(tài)下上浮至氣錨的氣帽中,排到套管環(huán)形空間。這時(shí) 分氣效率最高的階段。 2.2.22.2.2 利用離心效應(yīng)利用離心效應(yīng) 圖圖 2-22-2 螺旋氣錨示意圖 由于滑脫效應(yīng)的氣錨分離效率較低,對(duì)于大產(chǎn)量、高氣油比及高粘度油井,往往

20、 設(shè)計(jì)氣錨外徑過(guò)大,大于套管允許的直徑。為了解決這個(gè)矛盾,利用離心效應(yīng)設(shè)計(jì)氣 錨,以螺旋式氣錨為代表,使含氣油流在氣錨內(nèi)旋轉(zhuǎn)流動(dòng),利用不同密度的流體離心力 不同,使被聚集的大氣泡沿螺旋內(nèi)側(cè)流動(dòng),帶有未被分離的小氣泡的液體則沿外側(cè)流 動(dòng)。被聚集的大氣泡不斷聚集,沿內(nèi)側(cè)上升至螺旋頂部聚集成氣帽,經(jīng)過(guò)排氣孔排到 油套環(huán)形空間;下沖程時(shí),泵停止吸油,油套環(huán)形空間和氣錨內(nèi)的液體中含的小氣泡滑 脫上浮,一部分上浮到泵上油套環(huán)空,另上浮進(jìn)入氣帽排入油套環(huán)空,液流沿外側(cè)經(jīng)過(guò) 液道進(jìn)泵,如圖 2-2。這種氣錨對(duì)產(chǎn)量越高、氣油比越大、氣泡直徑越大,油氣分離 效果越高,增加螺旋圈數(shù)、減小螺旋外徑都可以提高分離效率。

21、 2.2.32.2.3 利用捕集效應(yīng)利用捕集效應(yīng) 圖圖 2-32-3 盤式氣錨示意圖 如前所述,氣泡直徑越大,分氣效率愈高,因此使小氣泡聚集成大氣泡便會(huì)大大地 提高分氣效率。盤式氣錨(如圖 2-3)所示,其分氣原理是以集氣盤作為氣泡捕集器, 將氣泡聚集后利用液流的 90轉(zhuǎn)向時(shí)的離心效應(yīng),使油氣分離。氣體在盤內(nèi)聚集溢 出時(shí)形成大氣泡,沿氣錨外殼的內(nèi)壁上浮至氣帽,經(jīng)排氣孔排到套管環(huán)形空間,而液體 從吸入孔進(jìn)入吸入管進(jìn)泵。這種氣錨效率比簡(jiǎn)單氣錨好,但低于離心效應(yīng)氣錨。 2.2.42.2.4 利用氣帽排氣效應(yīng)。利用氣帽排氣效應(yīng)。 圖圖 2-42-4 氣錨排氣效應(yīng)原理圖 為了有效地將進(jìn)液孔與排氣孔分開,

22、設(shè)計(jì)氣錨時(shí)往往采用氣帽與和排氣閥的結(jié)構(gòu),以 確保排氣孔不進(jìn)液,只排氣,結(jié)構(gòu)如圖 2-4 所示。其原理是,氣錨內(nèi)分出的氣體上浮進(jìn) 入氣帽,使其充滿氣體。設(shè)進(jìn)液孔處壓力為 P,則排氣孔外的壓力等于 P 減去液柱壓 力$Pf,而排氣孔內(nèi)的壓力等于 P 減去氣柱壓力Pg。因?yàn)镻fPf,所以,排氣孔內(nèi) 壓力大于排氣孔外壓力,當(dāng)這兩個(gè)壓力差值大于克服排氣閥質(zhì)量時(shí),則閥自動(dòng)打開放 氣。 3 3 新型氣液分離器結(jié)構(gòu)方案新型氣液分離器結(jié)構(gòu)方案 3.13.1 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 1-上接頭 2-排氣導(dǎo)管 3-排氣閥罩 4-排氣閥球 5-閥座 6-氣罩 7-儲(chǔ)氣管上接頭 8-儲(chǔ)氣 管 9-上錨筒 10-儲(chǔ)氣管下接頭 11-中

23、間接頭 1 12-螺旋 13-螺旋外管 14-中間接頭 2 15-內(nèi)中心管 16-下錨筒 17-下接頭 18-堵頭 圖 3-1 新型井下氣液分離器結(jié)構(gòu)原理圖 本氣錨有上、下兩級(jí)（見圖 3-1） 。上級(jí)為螺旋氣錨，由上接頭、閥球、閥座、 儲(chǔ)氣部分、上錨筒、螺旋外管以及螺旋組成;下級(jí)為沉降氣錨，由下錨筒、內(nèi)中心管、 下接頭等組成。該型氣錨適用于泵的下面不帶封隔器進(jìn)行封下采上的生產(chǎn)管柱。 3.23.2 分氣原理介紹分氣原理介紹 該氣錨的分氣過(guò)程見圖 3-2 分為四個(gè)階段: 第一階段是氣泡在套管與氣錨環(huán)形空間進(jìn)行分離。當(dāng)氣泡隨原油流向氣錨時(shí)， 由于液流方向的改變，在油氣密度差的作用下，部分氣泡直接上浮

24、到油套環(huán)形空間。 第二階段是進(jìn)入錨筒的氣泡在氣錨孔眼部分進(jìn)行分離。當(dāng)氣液混合物剛進(jìn)入錨 筒時(shí)，液流為水平方向，而氣泡有向上的垂直分速，因此在這一區(qū)域內(nèi)，將有部分 氣泡上浮到錨筒頂部，經(jīng)過(guò)錨筒孔眼排到油套環(huán)形空間。 第三階段是錨筒內(nèi)被液流帶至孔眼以下的氣泡在錨筒環(huán)形空間分離。在錨筒環(huán) 形空間的氣泡，其中部分直徑較大的氣泡，因有一定的上浮速度，并不完全以與液 流相同的速度向下流動(dòng)進(jìn)入內(nèi)中心管，必然滯留在錨筒環(huán)形空間?；钊聸_程時(shí)， 由于液體速度為零，這部分氣泡便上浮到錨筒環(huán)形空間頂部經(jīng)過(guò)孔眼進(jìn)入油套環(huán)形 空間。 圖圖 3-33-3 第四階段是被液流攜帶入中心管的小氣泡在螺旋氣錨內(nèi)分離。進(jìn)入螺旋氣錨

25、的 氣液混合物，通過(guò)螺旋器產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，由于油氣密度不同，產(chǎn)生的離心力使得 原油沿螺旋外側(cè)流動(dòng)，氣泡沿螺旋內(nèi)側(cè)流動(dòng)，并形成大氣泡上升到螺旋器頂部進(jìn)入 氣罩，然后通過(guò)單向閥排入油套環(huán)形空間。 這種氣錨將重力型氣錨與離心型氣錨有機(jī)地結(jié)合在一起，吸收了兩者之長(zhǎng)，克 服了兩者單獨(dú)使用的不足。 4 4 新型氣液分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算新型氣液分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 氣液分離器的計(jì)算包括，重力分離部分和離心分離部分。重力式部分按照簡(jiǎn)單 氣錨的設(shè)計(jì)計(jì)算來(lái)計(jì)算。 4.1 重力式部分計(jì)算重力式部分計(jì)算 按照簡(jiǎn)單氣錨的設(shè)計(jì)計(jì)算可知，此部分需要計(jì)算的參數(shù)有： （1）氣錨外殼內(nèi)徑 D1和吸入管外徑 D2 ； （2）氣錨分

26、離室長(zhǎng)度； （3）確定進(jìn)液孔尺寸。 4.1.14.1.1 計(jì)算氣錨外殼內(nèi)徑計(jì)算氣錨外殼內(nèi)徑 D1D1 和吸入管外徑和吸入管外徑 D2D2 如前所述，欲使氣錨分氣效率最高，一般是取氣錨環(huán)行空間液流速度 vf等于需 要分離的最小氣泡的上浮速度 vd，也就是 vg=0。如果忽略氣體密度取=0，則公 g 式可改寫為： （4-1） 2 0 1.8 d d g v 式中， 原油的運(yùn)動(dòng)粘度，cm2/s。 0 氣錨環(huán)形空間流速為 2 22 120 4 60 4 p f D Sn v DD （4-2） 2 22 12060 P D Sn DD 式中, vf氣錨環(huán)形空間液流流速，cm/s； Dp抽油泵活塞直徑，c

27、m； S光桿沖程，cm； n沖數(shù)，min-1； 泵效； D1氣錨外殼內(nèi)徑，cm； D2吸入管外徑，cm； 氣錨體積利用系數(shù)。 0 其中 一般取 0.6，一般也取 0.6，則上面的公式可簡(jiǎn)化為： 0 （4-3） 2 22 12 60 p f D Sn v DD 由設(shè)計(jì)原則 （4-4） df vv 將（2） 、 （4）帶入（5 式得 （4-5） 2 02 12 2 0.03 p D Sn DD d g 此處取 D1=62mm，而原始參數(shù)有 Dp=44mm； S=4.8m； n=6min-1； d=1mm； g=10m/s2 而且， 經(jīng)計(jì)算得 12.5mm2/s 0 將以上數(shù)據(jù)帶入公式（4-5）得，

28、 D2=42mm 4.1.24.1.2 計(jì)算氣錨分離室長(zhǎng)度計(jì)算氣錨分離室長(zhǎng)度 為了保證在上沖程泵吸入過(guò)程中使分離室內(nèi)氣泡在這一級(jí)的分離效率要達(dá)到 90%， 分離室體積至少要等于泵的一個(gè)沖程吸入體積的 90%，所以 （4-6） 2 2min 22 012 0.9 p D S l DD 式中 氣錨分離室最小長(zhǎng)度，cm。 2min l 將上面的已知參數(shù)帶入上式得 =6700mm 2min l 氣錨分離室的最大長(zhǎng)度，應(yīng)保證泵在每個(gè)排油時(shí)間內(nèi)將需要分離的最小氣泡上浮到 氣帽內(nèi)由公式， （4-7） 0 2max 30 d K v l n 式中 氣錨分離室最大長(zhǎng)度，cm； 2max l 滑脫經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。 0

29、K 取 1.2，公式（4-7）就可以簡(jiǎn)化為， 0 K （4-8） 2 2max 0 20d g l n 將上面的參數(shù)帶入公式（4-8）得 =2665mm 2max l 由于上面所述的兩個(gè)要求要同時(shí)滿足，所以取它們中的較大值作為該級(jí)氣錨分 離室的長(zhǎng)度，即=6700mm 2 l 4.1.34.1.3 確定進(jìn)液孔尺寸確定進(jìn)液孔尺寸 進(jìn)液孔的面積應(yīng)大于或者等于固定閥座內(nèi)孔面積的 4 倍。根據(jù)原始參數(shù)抽油泵 的泵徑為 44mm，所以查得，抽油泵閥座孔的內(nèi)徑為 22.5mm，所以，其面積為， 2 2 D S 2 2 22. 5 2 398m m 所以進(jìn)液孔的面積就應(yīng)為， 22 398415921600Sm

30、mmm 進(jìn) 因此，此處進(jìn)液孔設(shè)計(jì)成，在錨筒周向上開四個(gè)均布的兩端帶圓弧的孔，其尺 寸為，長(zhǎng)取 50mm，寬取 15mm，這樣算得進(jìn)液孔的過(guò)流面積為， 22 15 357.52800Smm 過(guò) 明顯地，的，所以這樣選取也是合理的。4SS 過(guò) 4SS 過(guò) 4.24.2 離心式部分計(jì)算離心式部分計(jì)算 離心式氣錨分氣原理前面已經(jīng)說(shuō)到過(guò)了，它主要是利用油氣以較高速度旋轉(zhuǎn)流 動(dòng)而產(chǎn)生的紊流及離心力作用將油氣分開。為了簡(jiǎn)化計(jì)算程序，特作如下假設(shè)； （1）氣泡在液體內(nèi)是均勻分布的； （2）氣泡在螺旋槽內(nèi)移動(dòng)時(shí)只考慮離心力場(chǎng)的作用，而忽略重力場(chǎng)的作用； （3）液體密度是一致的； （4）氣液混合物以同一速度在螺旋

31、槽內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 因此，在螺旋部分設(shè)計(jì)中，除應(yīng)用前面重力式的部分計(jì)算外重點(diǎn)要解決以下幾 個(gè)問(wèn)題。 4.2.1 單氣泡在螺旋中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律單氣泡在螺旋中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 根據(jù)氣泡所受液體的離心力與氣泡徑向運(yùn)動(dòng)的阻力，可得出氣泡在螺旋中的運(yùn) 動(dòng)微分方程為， （4-9） 2 18dr d dr 式中， 氣泡在螺旋中的角位移增量，rad；d 氣泡在螺旋中的徑向位移增量，cm； r d 氣泡旋轉(zhuǎn)半徑，即氣泡到出口處至氣錨中心的徑向距離，cm；r 液體運(yùn)動(dòng)粘度，cm2/s； 氣泡旋轉(zhuǎn)角速度，rad/s； 氣泡直徑，cm。d 積分公式（4-9） 得 （4-10） 2 18 lnr d 式中， 氣泡（或液流）從螺旋入

32、口到出口時(shí)所走過(guò)的角位移，rad； 由的定義可知， （4-11） / 2 L b 式中， 螺旋長(zhǎng)度，cm； / L 螺距，cm。b 因?yàn)椋?油氣在螺旋中流量油氣從進(jìn)口到出口角位移 角速度 流動(dòng)截面積油氣從進(jìn)口到出口位移 所以 / 6 / 21 21 2 10 2 2 m L q b rrb rrL b （4-12） 6 22 21 210 m q b rr 式中，油氣混合物在螺旋中的流量，m3/s； m q 螺旋內(nèi)半徑，cm； 1 r 螺旋外半徑，cm。 2 r 將式（4-11） 、 （4-12）代入式（4-10） 得 （4-13） 2 rr e （4-14） 62 222 21 0.7 10

33、 m Ld q rrb 設(shè)計(jì)和選擇氣錨時(shí)，應(yīng)保證才能使氣體從液體中分出，進(jìn)入螺旋芯管。由 1 rr 式（4-14）可以看出： 氣泡直徑愈大，得到的 愈小。r 增加螺旋圈數(shù)，即增加和減少亦可得到小的 ，而且減少更加敏感。Lbrb 小，得到的 也小。 2 rr 越大，則 越小。 m qr 4.2.24.2.2 液氣混合物在螺旋內(nèi)的流量液氣混合物在螺旋內(nèi)的流量 考慮在吸入口壓力下，部分氣溶解在原油中，并且只有上行程吸入過(guò)程氣錨中 油氣才流動(dòng)，液氣混合物在螺旋內(nèi)的流量（m3/s）可以用以下式子表達(dá)： （4-15） 0 1 43200 OS mOW a QRRp qQQ p 式中， 日產(chǎn)油量，m3/d；

34、 O Q 日產(chǎn)水量，m3/d； W Q 氣油比，； R 3 3 m m 溶解氣油比，； S R 3 3 m m 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，（取 0.1） ； 0 p a MP a MP 吸入口壓力（絕對(duì)） ，。 a p a MP 先計(jì)算出，在次要先計(jì)算出、，也即是要先算出混合物在螺旋內(nèi)的實(shí) m q O Q W Q 際流量。由于前面已經(jīng)說(shuō)到了關(guān)于泵的一些參數(shù)次處直接引用。所以有：Q QQ 理 0.6Q 理 2 6 44 4.8 6 1440 100.6 2 3 37.8m d 按照油井液含油率 5%計(jì)算則有： =37.85% O Q =1.89 3 m d + = W Q O QQ 計(jì)算溶解汽油比 ，經(jīng)查閱油

35、層物理 有公式， S R 0S Rp 式中， 溶解系數(shù)， 0 壓力。p 經(jīng)查，=0.4 由于泵的沉沒(méi)度為 300m，所以 =3。所以， 0 p a MP =0.43=1.2 S R 3 3 m m 將、代入式（4-15）得Q O Q W Q S R = m q 1.891.67 1.20.11 37.8 432003 =8.7710-4m3/s 計(jì)算，由于前面設(shè)計(jì)的重力式分離部分的錨筒內(nèi)徑為 62mm，此處也的外筒內(nèi) 徑也選取與之一致的內(nèi)徑為 62mm，所以選取 螺旋外半徑 =31mm； 2 r 螺旋內(nèi)半徑 =15mm； 1 r 氣體旋轉(zhuǎn)半徑 =14mm；r 螺 距 b=2cm。 將以上數(shù)據(jù)代

36、入公式（4-12） 得 46 2 8.77 1010 2 9.612.25 =120 rad/s 進(jìn)而將、 的值代入公式（4-10） 得r 2 2 18 12.5 10 ln1.4 120 10 =0.63 rad/s 最后有公式， （4-16） 2 b LK 式中 K 為保險(xiǎn)系數(shù)，一般取 510。此處取 K=10，再將 b 以及的值代入上式，得， 0.632 2 LK =2 cm 由于考慮到氣液界面之間的粘度影響，所以將螺旋長(zhǎng)度放大以增加螺旋圈數(shù)， 以得到較小的 ，所以根據(jù)計(jì)算結(jié)果取 L=20cm 。 r 4.2.34.2.3 分離器儲(chǔ)氣部分長(zhǎng)度以及直徑計(jì)算分離器儲(chǔ)氣部分長(zhǎng)度以及直徑計(jì)算 計(jì)

37、算抽油泵每一沖程抽油量為， 2 3 44 4.8 100.6 2 Q =4.410-3 3 m 根據(jù)前面設(shè)定的重力式氣錨已經(jīng)分離出了 90%的氣體，所以現(xiàn)在僅剩下 10%的氣體， 而氣液比 500在井下（3）時(shí)就為 16.7，所以實(shí)際剩下的氣體比例 3 3 m m a MP 3 3 m m 為， 16.710%=1.67 3 3 m m 所以在第二級(jí)分離中最多能分離出的氣體體積為， 4.410-31.67=7.3810-3 3 m 取儲(chǔ)氣管內(nèi)徑為 40mm，則其長(zhǎng)度為 39 12 7.38 1010 40 2 L =5876mm 由于氣體的產(chǎn)出量不是一個(gè)穩(wěn)定值，為了防止氣體量有時(shí)的突然增加，造

38、成儲(chǔ)氣溶 劑不夠，所以，將取為 6000mm。 1 L 5 5 排氣閥部分的計(jì)算排氣閥部分的計(jì)算 現(xiàn)已定下儲(chǔ)氣管的內(nèi)徑，可以按照泵閥的選取原則選取排氣閥。選取材料為 ZAlSi9Mg(鑄造鋁合金)。 5.15.1 排氣閥直徑的選擇排氣閥直徑的選擇 閥球直徑的大小對(duì)閥打開的靈活性和結(jié)構(gòu)布置的合理性有較大影響，有推薦 閥球直徑計(jì)算方法，直徑為： （5-1）0.73.6 Q DD 式中， 閥球直徑，mm； Q D 儲(chǔ)氣管內(nèi)徑，mm。 D 將儲(chǔ)氣管內(nèi)徑代入式（5-1）得 =0.730-3.6 Q D =17.4mm 根據(jù)計(jì)算結(jié)果在閥球的直徑規(guī)格中選取直徑最接近的閥球：選擇直徑為 19.05mm 的 閥

39、球 5.25.2 閥座口結(jié)構(gòu)閥座口結(jié)構(gòu) 根據(jù)閥座結(jié)構(gòu)形式的不同可分為三類：帶護(hù)錐式、不完全研合式和圓倒角式， 帶護(hù)錐式是常用的一種結(jié)構(gòu)，適用于大部分材料制造的閥座，所以此處選擇帶護(hù)錐 式閥座。 5.2.1 閥座錐角選擇閥座錐角選擇 閥座錐角的大小是否適當(dāng)，往往直接影響抽油泵泵效的好壞，常用閥座錐角 取值范圍為 4590。從閥座孔過(guò)流面積的大小、密封性能的優(yōu)劣、泵閥啟 2 閉的靈活程度、密封穩(wěn)定性的好壞和始啟瞬間過(guò)流面積的大小等角度綜合考慮， 的理想取值范圍為 6575，推薦=70。此處選取 =70。 222 5.2.2 閥座研合寬度閥座研合寬度 閥座研合寬度 a 的大小不但直接影響閥座密封性能

40、和結(jié)構(gòu)，而且會(huì)影響閥座加 工難度和生產(chǎn)效率，應(yīng)合理選擇。對(duì)于帶護(hù)錐式的有推薦值 （5-2） 0.4 Q aD 代入前面已經(jīng)計(jì)算出的 =23.813mm Q D 得 a=2mm 5.2.35.2.3 閥座外形結(jié)構(gòu)的選擇閥座外形結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù)閥座外形可分為平型、環(huán)槽型和臺(tái)肩型三種，而平型是最常用的一種而且 已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，所以此處選擇平型閥座 圖圖 5-1 5.35.3 球閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算球閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 5.3.15.3.1 研合深度研合深度 有推薦值 0.04 現(xiàn)在只需要計(jì)算閥座孔徑、閥口大徑、閥座端面大徑、心座距、球室高度，閥座厚 度。 5.3.25.3.2 閥座孔徑閥座孔徑 有公式， （5-

41、3） 0 cossin Q dDa 將前面的計(jì)算結(jié)果代入式（5-3） 得， =18mm 0 d 5.3.35.3.3 閥口大徑閥口大徑 有公式， （5-4） 1 cossin Q dDa 同上代入數(shù)據(jù) 得， =20mm 1 d 5.3.45.3.4 閥座端面大徑閥座端面大徑 有公式， 21 0.4ddtg （5-5） 1 0.28d 代入上面的數(shù)據(jù)，得， =21mm 2 d 5.3.55.3.5 心座距心座距 有公式， （5-6） 0.5sincos0.4sin30 Q hDa 將前面計(jì)算的數(shù)據(jù)代入式（5-6） 得 =8.8mmh 5.3.65.3.6 球室高度球室高度 有公式， （5-7） 1Q hhD 代入前面已知數(shù)據(jù)，得， =32.6mm 1 h 5.3.75.3.7