【正文】 哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 第 4 章 影響氣錨分氣效率的結(jié)構(gòu)和參數(shù)分析 簡單氣錨分氣效率因素影響 (1)流體氣液比對分氣效率的影響 氣錨分離器的分氣效率隨氣液比的變化情況如圖 41 所示。 (3)計算 分離系數(shù) 在通常情況下分離系數(shù)越趨于 1，則分離效果越好，分離系數(shù)可用下式表達(dá) 2β1 e??? (317) 式中 ?為分離系數(shù)，小數(shù)。所以螺旋氣錨更適用于大產(chǎn)量高氣油比井。 ③ 如果 r2小，得到的 r 也小。由式 (313)可以看出： ① 氣泡直徑愈大， 得到的 r 愈小。 氣泡的平均旋轉(zhuǎn)角速度為 21226102rrqm???? (313) 式中 mq ——油氣水混合物的螺旋流量， m3/s； 1r ——螺旋片內(nèi)半徑 (吸入管外半徑 )， cm； 2r ——螺旋片外半徑， cm。 積分上式，得 rdv ln182??? (311) 式中 ?——氣泡從螺旋入口到出口時所走過的角位移， rad。為了簡化計算 ， 假設(shè)均勻分布在液體中氣泡 ；氣泡 朝著螺旋槽在考慮離心力的作用 ； 忽略重力的作用 ； 液體密度是一致的 ； 氣液混合物以相同的速度旋轉(zhuǎn)的螺旋槽 。 (4) 氣帽長 度的確定 排氣閥上下壓力差等于氣帽長度的液柱壓力和氣柱壓力的差值，因此，氣帽長度 1l 可表達(dá)為 1 1g100 ( )Wl f ??? ? (39) 式中 1l ——排氣閥與進(jìn)液孔之間距離 (即氣帽長度 )， m； W ——排氣閥球質(zhì)量， kg； f ——排氣閥座孔面積， m2； 1? ——液體密度， kg/cm3； g? ——氣體密度， kg/cm3。 如果 oK 取 ，公式 (37)可簡化為 22 max o20 /l d g nv? (38) 計算出 min2l 和 max2l 后，選兩者之間大值 作 為分離室長度。 (2) 計算氣錨分離室長度 為了保證在上沖程泵吸入過程中使分離室內(nèi)氣泡不帶入吸入管，分離室體積哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 至少 要等于泵一個沖程吸入體積，所以 2p2 m in 22o 1 2()DSl dD?? ? (36) 式中 min2l ——氣錨分離室最小長度， cm。 氣錨環(huán)形空間液流速度為 22f 2 2 2 21 2 0 1 2 0/4( ) 6 0 / 4 ( ) 6 0ppD S n D S nv D D D D? ? ?? ? ????? (32) 式中 fv ——氣錨環(huán)形空間液流速度， cm3/s； pD ——抽油泵活塞直徑 ： cm； S ——光桿沖程 ： cm； n ——沖數(shù) ： min1； ? ——泵效； 1D ——氣錨外殼內(nèi)徑 ： cm； 2D ——吸入管外徑 ： cm； 0? ——氣錨體積利用系數(shù)。 [11] 哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 第 3 章 氣錨的設(shè)計計算方法 簡單氣錨設(shè)計計算 一般簡單氣錨設(shè)計需要計算以下主要參數(shù)： (1)計算氣錨外殼內(nèi)徑 D1和吸入管外徑 D2 如前所述，欲使氣錨分氣效率高，一般是取氣錨環(huán)形空間液流速度 vf 等于需要分離的最小氣泡的上浮速度 vd，也就是 vg=0。即使在不加深泵掛的條件下，也會明顯降低井底流壓，有利于提高產(chǎn)量。 在分離器封隔器的下部加長尾管至油層中 (或頂 )部，有利于在油氣進(jìn)泵前充分利用氣體能量將油舉升至一定高度，減少油氣從井底到泵口處的滑脫損失，從而降低井底流壓。在進(jìn)入分離器的石油和天然氣的整個流動過程中 ，螺旋分離器可以增加盡可能多的從結(jié)構(gòu)的油氣分離效率。 螺旋式油氣分離器的優(yōu)缺點及適用范圍 螺旋井下油氣分離器使用聚合湍流使泡沫和離心分離的原則 ,最大限度地利用套管橫截面積來降低流速的石油和天然氣進(jìn)入泵前 ， 提高 “ 回流效應(yīng) ” 的氣體。密集的液體離軸和外管 ， 然后向下移動到工作筒內(nèi) ， 再到泵吸水室。 重力分離方式是： 當(dāng)混合物的石油和天然氣液分離器的進(jìn)洞里 ， 是徑向流動的液體 ， 氣體向上垂直速度、直徑為一個低流量區(qū)大氣泡上升到頂部的石油和天然氣分離器 ， 再從上發(fā)泄到外管和套管環(huán)形空間 ， 小 直徑的氣泡流區(qū)螺旋通道 ，當(dāng)液體泵在下沖程停止 ， 因為流速為零 ， 所以留在分離器是泡沫的一部分通過外管和螺旋葉片 ， 螺旋葉片與通道的半圓圈中心管之間上升到頂部的分離器 ， 通過外管的頂部向外發(fā)泄和套管環(huán)形空間。 [10] 其工作原理是： 在泵沖程的密度 ,原油和天然氣有很大的差異 ， 在進(jìn)入油氣分離器孔、大直徑部分原油泡沫分離原油在套管環(huán)形空間 ， 和不斷上升的移動高于液位、油套環(huán)形空間 (正常螺旋井下油氣分離器沒有這個過程 )。因此 ，氣體 不能順利進(jìn)入油套管環(huán)形空間 ， 氣錨分氣效果差。當(dāng)泵沖程 ， 氣體壓力在空氣陷阱通常低于單閥頂部的壓力 ,氣體不能打開閥的油套管環(huán)空。分離后的螺旋氣體螺旋上升 ， 形成一個 “ 氣頂 ” 圍繞一個防毒面具 ， 然后在形式的一個連續(xù)的空氣流入油套管環(huán)形空哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 間 ， 并含有少量的氣液 把錨從排水窗口設(shè)置 ， 以實現(xiàn)環(huán)形空間重力分離后的液體 ，重力分離從錨殼進(jìn)口通過中心管進(jìn)入泵。 圖 d 是另一種帶封隔器的組合式氣錨結(jié)構(gòu)示意圖。第一次分離后的液體從中心到螺旋管進(jìn)入螺旋流動分離。 圖 c 是一種帶封隔器的組合式氣錨結(jié)構(gòu)示意圖。第一次分離后的液體從中心螺 旋管進(jìn)入螺旋流道分離。 圖 b 是一種組合式螺旋氣錨結(jié)構(gòu)示意圖。直接進(jìn)入螺旋流道實現(xiàn)螺旋氣液混合物分離 ， 分離后的氣體和液體在防毒面具紀(jì)律處分。 1 抽油泵； 2 排氣孔； 3 單流閥； 4 氣罩； 5 錨殼； 6 螺桿； 7 套管； 8中心管； 9封隔器；10 密封窗； 11 泄油窗； 12 上中心管； 13 下中心管； 14 吸入口 。活塞 下沖 程 ， 因液體的速度為零 ， 這部分空氣泡沫將上升到錨管環(huán)形空間頂部的孔進(jìn)入哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 油套管環(huán)空。我們需要通過實驗 ,研究了不同結(jié)構(gòu)尺寸對流體流速、流體粘度、氣液比的適應(yīng)性 ， 并建立相應(yīng)的計算模型 ， 設(shè)計了計算油氣分離器。例如端口 22 38 和 828 10 井 ， 在使用新的迷宮氣錨 ， 泵效率分別為 21%和 21%， 同比增長 68%和 51%， 取得了明顯的經(jīng)濟效益。 這種 新的迷宮氣錨 ， 大港和冀東油田采用了 28 口 井 (氣液比超過 150 的 18 口，氣液比在 150 的 10 口 )， 有效井 26(其余 2 井由于容量過低 ,生產(chǎn)幾天然后關(guān)井 )，有效率為 %。好一旦出現(xiàn)負(fù)面的下沉 ， 但通過控制套壓按油成小尾管在保持石油上升高度 ， 最終使油井產(chǎn)量仍能維持一定的時間。根據(jù)不同的生產(chǎn)井應(yīng)選擇不同的 螺距 (在錨筒外 徑 一定的條件下 )在一定條件下 ， 合合理的螺距應(yīng)是氣液混合物進(jìn)入錨筒內(nèi)的流速大于液流流經(jīng)泵閥孔徑時流速的 20%為宜； ④ 對于油井腐蝕氣體含量較高 ， 螺釘裝配螺旋葉片厚度不宜過小 ， 應(yīng)該在 毫米 以上； ⑤ 較低的外套是針對儲層深、低容量、快速下降 ,生產(chǎn)是負(fù)當(dāng)下潛的油井設(shè)計。 (3)安 裝新型迷宮式氣錨時，有幾點需要注意 ： ① 新的迷宮氣錨應(yīng)該支持地面空氣溢流閥使用 ,否則效果不理想。通過中心的低氣錨管到上級螺旋氣錨是氣液混合物通過螺旋葉片旋轉(zhuǎn)流生成 ， 由于氣體和液體之間的密度差 ,離心力使液流沿螺旋的外側(cè) ,氣泡沿內(nèi)的螺旋上升。因為新的迷宮氣錨在降低采用螺旋結(jié)構(gòu) ,離心力的作用下 ， 氣泡由于低密度沿螺旋線內(nèi)側(cè)提升 ， 浮到頂部錨管環(huán)形空間通過排氣線油套環(huán)形空間 ， 和液體 相比， 因為密度大 ， 沿橫向向下 旋轉(zhuǎn)。當(dāng)氣液混合物剛剛進(jìn)入了錨管 ,流體在水平方向 ,在影響下的氣體和液體之間的密度差 ,氣泡垂直向上的速度 ,再加上一個氣液混合物倒入氣錨孔時產(chǎn)生的影響和干擾 ,更加速了氣液分離 ,因此 ,在這個過程中 ,首先對氣液分離 ,分離出氣泡上升到頂部的錨管 ,通過通風(fēng)系統(tǒng)的油套管環(huán)形空間 ； ② 第二階段，到錨管和液體流到下面的洞內(nèi)的泡沫分離錨管環(huán)形空間?；拘蜌忮^結(jié)構(gòu)如圖 27 所示 ： 1上級外管 ； 2排氣管 ； 3閥球 ； 4氣罩 ； 5上級螺旋總成 ； 6心軸 ； 7排氣變徑接頭 ； 8鎖母 ； 9下級外管 ； 10中心管 ； 11下級螺旋總成 ； 12下級外套 圖 27 新型迷宮式 氣錨 (基本型 )簡圖 這種氣錨具有以下幾個顯著的特征 ： ① 低氣錨采用螺旋結(jié)構(gòu) ,將重力分離原理的 “ 回流效應(yīng) ” 和 “ 離心效應(yīng) ” 原理的 離心力的有機結(jié)合成為一個整體 ,等于錨管長度在同一區(qū)域在兩個油氣分離過程在同一時間 ； ② 更高的氣錨排氣閥可以防止由于石油套管氣壓過高使燃?xì)饬骰貧忮^的現(xiàn)象 ； ③ 降低排氣閥氣錨結(jié)構(gòu)的飛機 ， 也可以作為一個止回閥 ； ④ 如果井氣液比太高或原油粘度較大 ， 基本兩級氣錨脫氣效果仍不理想氣錨 ，可以在前面的上部氣錨安 裝的一個或多個氣錨 ， 以形成任何系列的氣錨 ， 以實現(xiàn)哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 高效分離的石油和天然氣 ； 較低的外套可以設(shè)計生產(chǎn)井下沉負(fù)面程度 ,通過控制尾管和套管壓力 ,保持良好的生產(chǎn) 。 (1)結(jié)構(gòu) 新的迷宮氣錨 (基本 )主要由上、下兩層。也可以為低產(chǎn)井、下沉負(fù)面分離石油和天然氣井 ， 維持油井生產(chǎn)時間。優(yōu)于離心螺旋氣錨 ,降低綜合氣錨為重力分離和離心分離 ， 會使石油和天然氣流經(jīng)長度相同的錨管與雙其分離效果。 [9] 綜上所述，可以得出如下結(jié)論 ： ① 這兩種類型的氣錨將重力式氣錨和離心式氣錨有機的結(jié)合在一起 ,既吸收了很長時間 ,要克服的缺點都單獨使用 ； ② 設(shè)計合理，性能可靠，加工容易，使用安全，分離油氣效果 比較 好，具有推廣使用 的 價值； ③ 可以滿足油田的需求點的生產(chǎn)技術(shù) ， 適應(yīng)性強。 其余 的 3口 井 因油氣比小于 80m3/t和供液不足，效果不明顯，共增產(chǎn) 平均泵效由原來的 %提高到 %。 S313 型氣錨的分氣原理如圖 26 所示，該型氣錨的分氣過程與 S312 型基本相同，也分為四個階段，只是次序有所改變 ： 第一階段是單獨的石油和天然氣在錨管環(huán) ； 第二個階段是單獨的石油和天然氣在錨管孔部分 ； 第三階段是分離的石油和天然氣在油套管環(huán)空 ； 第四階段是石油和天然氣分離在優(yōu)越的螺旋氣錨。哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第四階段是流入中心管攜帶小氣泡在螺旋氣錨分離。在錨管環(huán)形空間泡沫 ， 部分的直徑較大的泡沫 ， 為浮動利率在一定程度上 ， 是不一樣的流速的流進(jìn)了中心管 ， 不可避免的被困在錨管環(huán)形空間。當(dāng)泡沫原油流動氣錨 ， 因為液體流動方向變 化的作用下石油和天然氣的密度差異 ， 一些泡沫直接產(chǎn)生油套管環(huán)空。當(dāng)泡沫原油流動氣錨 ， 因為液體流動方向變化的作用下石油和天然氣的密度差異 ， 一些泡沫直接產(chǎn)生油套管環(huán)空。 (2) 分氣原理 S312 型氣錨的分氣原理如圖 25 所示。該型氣錨 適用于 泵下面帶封隔器封上采 下 的生產(chǎn)管柱。 S313 型氣錨的結(jié)構(gòu)與 S312 型氣錨基本相同，也 分為上、下兩級。上級 則 為螺旋氣錨，由上接頭、鋼球、球座、氣罩、上外管、螺旋總成等組成 ； 下級 則 為沉降氣錨，由錨筒、內(nèi)中心管、下接頭等組成。 [8] (1) 結(jié) 構(gòu) 分氣效率的油氣分離器是需要設(shè)計安裝井下油氣分離器是一種重要的屬性參數(shù) ，但嚴(yán)重缺乏基本的研究在這方面 ， 這個問題嚴(yán)重影響了好效果的石油和天然氣分哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 離器安裝 。 [7] 雙級高效氣錨 我們知道，利用 “ 回流效應(yīng) ” 的重力分離型氣錨，當(dāng) 油井高產(chǎn) 時，由于液流的 速度大，攜帶氣泡的能力強