【正文】 ,氣體在巖石孔道壁處不產(chǎn)生吸附薄層 ,氣體分子的流速在孔道中心和孔道壁處無明顯差別 ,這種特性稱為滑脫效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)證明：巖石滲透率越低 ,滑脫效應(yīng)越大 ；壓力越低 ,滑脫效應(yīng)也越大。見圖 21。其分氣過程可為泵吸入階段和泵排出階段。 第一步驟：氣泡 在 上行 時的 速度 Vg 等于液體 在 上升 時 速度 Vf加上氣泡在靜止液體中上升 的 速度 Vd。 根據(jù)斯托克公式 2d o go= ( ) ??? (21) 式中 dV——?dú)馀菰陟o止液體中的上浮 時的 速度， cm/s； d ——?dú)馀葜睆剑?cm,一般取 ~； oP ——原油密度， g/cm3； gP ——?dú)饷芏龋?g/cm3； o? ——油的動力粘度， Pa 因此，氣泡上浮 的 速度與氣泡 的 直徑 的 平方成正比，與液體 的 粘度成反比。 圖 21 簡單氣錨 第二步驟：氣泡在氣錨時進(jìn)液孔附近進(jìn)行二次分離。 圖 22 二步驟氣泡矢量圖 哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 由圖可見，液體 相 比 于 氣泡更容易進(jìn)入氣錨，而且液體中氣泡能否進(jìn)入氣錨將取決于垂直分速與水平分速的比值。因此，越靠近氣錨的氣泡，水平分速 越 大，越容易被液流帶入氣錨。 [4] 第三步驟：進(jìn)入進(jìn)液孔 中 的氣泡，在進(jìn)液孔附近進(jìn)行三次分離。 第四步驟：氣泡在氣錨 的 環(huán)形空間 內(nèi) 進(jìn)行四次分離。 ② 當(dāng)進(jìn)入 下沖程時 (泵排出階段 )，不吸入，此時在泵的固定閥以下 的 液體流速為零。 (2)利用離心效應(yīng) 由于滑脫效應(yīng) 的 分離效率 較 低。為了解決這個矛盾，近年來發(fā)明了利用離心效應(yīng)來分氣的氣錨。本實(shí)用新型采用了滑脫分離、旋流分離和沉降分離的原理，多級分離，使其防氣效果更好，且結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠，且成本低、易維護(hù)，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值，適合在廣泛的領(lǐng)域應(yīng)用 。被聚集的大氣泡不斷 被 聚集，沿內(nèi)側(cè)上升至螺旋頂部聚集成 的 氣帽，經(jīng)過排氣孔排到油套環(huán)形空間，下沖程時，泵停止吸油，油套環(huán)形空間和氣錨內(nèi)的液流中含的小氣泡滑脫上浮，一部分上升到油套環(huán)形空間，一部分 則 上浮進(jìn)入氣帽，排入油套環(huán)形空間，液流沿外側(cè)經(jīng)過液道進(jìn)泵。 (3)利用捕集效應(yīng) 如前所述，氣泡直徑 越 大，分 氣效率 越 高。 60－ 70 年代，蘇聯(lián)推出的盤式氣錨就是典型代表。氣體在盤內(nèi)聚集 在 溢出時形成大氣泡， 會 沿氣錨外殼的內(nèi)壁上浮 到 氣帽 位置 ，經(jīng)排氣孔排到套管環(huán)形空間 內(nèi) ，而液體 經(jīng) 吸入孔進(jìn)入吸入管進(jìn)泵。 哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 (4)利用氣帽排氣效應(yīng) 為了有效地將進(jìn)液孔與排氣孔分開，設(shè)計氣錨時往往 在結(jié)構(gòu)上 采用氣帽和排氣閥 ，確保 排氣孔不進(jìn)液，只排氣。設(shè)進(jìn)液孔處 的 壓力為 P，則排氣孔外的壓力等于 P 減去液柱 的 壓力 Pf，而排氣孔內(nèi)的壓力等于 P 減去氣柱 的 壓力 Pg。 [6] 常用氣錨綜合對比 通過對現(xiàn)場 的 一些 常用 氣錨進(jìn)行綜合對比，發(fā)現(xiàn)幾種新型氣錨的分氣效率 比 較高，如 ： 偏 式 心氣錨、雙級高效氣錨、新型迷宮式氣錨等。 偏心氣錨 偏心 式 氣 錨 采用了 偏心幾何結(jié)構(gòu)，并充分考慮了流動界面 與 動力學(xué)流動模式，因而可使進(jìn)入泵 內(nèi) 的液體量和氣體量分別達(dá)到最大 值 和最小 值 。在液體和氣體 同時 進(jìn)入氣錨的過程中，大 的 氣泡在穿過入口處就從液體中分離 了 出來，液流向下流，而氣體則在其中向上運(yùn)動 到 氣錨上部開的小孔處，進(jìn)入油管環(huán)形空間中截面積較大的一側(cè)。 [6] 氣錨的處理量是指在不減少抽油泵供液 量 的前提下，氣錨所能處理的環(huán)形空間中液體和氣體流量的總和。因而需要根據(jù)氣體 的 流量和抽油泵處理量 (或液流量 )來 確定氣錨內(nèi)徑。如下圖所示的 S312 型和 S313 型雙級高效氣錨，將重力分離型與離心分離型有機(jī)地結(jié)合在了 一起，克服了現(xiàn)有氣錨功能單一的弊病。 1上接頭； 2鋼球； 3球座； 4氣罩； 5上外管； 6中接頭； 7螺旋總成； 8中外管；9錐筒； 10內(nèi)中心管； 11下接頭 圖 23 S312 型 氣錨 S31－ 2 型氣錨和 S31－ 3 型氣錨的結(jié)構(gòu)圖如圖 23， 24 所示 1上接頭； 2鋼球； 3球座； 4氣罩； 5上外管； 6中接頭； 7螺旋總成； 8中外管；9錐筒； 10內(nèi)中心管； 11下接頭 圖 24 S313 型氣錨 S312 型氣錨有上、下兩級。該型氣錨適用于泵的下面不帶封隔器或帶封隔器進(jìn)行封下采上的生產(chǎn)管柱。不同的是使用場合不同，下級氣錨的結(jié)構(gòu) 則 有所改變。如需封中間采上、下層段，在 S312 型氣錨下接頭與第一級封隔器之間接一個油套連通器即可。該型氣錨的分氣過程分為四個階段 ：氣 泡在套管和第一階段是單獨(dú)的氣錨的環(huán)形空間。泡沫在套管和第一階段是單獨(dú)的氣錨的環(huán)形空間。第三階段是錨在汽缸低于穿孔引起的泡沫流在錨管環(huán)形空間分離。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)入油套管環(huán)空。進(jìn)入螺旋氣錨的氣液混合物和的旋轉(zhuǎn)流動通過螺絲固定裝置 ， 由于石油和天然氣的密度是不同的 ， 離心力使流動的原油在螺旋的外側(cè)和流動氣泡在里面 的螺絲 ， 并形成一個大的氣泡上升到柯蒂氏器官上蓋 ， 然后通過單向閥進(jìn)入油套管環(huán)空。 1泵吸入口； 2套管； 3排氣閥； 4氣罩； 5螺旋軸； 6螺旋； 7外管； 8孔眼； 9錐筒；10內(nèi)中心管 ； 1封隔器 圖 25 S312 型氣錨分氣原理圖 圖 26 S313 型氣錨分氣原理圖 S312 型和 S313 型雙級高效氣錨通過現(xiàn)場 24 口井的使用，有效井 21 口，占%。 對 氣錨前后示功圖對比，功圖明顯改善，說明這兩種類型的氣錨來減少氣體對泵效率有重大的影響 ,取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 和社會效益。 新型迷宮氣錨 將新的迷宮氣錨是重力分離原理和原則的離心分離的有機(jī)的結(jié)合在一起 ， 基本氣錨主要由上、下兩層。根據(jù)大小的石油天然氣 (氣液比 )的任何系列、高效分離的石 油和天然氣是實(shí)現(xiàn)。 28 井的現(xiàn)場應(yīng)用表明 ， 新的迷宮氣錨、油氣分離效果理想 ， 有效提高泵效率 ,平均泵效率從 %提高到 %。優(yōu)于離心氣錨 ； 下屬綜合氣錨的重力和離心分離。 (2)分氣原理 這種新型的迷宮式氣錨的分氣原理如圖 28 所示 ： 1上級外管 ； 2氣罩 ； 3上級外管 ； 4心軸 ； 5上級螺旋總成 ； 6下級螺旋總成 ； 7中心管 ；8下級外管 ； 9下級外套 圖 28 新型迷宮式氣錨（基本型）分氣原理圖 這種氣錨的分氣過程分為三個階段 ： ① 第一階段，通過液位洞洞的氣錨的氣液混合 物分離在第一個地方。新的迷宮氣錨在第二階段是 ： 事實(shí)上 ， 以下兩個點(diǎn)和合成氣過程 ， 其一為重力分氣過程 ： 氣液混合物經(jīng)氣錨孔旁邊的液體流動 ， 逐步在一起成大氣泡 ， 小氣泡之間的密度差異由于氣體和液體和 液體螺旋流 ， 一部分大 氣泡 分離 并 上升到錨管頂部的哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 環(huán)形空間 ， 第二個離心氣過程 ： 進(jìn)入第二階段的混合物在重力分離 ， 有一些大的泡沫分離浮力 ， 但大多數(shù)的小氣泡仍然是液體。 ③ 第三階段，攜帶流體流向中心管的小氣泡在上級是螺旋氣錨分離。當(dāng)氣泡上升到上面的螺絲裝配在頂部 ,到空氣中 ， 通過閥的油套管環(huán)空。但是地面溢流閥來控制壓力不宜過高 ,最好在 1 Mpa 以內(nèi) (負(fù)值沉沒度油井除外 )； ② 超過 30 t 是誘導(dǎo)日產(chǎn)液量的油井 ,氣液比大于 150 應(yīng)該選擇基本的多級氣錨 ； ③ 螺旋距是影響分氣效果好或壞 的 重要參數(shù)之一。對于這種類型的好 ， 可以在較低的外套加入小尾管直徑、排氣尾管的長度可以確定基于預(yù)期的動態(tài)液面深度。如果油井生產(chǎn)能力穩(wěn)定 ,不會出現(xiàn)負(fù)下沉 ,可以拆卸夾克在一個較低的水 平。平均泵效率從 %提高到 %， 油井示功圖 ， 基本消除泵效應(yīng)的影響的氣體。 通過以上分析可以看到 ， 偏心氣錨 ， 兩級高效氣錨 ， 新的迷宮氣錨各有特點(diǎn) ，在設(shè)計原則的三種氣錨分氣體也各不相同 ,三種氣錨是 更有效的。 螺旋式井下油氣分離器結(jié)構(gòu) 及工作原理 在錨管環(huán)形空間 形成氣泡， 部分的直徑較大的 氣泡， 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。 目前的螺旋式氣錨大體分為單一式和組合式兩大類。 圖 29 螺旋式井下油氣分離器結(jié)構(gòu) 圖 a 是一種單一式螺旋氣錨結(jié)構(gòu)示意圖。氣體在防毒面具 ， 形成 “ 氣頂 ”， 當(dāng)壓力達(dá)到一定值 ， 打開單閥進(jìn)入油套管環(huán)形空間 ； 液體是沿著防毒面具和錨定到外殼壁進(jìn)入泵。氣液混合物從錨殼側(cè)孔進(jìn)入氣錨 ，然后下沉和折疊成中央管 ， 因?yàn)?“ 回流效應(yīng) ”， 氣液混合物分離是第一次。經(jīng)螺旋分離后的氣體和液體的流動方向如同圖 a 所示。氣液混合物的中心從封隔器管進(jìn)入氣錨 ， 錨殼側(cè)孔進(jìn)入環(huán)形空間 ， 使用 “ 回流效應(yīng) ” 。經(jīng)螺旋分離后的氣體和液體流動方向如圖 a 所示。氣液混合物從封隔器中心管經(jīng)氣錨入螺旋流環(huán)形空間內(nèi)的螺旋分離。 上述 四種結(jié)構(gòu)的螺旋氣錨 ， 前三種氣罩是單閥 ,其目的是防止液體、氣體回流 ，DiGaoFen 氣體效應(yīng)。泵沖程隨著時間的推移 ,由于慣性的液體在螺旋通道 ， 突然打開了氣體壓力的殼單閥 ， 部分套環(huán)形空間氣體進(jìn)入油。如果沒有單閥 ， 氣體更容易套環(huán)形空間的形式 ， 連續(xù)空氣流入油、提高能力的氣體氣錨點(diǎn)。當(dāng)混合物的石油和天然氣的分離器液孔切向進(jìn)入螺旋通道 ， 在螺旋通道和生產(chǎn)兩種分離方法 ， 一個是沿重力方向的 ， 重力分離是沿著軸的離心分離。 離心分離只發(fā)生在泵沖程 ， 即當(dāng)混合物的石油和天然氣的液體進(jìn)洞后切向進(jìn)入螺旋通道、液體和氣泡沿螺旋分離器軸做運(yùn)動同時 ， 密度小的氣泡接近軸 ， 向上運(yùn)動 ， 通過螺旋葉片與通道的半圓圈中心管上升到頂部的分離器 ， 然后排放到外管和套管的環(huán)形空間。流的過程中螺旋運(yùn)動 ,溶 解氣體分子在液體也會在離心力的作用下 ，軸方向 ， 收集 ， 形成 氣 泡 ， 然后分離。此外 ,通風(fēng)開放聯(lián)合在頂部 ， 在大體積上形成 “ 氣頂 ”， 當(dāng)它有利于氣體連續(xù)流動順利返回率較小的油套管環(huán)空?？梢哉f ， 這個分離器實(shí)現(xiàn)了二次油氣分離 ， 即使在不利條件下 (高粘度 、高產(chǎn)量、高氣油比 )還有一個更好的效果。對于中低含水、原油密度低的井，適當(dāng)選擇尾管直徑尺寸參數(shù)可哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 以減小油水滑脫而防止井筒積水。螺旋式井下油氣分離器與封隔器式氣錨一樣，都不適用于不能下封隔器及出砂的油井內(nèi)，對泵到油層中部的距離較大 (我國有相當(dāng)多這種油井 )、產(chǎn)量較高的高油氣比油井具有特殊的意義。如果忽略氣體密度，取 ρg=0，則公式 (21)可改寫為 2d0/ d g v? (31) 式中 0v ——原油的運(yùn)動粘度， cm3/s。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 0? 一般取 ，如果 ? 也取 ，則公式 (32)可簡化為 2pf 221260( )D Snv DD? ? (33) 由設(shè)計原 則 dfvv? (34) 將式 (31)， ( 33)代入式 (34)得 2op212 2 v D SnDD dg?? (35) 而 2D 考慮結(jié)蠟和摩阻壓降不能過大，一般選用直徑 32mm,或考慮摩阻壓降小于 。 氣錨分離室最大長度，應(yīng)保證泵在每個沖程排油時間內(nèi)，將需要分離的最小氣泡上浮到氣帽內(nèi)，所以由公式 (31)可知 2 max o d30 /l K v n? (37) 式中 max2l ——?dú)忮^分離 室最大長度， cm； oK ——滑脫經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。 (3) 確定進(jìn)液孔尺寸 依照 ，進(jìn)液孔長 度 應(yīng)為氣錨殼外徑的 倍。 螺旋式井下油氣分離器參數(shù)設(shè)計計算 根據(jù)井下分離原則的螺旋的油氣分離器 ， 利用石油和天然氣是高速