【正文】 (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。 將式 (312)， (313)代入 (311)得 2βr re? (314) 62m2 2 2210 .7 1 0()Ld qr r b v? ?? ? (315) 設(shè)計(jì)和選擇氣錨時，應(yīng)保證 rr1 才能使氣體從液體中分出，進(jìn)入螺旋芯管。由式 (313)可以看出： ① 氣泡直徑愈大， 得到的 r 愈小。 ② 增加螺旋圈數(shù)，即增加 L 和減少 b 亦得到小的 r，而且減少 b 更加敏感。 ③ 如果 r2小，得到的 r 也小。 ④ 如果 qm越大，則 r 越小。所以螺旋氣錨更適用于大產(chǎn)量高氣油比井。 (2)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程氣錨中油氣才流動，液氣混合物在螺旋內(nèi)的流量 (m3/s)可用下式表示 ? ?o s om o w a143200 Q R R pq Q Q p???? ? ????? (316) 式中 oQ ——日產(chǎn)油量， m3/d； wQ ——日產(chǎn)水量， m3/d； R ——?dú)庥捅龋?m3/m3； sR ——溶解氣油比， m3/m3； 哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 op ——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，取 MPa； ap ——吸入口壓力 (絕對 )， MPa。 (3)計(jì)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)。 (4)求分離效率 即分離后的理論泵效，可用下式表達(dá) ? ?oa111pRp? ?? ?? (318) 求實(shí)際螺旋長度 其表達(dá)式為 ??2bKL? (319) 式中 K 為保險(xiǎn)系數(shù)，一般取 5~10。 [12] 哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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?？梢钥吹剑S著氣液比的增加，分氣效率逐漸增大。其原因是，隨著氣液比增大，一方面，氣泡數(shù)量增加，氣泡之間的相互影響增強(qiáng)，氣泡穿過分離器孔眼的阻力增大 ； 另一方面，氣泡的直徑也增加，滑脫速度增大，分氣效率提高。 圖 41 氣液比對分氣 效率的影響 (2)流體流速對分氣效率的影響 如圖 42 可見，分氣效率隨著流速的增大而增大，但分氣效率隨 流速 增大的程度不如氣液比增加時那么明顯。因?yàn)榱魉僭龃?，氣體的流量增大，氣泡的直徑增大，氣泡的滑脫速度增大，氣泡通過分離器孔眼的阻力增加，從而提高了分氣效率。經(jīng)上部分離后的原油向下運(yùn)動，在螺旋環(huán)形空間加速呈螺旋流動，在離心力的作用下，未分離完的小氣泡聚積在環(huán)形空間內(nèi)側(cè)形成大氣泡和氣流，經(jīng)螺旋片上的排氣孔向上運(yùn)動，并在油氣分離器頂部環(huán)形空間形成 “ 氣帽 ” ，經(jīng)外管上部排氣孔排出；原油聚積在環(huán)形空間外側(cè)向下運(yùn)動流入 內(nèi)管進(jìn)泵。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。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。第四階段是流入中心管攜帶小氣泡在螺旋氣錨分離。 哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 42 流速對分氣效率的影響 (3)流體粘度對分氣效率的影響 如圖 43 是分氣效率隨粘度的變化情況?？梢?，隨著油的粘度的增大，分氣效率明顯降低。其主要原因是由于粘度的增加，氣泡的滑脫速度減小 ； 同時，液 體攜帶氣泡的能力增強(qiáng)，使得分氣效率降低。 圖 43 粘度對分氣效率的影響 (4)分離器長度對分氣效率的影響 如圖 44 可知，隨著分離器長度的增大，分氣效率提高。經(jīng)上部分離后的原油向下運(yùn)動，在螺旋環(huán)形空間加速呈螺旋流動，在離心力的作用下，未分離完的小氣泡聚積在環(huán)形空間內(nèi)側(cè)形成大氣泡和氣流，經(jīng)螺旋片上的排氣孔向上運(yùn)動，并在油氣分離器頂部環(huán)形空間形成 “ 氣帽 ” ，經(jīng)外管上部排氣孔排出；原油聚積在環(huán)形空間外側(cè)向下運(yùn)動流入內(nèi)管進(jìn)泵。 哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 44 分離器長度對分氣效率的影響 (5)分離器直徑對分氣效率的影響 圖 45 可以看到，隨著分離器直徑的增大，分氣效率先逐漸提高，當(dāng)直徑為75mm 時，分氣效率最高，然后，分氣效率又逐漸降低。其原因是，在分離器直徑比較小的時候，隨著分離器直徑增大，分離器外筒和吸入管之間的環(huán)形空間逐漸增大，流速減小，油攜帶氣泡的能力減弱，使分氣效率提高 ； 當(dāng)分離器的直徑比較大了以后，如果再增加分離器的直徑，由于直徑的增加使得分離器和套管之間的環(huán)形空間減小，流動速度增大，徑向流動速度也增大，使更多的被液體攜帶到分離器的內(nèi)部，分離器外筒和吸入管之間油的流動速度因?yàn)闅怏w量的增加也相應(yīng)增加，使得分氣效率 反而降低。 圖 45 分離器直徑對分氣效率的影響 (6)分離器孔數(shù)對分氣效率的影響 圖 46 可知。隨著分離器孔數(shù)的增大，分離器的分氣效率逐漸提高。分離器孔哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 眼數(shù)越少，孔眼數(shù)的增加對提高分氣效率越明顯。原因是孔眼數(shù)越多，流過孔眼的流體流速越小，因此，分離器外筒和套管之間的環(huán)形空間中流體的徑向速度越小，進(jìn)入分離器內(nèi)部的氣泡數(shù)也相應(yīng)地減少，從而提高了分氣效率。 圖 46 分離器孔數(shù)對分氣效率的影響 (7) 分離器孔徑對分氣效率的影響 圖 47 可以看出，隨著分離器孔眼直徑的增大，分氣效率逐漸降低。因?yàn)?分離器孔眼直徑越大，跟隨油流進(jìn)入分離器的氣泡的增加，而且，孔眼直徑增加以后，直徑更大的氣泡也能進(jìn)入分離器內(nèi)部，使得分氣效率降低。 圖 47 分離器孔徑對分氣效率的影響 螺旋結(jié)構(gòu)參數(shù)及操作參數(shù)敏感性分析 螺旋式井下油氣分離器的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對其分離性能有著比較大的影響，分離效果可從可分離出的氣泡直徑看出，可分離出的氣泡直徑越小，說明其分離效果越好 ； 反之，說明分離效果差。影響分離效果的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有螺旋片的外半哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 徑、內(nèi)半徑、螺旋長度及螺距等。 圖 48 螺旋片內(nèi)、外半徑與可分離氣泡直徑的關(guān)系 圖 48 和圖 49 分別示出其它參數(shù)不變情況下螺旋片外半徑、內(nèi)半徑、螺旋長度及螺距分別與可分離氣泡直徑的關(guān)系。曲線 1 為螺旋片外半徑與可分離氣泡直徑的關(guān)系 ； 曲線 2 為螺旋片內(nèi)半徑與可分離氣泡直徑的關(guān)系。 圖 49 螺旋片螺距及螺旋長度與可分離氣泡直徑的關(guān)系 曲線 1 為螺旋長度與可分離氣泡直徑的關(guān)系 ； 曲線 2 為螺距與可分離氣泡直徑的關(guān)系。 從圖 48 看出，螺旋片外半徑增加，可分離氣泡的直徑增大，分離效果變差，這是由于分離室體積增大，液流流速減小，離心力減小，氣泡進(jìn)入中心管距離變大而引起的 ； 隨著螺旋片內(nèi)半徑的增 加可分離氣泡的直徑減小，分離效果變好，其原因正與上述原因相反。由圖 49 可看出，隨著螺旋長度的增加或螺距的減小，可分離氣泡的直徑減小，分離效果變好，而且減小螺距更加敏感，這是由于這樣的變化可以增加液流的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，加強(qiáng)了分離效果。影響分離效果的操作參數(shù)主哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 要有日產(chǎn)液量和下泵深度等。圖 410 所示是其它參數(shù)不變情況下它們分別與可分離氣泡直徑的關(guān)系。 從圖 410 可以看出，日產(chǎn)液量越大，流速越快，離心力越大，分離效果就越好。而下泵深度只是通過影響流體溫度、粘度來影響分離效果，因而影響不大。 在圖 410 中，曲線 1 為 日產(chǎn)液量與可分離氣泡直徑的關(guān)系；曲線 2 為泵深與可分離氣泡直徑的關(guān)系。 圖 410 泵深及產(chǎn)液量與可分離氣泡直徑的關(guān)系 綜合起來看，螺旋式井下油氣分離器的分離效果主要與其螺距、螺旋片外半徑以及產(chǎn)液量、氣油比有關(guān)。由此可得出結(jié)論 ： 增加螺旋圈數(shù)，即增加螺旋長度和減小螺距，分離效果好 ； 螺旋片外半徑減小，螺旋分離效果變好，同時由于螺旋直徑減小，可增大油套管環(huán)形空間截面積，這又有利于增大 “ 回流效應(yīng) ” ，使整個分離器的分離效果變好 ； 流量越大，分離效果越好，因而螺旋式井下油氣分離器更適合于大產(chǎn)量、高氣油比的油井。根據(jù) 以上分析可知，螺旋分離器的長度、外徑及螺旋內(nèi)徑 (中心管外徑 )可由環(huán)空中分離的 “ 回流效應(yīng) ” 的要求來計(jì)算。 [13] 哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第 5 章 新型 旋轉(zhuǎn) 氣錨設(shè)計(jì) 新型 旋轉(zhuǎn) 氣錨設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)出適合高 產(chǎn)量，較低 氣油比的 新型旋轉(zhuǎn) 油氣分離器。影響分離器工作性能的關(guān)鍵因素是螺旋的長度和螺距。因此，分析螺旋的長度和螺距對油氣分離器分離效率的影響是設(shè)計(jì)新型分離器的基礎(chǔ)。 新型氣錨 如圖 51 所示， 其分氣原理是 油氣混合液由外管下部孔道流進(jìn)內(nèi)外管環(huán)形空間，由于油氣密度差異，小氣泡向上運(yùn)動聚積成大氣泡和氣流，并在油氣分離器 頂部環(huán)形空間形成 “ 氣帽 ” ，經(jīng)外管上部排氣孔排出；經(jīng)上部分離后的原油向下運(yùn)動，在螺旋環(huán)形空間加速呈螺旋流動，在離心力的作用下，未分離完的小氣泡聚積在環(huán)形空間內(nèi)側(cè)形成大氣泡和氣流，經(jīng)螺旋片上的排氣孔向上運(yùn)動，并在油氣分離器頂部環(huán)形空間形成 “ 氣帽 ” ，經(jīng)外管上部排氣孔排出；原油聚積在環(huán)形空間外側(cè)向下運(yùn)動流入內(nèi)管進(jìn)泵。 含有小氣泡的液流在下沖程中，泵停止吸入時，套管與泵筒的環(huán)形空間中液流速度為零時，它們其中一部分便上浮至分離器上部的油套管環(huán)形空間，這樣便又充分利用了液流的 “ 回流效應(yīng) ” 。最后，只有少部分小氣泡在上沖程被 液流攜帶經(jīng)吸入口沿中心管進(jìn)入泵內(nèi)，達(dá)到油氣分離之目的。 分氣效率隨著流速的增大而增大，但分氣效率隨 流速 增大的程度不如氣液比增加時那么明顯。因?yàn)榱魉僭龃?，氣體的流量增大，氣泡的直徑增大，氣泡的滑脫速度增大，氣泡通過分離器孔眼的阻力增加，從而提高了分氣效率。經(jīng)上部分離后的原油向下運(yùn)動，在螺旋環(huán)形空間加速呈螺旋流動，在離心力的作用下，未分離完的小氣泡聚積在環(huán)形空間內(nèi)側(cè)形成大氣泡和氣流，經(jīng)螺旋片上的排氣孔向上運(yùn)動，并在油氣分離器頂部環(huán)形空間形成 “ 氣帽 ” ，經(jīng)外管上部排氣孔排出；原油聚積在環(huán)形空間外側(cè)向下運(yùn)動流入內(nèi)管進(jìn) 泵。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?；钊?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。第四階段是流入中心管攜帶小氣泡在螺旋氣錨分離 。 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。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)可以減小油水 滑脫而防止井筒積水。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。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。 哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 1下部接頭 ； 2螺旋片 ； 3內(nèi)管 ； 4外管 ； 5上部接頭 圖 51 新型旋轉(zhuǎn)氣錨 哈爾濱石油學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 新型 旋轉(zhuǎn)氣錨 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1)首先對孔眼大小設(shè)計(jì)