電泵井單流閥節流影響分析及改進措施

張 森

（勝利油田 勝利泵業有限責任公司，山東 東營 257000）

電泵井單流閥節流影響分析及改進措施

張 森

（勝利油田 勝利泵業有限責任公司，山東 東營 257000）

利用ANSYS建模，模擬分析了電泵生產中由于單流閥節流引起的井液流速變化規律，詳細了解油管損壞的原因，并提出了改進建議。

電泵；單流閥；ANSYS；模擬

潛油電泵以其本身具有排量大、揚程高、管理方便等優點，逐漸成為油田的主要采油工藝之一。由于其產液量大，流速快，近年來不斷出現電泵井單流閥上部第一根油管絲扣刺損的現象，不僅造成電泵井作業井次增加，而且造成生產成本的加大，制約了電泵采油工藝的應用。

1 電泵井單流閥結構

標準電泵管柱（自下而上）為：扶正器、潛油電機、保護器、分離器、離心泵、油管、單流閥、油管、泄油閥、油管一直到井口。單流閥的作用，是防止在電泵停機時異物進入離心泵流道，造成機組重新啟動時困難，甚至泵卡造成電機過載燒毀。電泵井單流閥主要由上接頭、凡爾球、凡爾座、下接頭和擋板組成（圖1）。

圖1 單流閥結構示意圖

2 存在問題

單流閥上端連接的油管，除了承受整套電泵機組的重量，還承受井液形成靜壓頭。從現場的油管損壞來看，損壞油管主要為單流閥上端的第一根，其余油管很少出現類似失效現象。初步判斷損壞的原因，應該是由于安裝了單流閥，造成井液加強了對油管的沖擊力，減少了該油管的使用壽命。當井液通過單流閥后，擋板形成較小的流通面積，流速增加。由于單流閥上接頭與油管公扣連接時形成臺階，高速井液直接對油管進行沖擊。隨著時間的增加，油管逐漸損壞，嚴重時油管穿孔，造成油管內液體泄漏到環套空間，井口無壓力無流量。油管泄漏故障，必須進行作業更換油管，同時還需對電泵機組進行必要的保養，重新起下機組額外增加了作業成本，并對油田的產量造成了一定的影響。

3 流體流速分析與計算

根據伯努利方程可知，速度頭越大，在油管扣處形成壓頭也就越大，因此井液速度的大小和方向對油管的損壞影響比較大。為了進一步詳細分析流體通過單流閥后，井液速度的大小和方向的分布情況，利用有限元法對單流閥和油管形成的空間進行速度場的計算，并且比較單流閥尺寸調整后的速度變化情況，為單流閥的改進，防止油管損壞，提高電泵機組的檢泵周期提供必要的理論基礎。

3.1 模型的建立

計算模型建立的是流場模型，油管管體和單流閥為流體邊界。計算速度分布的流場模型，主要位于單流閥上接頭和油管交接處形成的流體空間。計算的主要目的，是要得到井液經過單流閥到達油管后（油管和單流閥形成的變徑位置）的速度，才能了解單流閥的安裝對井液的速度形成的影響，從而詳細了解油管損壞的具體原因。鑒于流經單流閥的流場的軸對稱性(圖2)，為了更好地觀察到流場內部的具體情況，現將流場進行8等分來進行計算(圖3)。

圖2 流場模型

圖3 計算模型

3.2 計算結果分析

從速度云圖（圖4）和速度分布曲線（圖5）來看，在變徑位置（油管公扣處）流體的最大速度為5.572 m/s，對油管的沖擊力較大。當流體繼續往上流動時，速度變小趨于緩和，并且出現旋流現象。針對此現象，如果加大變徑位置的軸向長度，速度應該會趨于緩和，減少流體對油管的沖擊速度，減弱沖擊力，延長油管的使用壽命。

圖4 軸向速度云圖

圖5 變徑位置速度分布曲線

4 改進措施及應用效果

尺寸調整前，變徑位置速度峰值為5.572m/s(圖5)，尺寸調整后，變徑位置速度峰值為3.996m/s(圖7)，速度下降了1.576m/s，變化率為28%。同時從速度曲線以及速度云圖（圖6）可以看出，尺寸調整后流體速度變化趨于緩和，從而可以減弱流體對油管的沖擊，降低油管的磨損速度。

圖6 軸向速度云圖

圖7 變徑位置速度分布曲線

5 結束語

從模擬計算結果來看，通過增加變徑位置的長度尺寸，可以降低井液速度的峰值，可以有效的降低流體對油管沖擊磨損。同時為了進一步降低流體對油管沖擊磨損，可以采用增加入口面積，降低入口流體速度的方法。

[1]萬人溥，羅英俊.采油技術手冊(修訂本)[K].北京：石油工業出版社,1993.

[2]張 毅.采油工程技術新進展[M].北京:中國石化出版社,2005.

Analysis of Throttling Impact of Check Valve in ESPWells and Improvement Measures

ZHANG Sen
(Shengli Oilfield Rod less Pumps,Inc.,Dongying Shandong257000,China)

This article,using ANSYSmodeling,simulated and analyzed the change rule of fluid flowrate caused by of check valves throttling during ESP production,understood the cause of tubing damage in detail and put forward suggestions for improvement.

ESP;single flow valve;ANSYS;simulation

TH38

B

1672-545X（2011）08-0185-02

2011-05-09

張 森（1981—），男，河北石家莊人，助理工程師，2007年畢業于莫斯科國立大學，現從事電泵應用與貿易工作。