考慮固定閥雜物沉積的抽油泵旋流器結構設計

陳妙莉 謝煜

摘要：為解決傳統抽油泵旋流器結構旋流速度低的問題，考慮固定閥雜物沉積設計抽油泵旋流器結構。通過確定抽油泵旋流器結構原理，考慮固定閥雜物沉積，計算抽油泵旋流器結構參數，通過泵內多級扶正組合的方式，實現抽油泵旋流器結構設計。設計實例分析，結果表明，設計旋流器結構旋流速度明顯高于對照組，能夠解決傳統抽油泵旋流器結構旋流速度低的問題。

Abstract：? In order to solve the problem of low swirl speed of traditional pump swirler structure， the structure of pump swirler is designed considering the deposition of fixed valve sundries. By determining the structure principle of the pump hydrocyclone， considering the deposition of fixed valve debris， calculating the structural parameters of the pump hydrocyclone， the structural design of the pump hydrocyclone is realized by the way of multi-stage centralizing combination in the pump. The results show that the swirl speed of the design hydrocyclone is obviously higher than that of the control group， which can solve the problem of low swirl speed of the traditional pump hydrocyclone.

關鍵詞：固定閥雜物沉積;抽油泵;旋流器結構

Key words： fixed valve debris deposition;pumping pump;cyclone structure

中圖分類號：TP343.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）08-0012-02

0? 引言

旋流器作為一種分離分級設備，是抽油泵中的重要組成設備，本文研究的抽油泵旋流器在工業設備研究領域內，屬于一種較為常見的水油分離處理裝置，設備的使用原理主要為對液體的離心沉降[1]。抽油泵旋流器在運行過程中，由于固定閥處雜物沉積現象，導致旋流器結構在旋流過程中所受阻力變大。以往針對抽油泵旋流器結構設計中，由于未考慮固定閥雜物沉積，很容易在投入現實使用后出現旋流器結構旋流速度慢的現象，進而影響其使用性能。因此，針對抽油泵旋流器結構的優化設計是具有現實意義的。本文通過分析抽油泵旋流器結構原理，在考慮固定閥雜物沉積的產生原因后，選取泵腔油液流速作為關鍵參數，計算得到旋流器入口收縮系統，以此為依據，利用泵內多級扶正組合設計了抽油泵旋流器整體結構，實驗驗證了設計方法能夠有效提高旋流器結構旋流速度，具有一定的應用價值。

1? 考慮固定閥雜物沉積的抽油泵旋流器結構設計

1.1 確定抽油泵旋流器結構原理

在本文設計的抽油泵旋流器結構中，必須預先明確抽油泵旋流器結構原理，以此為依據展開設計[2]。當抽油泵旋流器中兩種不同性質的液體，以一種混合液的狀態呈現在其中時，設備可以按照一定的壓力，從區域周邊從抽油泵旋流器邊緣進行切入，使兩種不同液體進行分離。在此種狀態下，抽油泵旋流器產生的運動被稱之為湍流運動。考慮到在此過程中，混合液在抽油泵旋流器分離過程中，受到粒度差的影響，導致液體的向心浮力與曳力作用力不同，從而通過離心產生一定的沉降作用。此種行為實施過程中，液體中大粒徑的分子從抽油泵旋流器的底部流出，水油呈現分離，而此種狀態下的產生液體密度差的原理主要為“液體—液體”、“液體—固體”、“液體—氣體”，在多種離心作用力下，圓柱內液體發生高速旋轉，從而導致分離[3]。抽油泵旋流器中的液體中，密度較大的組成成分，在作用力的影響下，沿著軸邊逆時針向下運動，逐步沿著外部口徑流出，此時其內部便形成了一種旋流場，當運動的流體達到底部流口排出后，軸線中心部位會產生一種向上運動的旋流渦，液體隨著底部溢流區域流出，實現使用抽油泵旋流器對混合一體的分離處理。由此可見，本文設計的抽油泵旋流器結構必須能夠保證水油呈現分離狀態。

1.2 考慮固定閥雜物沉積計算抽油泵旋流器結構參數

在確定抽油泵旋流器結構原理的基礎上，考慮固定閥雜物沉積計算抽油泵旋流器結構參數[4]。考慮固定閥雜物沉積的情況下，針對抽油泵旋流器結構參數的計算需要更加精準，本文選取抽油泵旋流器泵腔內油液流速，作為抽油泵旋流器結構設計中的關鍵參數。設抽油泵旋流器泵腔內油液流速的計算表達式為v，則有公式（1）。

公式（1）中，b指的是抽油泵旋流器泵腔寬度;w指的是抽油泵旋流器泵腔高度;Q指的是抽油泵旋流器入口流量;e指的是對稱流動的復勢。通過公式（1），計算得出抽油泵旋流器泵腔內油液流速，在抽油泵旋流器泵腔容量允許的情況下，將抽油泵旋流器泵腔內油液流速最大化，進而避免出現固定閥雜物沉積對旋流器結構旋流速度的影響[5]。不僅如此，為防止抽油泵旋流器入口的收縮現象，在考慮固定閥雜物沉積的前提下還需要在抽油泵旋流器結構設計中引進收縮系數，保證抽油泵旋流器結構參數標定的合理性。設抽油泵旋流器入口收縮系數的計算表達式為？著，則有公式（2）。

公式（2）中，h指的是抽油泵旋流器運行時間;？琢指的是抽油泵旋流器入口角度。通過公式（2）中，計算得出抽油泵旋流器入口收縮系數。以此，結合抽油泵旋流器泵腔內油液流速，完成考慮固定閥雜物沉積抽油泵旋流器結構參數的計算。

1.3 實現抽油泵旋流器結構設計

以上述考慮固定閥雜物沉積計算得出的抽油泵旋流器結構參數為依據，通過泵內多級扶正組合的方式，設計抽油泵旋流器結構。本文設計的抽油泵旋流器結構示意圖，如圖1所示。

在圖1中，1指的是固定閥球;2指的是上連接件;3指的是下連接件;4指的是上柱塞;5指的是嚙合式單面滾珠軸承;6指的是油管接箍;7指的是柱塞下部接頭;8指的是下出油閥球;9指的是泵筒;10指的是固定進油閥罩;11指的是抽油桿。結合圖1所示，為本次考慮固定閥雜物沉積設計的抽油泵旋流器結構。

2? 實例分析

2.1 實驗準備

設計實例分析，實驗目的為證明本文考慮固定閥雜物沉積設計抽油泵旋流器結構在實際應用中的性能。首先，使用考慮固定閥雜物沉積設計抽油泵旋流器結構，進行水油分離，通過黑盒工具 -QAcenter測得旋流器結構旋流速度，記為實驗組;再使用傳統抽油泵旋流器結構，進行水油分離，同樣通過黑盒工具 -QAcenter測得旋流器結構旋流速度，記為對照組。實驗主要內容為測試兩種抽油泵旋流器結構的旋流速度，流器結構旋流速度越高證明旋流器結構性能越好;測試兩種抽油泵旋流器的日產液量，日產液量越高說明旋流器避免雜質沉積的效果越好。針對黑盒工具 -QAcenter測得的旋流器結構旋流速度，記錄實驗結果，共設置8次實驗。

2.2 實驗結果分析與結論

整理兩組旋流器結構的旋流速度實驗結果，如表1所示。

分析表1，本文設計旋流器結構旋流速度平均為3.14m/s，而傳統抽油泵旋流器結構的旋流速度平均為1.43m/s，由此可知，本文設計的旋流器結構旋流速度明顯高于對照組。這是由于本文設計方法考慮固定閥雜物沉積，通過確定旋流器結構參數，改善了雜質沉積對旋流器的運行的不良影響，提高了旋流器的旋流速度，具有現實應用價值。兩組不同旋流器結構的抽油泵日產液量實驗結果，如表2所示。

分析表2可知，本文設計的旋流器結構應用于抽油泵中，每日產液量平均達到25.39m3，而傳統旋流器結構的抽油泵日產液量平均為16.62m3，由此，設計的旋流器結構在產液量上有很大程度的提升，通過設計的旋流器結構能夠在抽油泵抽吸時加速油液攜帶雜質從井下抽提至地上，避免了在抽油泵內的沉積，提升了抽油泵的生產效率。

3? 結束語

本文通過實例分析的方式，證明了設計抽油泵旋流器結構在實際應用中的適用性，以此為依據，證明此次優化設計的必要性。因此，有理由相信通過本文設計，能夠解決傳統抽油泵旋流器結構設計中存在的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現為未對本次旋流速度測定結果的精密度與準確度進行檢驗，進一步提高旋流速度測定結果的可信度。這一點，在未來針對此方面的研究中可以加以補足。與此同時，還需要對抽油泵旋流器的優化設計提出深入研究，以此為提高抽油泵旋流器的質量提供建議。

參考文獻：

[1]屈文濤，魚強，孫艷萍.基于旋流攜砂機理的高效自清潔抽油泵設計[J].機械研究與應用，2019，032（001）：111-113.

[2]劉威，王成軍，鄭順，等.旋流器結構參數對燃燒室出口溫度分布的影響[J].上海航天（中英文），2020（4）：79-87.

[3]汪云鶴.抽油井不壓井作業裝置及抽油泵底閥設計[J].石油礦場機械，2020，49（05）：65-69.

[4]丁文剛，劉琳，杜曉霞，等.海上井下油水分離旋流器結構設計及優化研究[J].石油機械，2020（6）.

[5]林愷，束方啟.聚驅井抽油泵排出閥閥罩過流阻力研究[J]. 石油機械，2019，047（001）：115-119.