喉嘴距对喷射引流器性能影响试验研究

王秀会，赵军友，左 鹏，王少波，刘祥猛，万法伟，傅建伟，张蕊蕊

（1.中国石油大学（华东）机电工程学院，山东青岛 266580；2.中石化胜利油田分公司东辛采油厂，山东东营 257094）

喉嘴距对喷射引流器性能影响试验研究

王秀会1，赵军友1，左 鹏1，王少波2，刘祥猛1，万法伟1，傅建伟1，张蕊蕊1

（1.中国石油大学（华东）机电工程学院，山东青岛 266580；2.中石化胜利油田分公司东辛采油厂，山东东营 257094）

喷射引流器已应用于套管气的回收系统中，喉嘴距是影响喷射引流效率的关键因素之一。考虑油井工况，研制了喉嘴距可调的喷射引流器。模拟套管气回收工况进行室内试验，研究背压、负压、射前流量、射后流量及引射流量与喉嘴距长短的关系。结果表明：喉嘴距对喷射引流的性能产生重要影响。存在1个最合适的喉嘴距，使喷射引流器的效率达到最高。

喷射引流器；喉嘴距；性能；试验

在20世纪30～40年代，喷射引流器技术已开始在水利、电力、冶金等领域应用［1］。随着石油工业的发展，喷射引流技术在气井排水、除砂方面也发挥了重要作用［2-10］。在原油生产中，油藏流体在井筒内流动，随着流体流动压力的降低，原油中的溶解气分离，进入到油套环形空间，所形成的分离气为套管气［11］，需要定期释放套管气以减小气体对抽油泵的影响。受技术发展的制约，传统的解决措施是将套管气直接排放到大气中或燃烧掉，既浪费能源，又污染环境，而且还存在安全隐患［12-13］。在分析了目前国内油田在套管气回收、管控方面主要采取的措施后，提出利用喷射引流器来回收套管气的方案，即利用开采出的原油流经喷射引流器产生的负压吸收常压下的套管气，并混合后沿输油管干线输送，达到回收套管气的目的。

1 喷射引流原理

喷射引流器是利用射流紊动扩散作用，来传递能量和质量的流体机械和混合反应设备，它由喷嘴、喉管、吸入室及扩散管等部件组成。它的工作原理是：工作流体通过喷嘴射出，在喷嘴口处由于射流边界层的紊动扩散作用，与周围引射流体发生能量交换，形成一股压力居中的混合流体，工作流体和引射流体进行速度的均衡。工作流体的压力降低，提高引射流体的压力，不直接消耗机械能是喷射器最主要的性质［14］。

2 喷射引流器结构

喷射引流器主要有喷嘴、喉管、扩散管及支撑部分组成，如图1。喷嘴是喷射引流器中最重要最基本的结构，喷嘴的结构性能直接决定着喷射引流器的性能［15-18］。喉嘴距即喷嘴出口截面与混合室的入口截面的距离，对喷射引流器性能影响较大。

根据索科洛夫所著的《喷射器》一书给出的一维、半经验公式和理论进行喷射器的结构设计，支撑部分采用整体焊接，既能保证2个支撑法兰内表面的距离不变，又能起到固定支撑喷射器的作用，可以通过调整不同垫片的组合来改变喉嘴距的长短。

图1 喷射引流器结构

3 性能试验

3.1 试验方法

试验模拟采油油井的工况，在室内进行。模拟一定压力的原油通过喷射引流器后带动常压套管气进入喷射引流器的混合室来回收套管气，通过调节喉嘴距来改变喷射引流器参数，得到同等工况下不同的喉嘴距的混合流体的压力及吸收气体量的多少，来分析对喷射引流器性能的影响。

本试验采用离心泵提供一定流量和一定压力的水来模拟油井开采的原油，减压阀来调节进入喷射器的水压力，水流量计测量喷射引流器前后的液量，泄压闸阀调整进入管线的压力和流量，射前闸阀能控制管路液体的通断，射后闸阀通过闸阀开口的大小控制喷射引流器背压的大小，涡街气体流量计能显示吸收气体瞬时的流量和总流量，在各个测量点均安装压力表。如图2所示

图2 喷射引流器喉嘴距性能试验方案

通过改变喷射装置的工作状况，即调节进入喷射引流器水的压力，观察喷射引流器吸收气体的效果，及能正常工作的最大背压的规律，研究喷射引流器的性能，为喷射引流器现场回收套管气的应用提供设计依据。

本次试验是在分析普通采油井工况的情况下，选用喷嘴直径ø9 mm，理论计算得到的喉嘴距9 mm，因此本次试验的喉嘴距从9 mm依次增加。

具体试验方法：

1） 保持离心泵排出的压力恒定为1 MPa，通过调节减压阀使进入喷射引流器的水的压力从0.5 MPa依次增加0.1 MPa，直到1 MPa，稳定后测量喷射引流器前后的液体、气体流量及能正常工作的最大背压的大小，每10 min记1次数。

2） 改变调节垫片的数量组合来增加喉嘴距的长度，重复上述过程1。

3.2 试验结果

按照上述试验方法得到的试验结果如表1。

表1 喷射引流器喉嘴距性能试验数据

4 试验结果分析

4.1 喉嘴距与背压变化的关系

背压是扩散管出口处的压力，喷嘴喷射出来的工作流体与被吸入的引射流体混合后，经过喉管进入扩散管的扩大部分，流体的流速逐渐降低，流体静压能增加，至扩散管出口处的压力较高得以排出，能使流体的速度头充分转化为压头。喷射引流器背压的大小与原油能正常输送的能力有直接关系，背压大即原油能克服的管道阻力大，正常输送的距离就远。由图3可知，当喷射引流器前工作压力一定时，都有1个背压值最高的喉嘴距相对应，即存在1个最合适的喉嘴距，在此喉嘴距下喷射引流器的效率最高。

图3 喉嘴距与背压变化的关系

4.2 喉嘴距与负压变化的关系

负压是工作流体流经喷嘴后再吸入室形成的高速低压区，从而将引射流体吸进来。负压值的大小表明喷射引流器吸收引射流体的能力，负压值越高，说明此时吸收引射流体的能力越强。由图4可知，负压值随着射前工作流体压力的升高而增加，在相同的工作流体压力下，喉嘴距的长短影响负压值的大小，即存在1个最合适的喉嘴距，在此喉嘴距下负压值最大，喷射引流器的吸收效率最高。由背压与喉嘴距变化的关系可知，喉嘴距约等于喷嘴直径时，能得到最大背压。

4.3 喉嘴距与流量变化的关系

流量是衡量喷射引流器工作效率高低的重要标志，工作流体流量的大小决定了喷射引流器的适用工况，引射流体流量的大小表明了在同样情况下喷射引流器吸收引射流体的能力强弱。如图5～7所示，同样结构的喷嘴，射前流量、射后流量、引射流量均随着射前压力的升高而增大，流量与压力成正比，同样的射前压力下，射前流量和射后流量在喉嘴距9 mm时最大，引射流量在喉嘴距10 mm时最大，因此应根据对喷射引流器不同的使用要求来选取合适的喉嘴距，达到工作目的。

图5 喉嘴距与射前流量变化的关系

图6 喉嘴距与射后流量变化的关系

图7 喉嘴距与引射流量变化的关系

5 结论

1） 试验结果表明，存在1个最合适的喉嘴距，在此喉嘴距下喷射引流器能达到最大背压，效率最高。

2） 喷射引流器的引射流量是随着喉嘴距的改变而变化，且存在1个最佳喉嘴距，使引射流量最大。

3） 喉嘴距是喷射引流器结构中重要的结构参数，其值直接影响喷射引流器的性能，选用合适的喉嘴距参数是保证喷射引流效果的有效方法。

4） 该研究结果可以提高喷射引流器的效率，在套管气回收领域的应用前景广阔。

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Study on Test of Performance of Hose Nozzle To Injector

Injection technology has been widely used in casing gas recovery，hose nozzle distance is one of the key factors of injection technology to achieve high efficiency.Considering the working conditions of oil wells，an injector of hose nozzle with adjustable spray was designed and manufactured.the application of the injector in the recovery of the casing gas in the laboratory was simulated，separately the relationship between back pressure，negative pressure，front flow，after flow，gas meter flow and hose nozzle distance were researched and analyzed.The results indicate that hose nozzle distance has an importance on the injection efficiently，and there is a most appropriate hose nozzle distance that made the injector highest efficiency.

injection；hose nozzle；performance；testing

TE933.307

A

10.3969／j.issn.1001-3482.2014.10.008

1001-3482（2014）10-0035-04

2014-04-01

王秀会（1988-），男，山东菏泽人，硕士研究生，主要从事石油机械方面的研究与设计工作，E-mail：wangxiuhui＠vip.qq.com。