影响石油固井下灰车平均卸灰速度因素的研究

黄富春

(中石化西南石油工程有限公司固井分公司,四川德阳 618000)

影响石油固井下灰车平均卸灰速度因素的研究

黄富春

(中石化西南石油工程有限公司固井分公司,四川德阳 618000)

本文简单阐述了石油固井下灰车平均卸灰速度以及工作压力相关内容,分析了卸灰压缩空气流量,重点研究了流态化装置设计及计算,同时提出了几点其它影响因素,旨在减轻干扰因素对石油固井下灰车卸灰速度的影响,提升石油开采效率。

石油固井下灰车 平均卸灰速度 影响因素

随着我国经济的发展,石油资源表现出了逐渐增大的需求量,继而对油田开采提出了更高要求。卸灰速度是固井下灰车的性能判断标准,下灰车的运输距离一般是从储灰库到井场之间,其运作的距离较短,在其总耗时中,燃油消耗、卸灰时间占据了很大一部分。所以想要提高下灰车的运行效率,必须要对下灰车平均卸灰速度进行研究。本文以此为主线,针对石油固井下灰车卸灰速度相关参数以及速度控制展开研究,研究结果如下。

1 平均卸灰速度

下灰车的平均卸灰速度是指所卸料粉的质量与所需时间之间的比值。该指标能够很好地反应下灰车的工作效率,当然影响平均卸灰速度的因素有很多,其中最主要的包括下车灰的构造、卸灰压缩气体的压力与流量。该指标也对卸灰过程中的管内固气二相流的浓度存在着一定的影响。经学者研究表明,额定的工作压力、额定的供气量、固气二相流的平均质量浓度三者和平均卸灰速度之间都是成正比例关系的,所以想要更好地提升下灰车的平均卸灰速度,一方面要将空压机的工作压力和供气量进行定量的确定,另一方面,创新流态化装置的设计方案,使其能高效运作。

2 工作压力和工作压力的确定

为了能够更好地提高下灰车的工作效率,一般会选取较高的平均卸灰速度。如此一来,流态化的气力的输送效率能够得以提升,但与此同时也会损失较大比例压力。所以,在选取气源时,必须要具备较高的工作压力,这样才能更好地应对粉粒体在运动的过程中所产生的压力,当然此种压力只要比卸料过程中所产生的各种压力之和大一些即可。如何计算粉粒体压力的损失,目前还没有一个较为科学的方法。但是据多名学者的实验研究表明,只有当大多数的粉粒输送压力在200kPa左右时,固气二相流的值才能保证在50-310之间,继而能够顺利地完成卸料程序。所以下灰车额定工作压力选择在0．3MPa左右即为合理,但是当运输的距离过长,或者运输的浓度过高时,则需对其额定的工作压力进行调整。

3 卸灰压缩空气流量分析

卸灰压缩空气流量主要是考察平均卸灰速度、流态化与管道的气力输送三个方面的要求。经研究表明,管内固气二相流的混合比例与气力输送的环境和流态化装置是分不开的,其中气力输送的环境主要包括管壁之间摩擦程度以及所设定的工作压力。所以想要更好地提升下灰车平均卸灰速度,必须要从卸灰压缩空气流量入手,只有卸灰压缩空气流量增加了,才能保证其平均卸灰速度。

4 流态化装置设计及计算

通过上述的分析可知,下灰车的平均卸灰速度与压缩空气流量有着十分直接的关系。所以提高平均卸灰速度的有效途径就要优化流态化装置的设计,流化床和滑料板是该装置最为重要的组成部分。

4.1 滑料板

滑料板是对称设计的,它主要的功能在于能够让粉粒体逐步进入流化床中。另外管壁可以和滑料板一起来组成一个气室,同时将滑料板与水平面之间的夹角要进行特定的设置,保证其不会让粉粒体滞留在上面。经试验表明,该夹角设为41-43度最为合适。可以通过三维的设计软件来计算出滑料板的外部尺寸,将其确定以后,再选用钢板来进行制作,其中钢板的厚度不得低于5mm。如果所要制作的滑料板较大,那么就要选择分块焊接的办法。

4.2 流化床

流化床是影响下灰车运转的关键部位。流化床涉及到的参数主要包括流化床气流速度( vf),粉粒体气流速度( vt),流化床面积S。其中dp表示水泥直径, ρ表示水泥真密度,gρ表示的是气体的密度,η表示气体的动力粘度。当计算出 vf值时,就是进入流化床状态的时刻,然后再根据 vf和 vt的两个值来计算出流化床的面积S。流化床面积s是根据 vf和 vt的两个值计算得出的,流化床的面积S越大,粉粒体的液态化速度要比气流速度也会更大一些,这样可能会对其液化状态产生不良影响,在输送的过程中则存在困难因素,造成床面上出现残留物,继而减少了流化床可流动的面积。而当粉粒体的液态化速度要比气流速度小一些时,就会导致其液化过度,这样就会导致床面的操作失常。 vf和 vt的计算公式分别为如下所示:

5 其他影响因素分析

其它的影响因素还包括空压机的选择、输料管路的设计等等。特别是在空压机的选择上,我们很容易发现,如果采用无油摆杆式的空压机,将会比回转式的空压机清洁得更为干净,保证无残留,这样便能很好地保护透气元件,保证各个输送管道不被堵塞,从而使下灰车能够更加高效地工作。

6 结语

通过以上的研究我们可以发现:下灰车的结构、卸灰压缩空气流量、空压机的选择、输料管路的设计等等都是影响石油固井下灰车平均卸灰速度的主要因素,对其运转速度有着决定性的作用。在速度提升上,应以固气体混合装置以及流态化装置的优化为主,将固气二相流平均质量浓度提升。

因此,只有将流态化的装置和流化床设计得更为先进合理,才能够提高压缩空气流的质量浓度,保证下灰车工作的性能,这是设计下灰车的关键环节,对其工作性能起到直接影响。另外,想要找到各个参数最为合适的值,必须要经过多次的反复试验,从而全面地衡量各因素的影响指数(如实验外界环境的湿度、温度),提高下灰车的平均卸灰速度。

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