抽油杆扶正器液流阻力模拟研究

2016-10-27韩岐清李少甫

石油地质与工程 2016年5期

关键词：井液油杆液流

韩岐清,李少甫,韩　涛

(中国石油大港油田分公司采油工艺研究院，天津 300280)

抽油杆扶正器液流阻力模拟研究

韩岐清,李少甫,韩涛

(中国石油大港油田分公司采油工艺研究院，天津 300280)

大港油田目前应用的抽油杆扶正器种类繁多，结构尺寸、性能参数均存在较大差异，基于Flow Simulation计算流体力学模块建立了螺旋扶正器、叶片扶正器及圆环扶正器三维仿真流动模型，分析评价不同类型扶正器在不同黏度流体下的过流能力。结果表明，井液流经扶正器产生的液流阻力对杆柱受力产生重要影响，且随流体黏度增加而急剧增加，其中，叶片扶正器产生的液流阻力最小。

大港油田;扶正器;液流阻力;模拟计算

大港油田应用的抽油杆扶正器种类繁多，扶正器在抽油机井上广泛应用，有效保护了抽油杆及接箍，延长了抽油杆及油管的使用寿命，同时抽油杆加装扶正器也改变了抽油杆的受力状况[1-3]。

本文基于Flow Simulation流体仿真模拟软件，通过建立不同结构扶正器三维实体模型，应用数值模拟方法分析井液流经扶正器流场分布和液流阻力，并分析评价不同结构扶正器在不同黏度流体介质下的过流能力，为扶正器优选及杆柱受力分析提供理论依据。

1　流体数值模拟计算

在进行流体数值模拟分析之前，首先对油管、抽油杆及扶正器建立三维实体模型[4]，扶正器为大港油田主体采用的螺旋扶正器、叶片扶正器及圆环扶正器，依据实际尺寸1∶1建模。工件规格尺寸分别为：内径φ62 mm平式油管、直径22 mm抽油杆、FZ58.5-22螺旋扶正器、FYPⅡ22×58A叶片扶正器、FYH22×58A圆环扶正器。

Flow Simulation流体分析建立的三维模型为管道内部流动，需在油管两端使用封盖，确保模型内部为密闭空间。井液流动模型假设条件：①假设抽油杆与油管相对静止，管内流体相对速度为流体平均流速加上抽油杆下行最大速度，分析计算扶正器在油管内所受最大液流阻力。②流动数值模拟方法采用雷诺平均模拟[5]，湍流模型采用具有阻尼函数的 κ-ε模型[6]。③流体管程2 m，为扶正器平均有效长度7倍。④模拟流体采用自定义油井产出液，密度890 kg/m3,黏度100 mPa·s。⑤入口流体速度按产液量20 m3/d，折算流速v1=0.077 m/s，抽油杆下行最大速度vmax= 0.785 m/s，平均冲程为5 m，冲次为3次/min,流体相对速度v=v1+vmax=0.862 m/s。⑥出口压力0.1 MPa。⑦默认壁面为绝热壁面。

依据边界条件，通过精细网格划分，进行流体数值模拟运算。计算结果通过流动迹线显示螺旋扶正器(图1)、叶片扶正器(图2)、圆环扶正器(图3)在油管内的流场分布及压力变化。

图1　螺旋扶正器流场示意图

2　计算结果分析

井液流经抽油杆扶正器产生的液流阻力主要由流经扶正器的压力损失以及由于过流面积改变产生的局部阻力损失引起[7],不同结构扶正器其过流面积不同，有效实体长度不同，产生的压力损失也不同。由图4可以看出，流体流经螺旋扶正器产生的压力损失最大，圆环扶正器次之，叶片扶正器产生的压力损失最小，且沿程压力变化最为平缓。