煤层气井有杆泵内煤粉沉积的影响因素分析

莫日和，张芬娜，綦耀光，何涌杰，张国富

1.中联煤层气有限公司，北京东城 100108；2.中国石油大学(华东)机电工程学院，山东青岛 266580

煤层气井有杆泵内煤粉沉积的影响因素分析

莫日和1，张芬娜2*，綦耀光2，何涌杰2，张国富2

1.中联煤层气有限公司，北京东城 100108；
2.中国石油大学(华东)机电工程学院，山东青岛 266580

依据固液两相流理论，建立了煤层气井煤粉在有杆抽油泵内的数学模型，对煤粉在泵内的运动规律进行了分析，通过求解煤层气井有杆泵内固液两相流模型及仿真分析，得到了煤粉颗粒直径、井液的入泵速度及井液中煤粉颗粒浓度等参数对有杆泵内煤粉沉积的影响，利用固体颗粒在泵筒和柱塞间隙的磨损特性，分析了煤粉对有杆泵使用寿命的影响并给出了延长检泵周期，提高泵的使用寿命的措施。结果表明：有杆泵内下端煤粉浓度较大，分布非常不均匀；有杆泵内煤粉颗粒速度分布不均匀，湍流现象比较严重，煤粉颗粒主要沉积在固定阀入口两侧。煤粉粒径越小、井液入泵速度越大和井液中颗粒浓度越小可减少煤粉在有杆泵内的沉积。在排采的过程中通过连续、稳定、缓慢的降压，减少储层出煤粉；合理调节排采系统的冲程、冲次，通过改变泵的排量提高泵入口的流速，可减小煤粉在有杆泵内的沉积，使进入泵中的煤粉尽量排出泵外进入抽油杆和油管环空，以减少煤粉对有杆泵的影响。

煤层气井；有杆泵；煤粉；入泵速度；使用寿命

莫日和，张芬娜，綦耀光，等.煤层气井有杆泵内煤粉沉积的影响因素分析[J].西南石油大学学报(自然科学版)，2016，38(5)：143150.

MO Rihe，ZHANG Fenna，QI Yaoguang，et al.Movement of Pulverized Coal in Sucker Rod Pump in Coalbed Methane Well[J].Journal of Southwest Petroleum University(Science&Technology Edition)，2016，38(5)：143150.

引言

有杆泵是煤层气排采的主要设备，作业时安装在井下油管柱的下部，沉没在井液中，通过抽油机、抽油杆传递的动力直接进行井内液体的抽汲[1]。目前中国所投产的煤层气井主要采用有杆泵设备进行排采[2—4]。煤层气井由于煤储层本身的特性在排采过程中易产生煤粉，在抽水泵的抽汲作用下，进入井筒中的煤粉颗粒随着地层液被吸入泵筒，煤粉颗粒进入泵内使泵阀、柱塞等发生磨损从而降低泵效；当煤粉颗粒在泵筒中过快地沉积将造成固定阀的堵死，造成卡泵，从而被迫进行关井修井作业[5—6]。由于煤层气与常规油气开采工艺有很大区别，修井作业过于频繁，将造成煤层气井出气少甚至很长时间不出气，不利于煤层气井生产。因此，研究煤粉颗粒在抽油泵的沉降规律是解决埋泵和卡泵问题的关键。

目前对离心泵内固液两相流研究较多，敏政等[7]对泥沙颗粒直径及体积分数对高比转速离心泵的影响进行了研究，李仁年等[8]对小粒径固液两相流在螺旋离心泵内运动进行了数值分析，何伟强等[9]对固相体积分数对离心泵性能影响进行了研究。朱祖超等[10]分析了固液混合物对双流道输送泵性能的影响和对泵的磨损。在煤层气井有杆泵排采的过程中气体随着井液进入有杆泵内会影响泵的充满度，降低泵效，甚至会发生气锁、气蚀等现象，在抽液泵抽吸的过程中煤粉颗粒进入泵内造成埋泵卡泵等现象，故无论气体还是煤粉颗粒对泵的影响都会影响泵的正常工作，近年来研究气体对柱塞泵的影响的较多[11—12]，很少见对有杆泵内固体颗粒对泵的影响的分析。本文针对煤层气排采的实际，利用固液两相流理论分析在不同排液量，不同煤粉颗粒大小以及不同煤粉浓度下，煤粉在抽油泵内的沉降特性，以及煤粉颗粒对有杆泵使用寿命的影响，为煤层气井有杆泵排采提供依据。

1 有杆泵内固液两相流数学模型

上冲程时有杆泵在抽油杆的带动下游动阀关闭而固定阀打开泵吸入含煤粉地层液混合物，如图1所示。由于泵腔压力和井底压力比较大，流体入泵处于湍流的状态，在近壁处流体处于层流的状态。

图1 有杆抽油泵的工作原理图Fig.1Work principle of sucker rod pump

1.1 煤粉颗粒在泵筒内沉降数学模型

被吸入的煤粉颗粒在泵筒内所受力在泵轴向方向(y方向)平衡方程为

式中：urmp—煤粉颗粒的速度，m/s；

t—时间，s；

FD(u-up)—煤粉颗粒在流体中所受到的拖曳力，N；

u—流体相的速度，m/s；ρ流体的密度，kg/m3；

ρp—煤粉颗粒的密度，kg/m3；

gy—重力加速度在y向的分量，m/s2；

Fy—煤粉颗粒所受重力，N。

拖曳力计算公式为

d—煤粉颗粒的粒径，mm；

μ—流体的黏度，Pa·s；

CD—流体的拖曳力系数，在一定的雷诺数下是常数，可通过相应实验获得或参考经验数[1—3]。文献[13]中给出了Re为0.1～5.0×104范围内CD的值，当Re=300时CD=0.65。

1.2 泵内固液两相流流动数学模型

双流体模型是目前研究固体颗粒与流体的两相流最为广泛的一种方法，能够较完整地考虑颗粒相的输运过程，并通过颗粒压力和黏度考察颗粒间的相互作用[1—4]，考虑含煤粉井液固液两相的相互作用，用两相流双流体模型，每相独自地满足连续性方程和动量守恒定律。

泵筒内井液混合物满足连续方程

其中：ρm—混合密度，kg/m3；

υk—第k相的平均速度，m/s；

υm—平均速度，m/s；

αk—第k相的体积分数，%；

ρk—第k相的密度，kg/m3；

（3）pH值对大豆提油量的影响。在响应曲面实验过程中发现菌种所产生的蛋白酶对大豆粉的酶解效果明显，而且与大豆初始pH值密切相关，pH值会影响到菌种的产酶量，直接影响大豆的提油量。如果其pH值为1～4，那么提油量就会随着pH值的升高而逐渐升高；当pH值达到5以后，提油量升高趋势会逐渐放缓，此时提油量也会随之减少。因此选择pH值为5进行发酵可获得初始pH值，此时说明该菌种所产生的蛋白酶其pH值是偏酸性的[13-15]。

m˙—质量源的质量传递；

n—相数。

井液混合物的动量方程可以通过对所有相各自的动量方程来求得，通过所有相各自的动量方程求和得到。可表示为

式中：p—压力，Pa；

F—体积力，N；

υ—Tm切向平均流速，m/s；

μm—混合黏度，Pa·s；

g—重力加速度，g=9.8 m/s2；

υdr,k—第k相的漂移速度，m/s。

式中：υp—第二相p相的速度，m/s；

υq—主相q相的速度，m/s。

由第二相p的连续性方程，可得到第二相的体积分数方程为

式中：ρp—p相的密度，kg/m3；

αp—p相的体积分数，%；

υdr,p—p相的漂移速度，m/s。

1.3 井液液相湍流模型

将单相流的标准K-ε模型扩展到两相流湍流模型，将单相流的压力速度耦合SIMPLEC算法扩展至两相流动中，对井液两相流较为合适。该模型以固液混合相为研究对象，综合考虑了液体相和颗粒相的湍动作用对流动过程的影响。其模型见式(9)～式(11)。

K-ε模型湍流模型

式中：υt—流体的湍流运动黏性系数，m2/s；

cu—待定经验系数，无因次；

K—湍流脉动动能，J；2

cD—待定系数，无因次；

l 湍流脉动的长度标尺，m。K方程

式中：

x—x坐标，m；

σk—经验系数，无因次；下标i，j i向，j向。

ε—方程

式中：c1，c2—经验系数，无因次；

xk—k方向位移，m。

模型中，经验系数cu，c1，c2，σk分别推荐取值为0.09，1.44，1.92，1.00[1—5]。

通过连续性方程、两相动量方程、两相体积系数方程以及K方程和ε方程，得到封闭方程组。

2 实例计算与分析

为便于对比分析，设定几种工况进行分析，见表1。其中1组分析抽油泵在上冲程过程中泵腔内煤粉运动规律，2、3、4组分别分析颗粒粒径、入口速度、煤粉浓度对煤粉沉积的影响。泵在工作过程中有段余隙即防冲距[1—6]重点研究余隙内煤粉沉积，以及泵筒和柱塞间的煤粉。

表1 抽油泵工况条件Tab.1Pump working conditions

2.1 泵腔内煤粉运动规律

利用三交区块SJP022井现场参数：冲程1.50 m，泵径38 mm，泵效70%，体积比含煤粉量1.0%，煤粒密度1 490 kg/m3。假设泵筒截面上煤粉颗粒均匀分布，依据井液流动和煤粉运移分析，可以求得不同排液量时，粒径40目煤粉在泵筒截面上运移速度的具体分布情况，见图2。

图2 煤层气井泵筒截面上煤粉颗粒运移速度分布Fig.2The velocity distribution of coal particle in the pump of CBM well

可以看出，泵筒中煤粉颗粒伴随井液流动进行运移，且煤粉的运移速度接近于井液流速，二者的运动规律相近。在体积比含煤粉量较低的情况下，煤粉运移速度分布在泵筒截面中心部位出现一个很高的峰值。给定泵径后，煤层气井的排液量低于某一临界值，本例中1 m3时，煤粉颗粒在泵筒任一截面各点上的运移速度均小于零，表明此时煤粉颗粒在泵筒中完全沉降的状态，井液根本无法携带煤粉颗粒向上运动，排出泵筒；在排液量高于此临界值后，煤粉运移速度在泵筒截面的中间部位为正，该部分煤粉向上运动，可以被井液携带出泵，而泵筒壁附近的煤粉运移速度为负；煤粉颗粒运移速度正负的分界点随排液量的增大而逐渐扩大，由此使得排出泵筒的煤粉量不断提升，图中排液量分别为5 m3/d、7 m3/d和10 m3/d时，泵筒截面上煤粉运移速度正负分界点依次为±16.5，±17.3，±17.8 mm，被井液携带出泵的煤粉量则由77.4%增大到83.8%和88.7%，这为给定粒径煤粉进入泵筒顺利排出所需要排液量大小和泵筒截面尺寸的参数设计提供了重要依据。

图3是泵腔底部煤粉颗粒浓度分布图。当上冲程结束时，泵下端煤粉浓度较大，分布非常不均匀，煤粉颗粒速度分布不均匀，湍流现象比较严重。在固定阀入口两侧，煤粉颗粒在泵下端轴向速度已经为负值，煤粉颗粒在此处沉积。这种情况是由于在固定阀两侧出现了涡流现象。在固定阀入口两侧，煤粉浓度最大。

图3 泵腔底部煤粉含量分布云图Fig.3The volume fraction contours map of coal particles in sucker rod pump bottom

泵上端煤粉浓度非常小，而且分布比较均匀，泵腔上部煤粉颗粒轴向速度较小且以层流分布。

综上所述，随着煤粉等固相颗粒在泵阀处的不断沉积，最终导致固定阀堵死即抽油泵无法正常工作，煤层气井必须进行修井作业。

2.2 颗粒直径对煤粉沉积的影响

图4为煤粉颗粒直径分别为0.1 mm和0.5 mm时，泵腔内煤粉体积分数分布。在其他相同条件下，无论煤粉颗粒直径大小，煤粉在泵底部都有所沉积。煤粉沉积的位置集中在泵入口两侧。当煤粉颗粒为0.5 mm时，沉积的煤粉体积分数最高达到0.60。相比较煤粉颗粒直径为0.1 mm时，沉积的煤粉浓度最高不超过0.24。

在泵余隙内3处(泵固定阀上端10，30，50 mm处)沉积煤粉体积分数见图4。当煤粉颗粒直径为0.1 mm时，在泵阀上端10，30，50 mm处煤粉平均体积分数分别增加4.6%，8.2%，11%。当煤粉颗粒直径为0.5 mm时，在泵阀上端10，30，50 mm处煤粉平均体积分数分别是入口处的1.96，1.65，1.64倍。图4a和图4b对比表明，泵下端有煤粉沉积，煤粉颗粒直径越大，煤粉沉积越多。较大煤粉颗粒不能有效地携带出，而较小直径煤粉则能被有效携带出泵。煤粉粒径的大小对颗粒沉积的影响较大，在井液进泵速度稳定的情况下，随着煤粉粒径的增大，泵入口附近的煤粉逐渐发生沉积，较大煤粉颗粒不能有效地携带出，为此需要在泵下端采用防煤粉筛管等必要措施，防止大颗粒煤粉进泵。

2.3 井液入泵速度对煤粉沉积的影响

在泵余隙内3处(泵固定阀上端10，30，50 mm处)煤粉体积分数和煤粉轴向运动速度分别如图5和图6所示。

图5不同入泵速度下煤粉体积分数分布Fig.5The distribution of coal volume fraction for different initial velocity

图6上冲程结束后余隙内煤粉速度分布Fig.6The distribution of coal velocity for different initial velocity

对比分析表明，当煤粉颗粒为0.1 mm时，液体入泵速度为0.15 m/s，沉积的煤粉体积分数最高接近0.32。相比较液体入泵速度为0.4 m/s，沉积的煤粉体积分数约为0.24。对比图6a、图6b表明，煤粉颗粒速度大大减小甚至出现负值，表明泵低端开始有煤粉聚集和下沉。

从图6比较发现泵入口处初始速度越小时，煤粉聚集越多。当泵入口处初始速度为0.15 m/s时，在泵阀上端10，30，50 mm处煤粉平均体积分数分别是入口处3.3，2.66，1.90倍。当泵入口处初始速度为0.40 m/s时，在泵阀上端10，30，50 mm处煤粉平均体积分数分别是入口处的1.96，1.65，1.64倍。从数据可以得出，随着入口处初始速度减小，泵下端煤粉积聚明显增加。故提高地层混合液的入泵速度可以减少泵内的煤粉沉积。

2.4 井液中颗粒浓度对煤粉沉积的影响

计算分析表明，当0.1 mm颗粒煤粉浓度为5.0%时，沉积的煤粉浓度最高达到5.04%。而浓度为10%时，沉积的煤粉浓度最高达到10.1%。在煤粉浓度增大时，泵下端沉积煤粉平均浓度有所减小，泵阀两侧都有所增加。图7为对应两种浓度下泵腔内煤体积分数分布情况。

图7 不同颗粒浓度余隙内煤粉体积分数分布图Fig.7The distribution of volume fraction for different coal concentration

煤粉体积分数越多，煤粉聚集越多，泵下端有煤粉沉积，但变化并不明显。当煤粉浓度为5%时，在泵阀上端10，30，50 mm处煤粉平均体积分数分别增加5.8%，5.0%，4.8%。当煤粉浓度为10%时，在泵阀上端10，30，50 mm处煤粉平均体积分数分别增加6.6%，6.2%，6.0%。可以看出，在煤粉颗粒直径为0.1 mm时，随着煤粉煤粉浓度的增加，泵下端煤粉沉积有所增加，但变化不太明显。

3 煤粉对有杆泵的影响

当泵内的煤粉进入泵筒和柱塞的间隙时，对泵筒和柱塞将产生磨损，其泵筒和柱塞任意处x点的磨损间隙增量可分别表示为

式中：

δT，δZ—泵筒和柱塞的磨损间隙增量，mm；

AT，AZ—泵筒和柱塞的磨损系数，无因次；

N—冲次，min-1；

α—系数，无因次。

系数α与摩擦副的性质，工作条件等因素有关，可以通过实验求得。当含煤粉浓度增加时，α增大，其关系可拟合求得[1—7]

式中：C—煤粉的体积浓度，%。

泵在使用的过程中，泵筒的磨损要比柱塞的严重，泵筒从功能和造价上是泵的关键零件，因此，目前确定泵的使用寿命是以泵筒的使用时间来确定。故当泵筒磨损间隙增量大于泵筒的极限磨损量时泵达到使用寿命。煤粉颗粒进入有杆泵中使泵的使用寿命降低，其受煤粉颗粒影响后泵泵的寿命可表示为

式中：

T—泵的寿命，d；

［δT］—泵筒的极限磨损量，mm。

一般而言，经过碳氮共渗或镀铬、碳氮共渗的泵筒，淬硬度一般为0.38 mm，使用中允许最小硬层厚度为0.25 mm，泵筒的极限磨损量为0.13 mm。

根据三交使用的有杆泵参数和排采参数，泵的使用寿命随进入泵的煤粉浓度的关系如图8所示，分析可知随着煤粉浓度的增加，泵的使用寿命降低，在相同煤粉浓度下，抽液泵的冲次越大泵的使用寿命越低。当泵内的煤粉浓度为1%时，冲次为5，4，3 min-1其泵的使用寿命分别为193，241，321 d。煤粉对泵的影响不仅表现在对泵的使用寿命上，还易造成卡泵，造成频繁的修井作业。

图8 煤粉影响下的泵的使用寿命Fig.8The service life of rod pump for pulverized coal

分析结果表明，为了防止泵内煤粉大量沉积导致的煤层气井修井过于频繁，结合煤层气井排采可采取以下措施：

(1)排采时，平稳地降压，尽量减少由于压力波动产生的煤粉。减少煤粉的产出。

(2)在抽油泵低端接筛管，能够过滤较大的煤粉或其他固相颗粒；尽量减少进入泵内煤粉的含量。

(3)合理调节排采系统的冲程、冲次，通过改变泵的排量提高泵入口的流速，减小煤粉沉积量。使进入泵中的煤粉尽量排出泵外进入抽油杆和油管环空。

4 结论

(1)煤粉浓度的变化对煤层气井有杆泵内煤粉沉积的影响相对较小；固液两相入泵初始速度和煤粉直径的变化对煤层气井有杆泵内煤粉沉积的影响相对较大。

(2)合理调节排采系统的冲程、冲次，通过改变泵的排量提高泵入口的流速，可以减小泵内煤粉沉积量，延长检泵周期和泵的使用寿命。

(3)根据煤粉在有杆泵内沉积的影响因素分析，对煤层气井排采提出几项改进措施，以减少有杆泵内煤粉的沉积，为煤层气井有杆泵排采设备的正常运行提供保证。

[1]万仁溥，罗英俊.采油技术手册[M].北京：石油工业出版社，1993：105244.

[2]LIU Xinfu，QI Yaoguang，WU Jianjun，et al.An approach to the optimum design of sucker-rod pumping system[C]//International Conference On Information Engineering，2010，3：140143.

[3]HIRSCHFELDT C M，RUIZ R.Selection criteria for artificial lift system based on the mechanical limits：Case study of Golfo San Jorge Basin[C].SPE 124737，2009.

[4]齐俊林，郭方元，黄伟，等.游梁式抽油机分析方法[J].石油学报，2006，27(6)：116124.

QI Junlin，GUO Fangyuan，HUANG Wei，et al.Exact analysis on beam pumping unit[J].Acta Petrolei Sinica，2006，27(6)：116124.

[5]李琨，高宪文，仇治学，等.有杆泵抽油系统井下工况诊断的物元分析方法[J].东北大学学报(自然科学版)，2013，34(5)：613617.

LI Kun，GAO Xianwen，QIU Zhixue，et al.Matterelement analysis method of downhole conditions diagnosis for suck rod pumping system[J].Journal of NortheasternUniversity(NaturalSeienee)，2013，34(5)：613617.

[6]张宏录，刘海蓉.中国页岩气排采工艺的技术现状及效果分析[J].天然气工业，2012，32(12)：4951.

ZHANGHonglu，LIUHairong.Stateoftheartandeffects ofdewatering&recovery ofshale gasin China[J].Natural Gas Industry，2012，32(12)：4951.

[7]敏政，王乐，邵翔宇.泥沙颗粒直径及体积分数对高比转速离心泵的影响[J].兰州理工大学学报，2009，35(1)：4649.

MIN Zheng，WANG Le，SHAO Xiangyu.Influence of silt particle diameter and volume fraction on centrifugal pumps with high specific speed[J].Journal of Lanzhou University of Technology，2009，35(1)：4649.

[8]李仁年，韩伟，刘胜，等.小粒径固液两相流在螺旋离心泵内运动的数值分析[J].兰州理工大学学报，2007，33(1)：5558.

LIRennian，HANWei，LIUSheng，etal.Numericalanalysis of interior flow in screw centrifugal pump for liquidsolid two-phase medium with small size particles[J].Journal of Lanzhou University of Technology，2007，33(1)：5558.

[9]何伟强，李昳，张玉良，等.固相体积分数对泵性能影响研究[J].浙江理工大学学报，2010，27(4)：575579.

HE Weiqiang，LI Yi，ZHANG Yuliang，et al.Study on the influence of solid-phase volume fraction on performance of pump[J].Journal of Zhejiang Sci-Tech University，2010，27(4)：575579.

[10]朱祖超，崔宝玲，李昳，等.双流道泵输送固液介质的水力性能及磨损试验研究[J].机械工程学报，2009，45(12)：6569.

ZHU Zuchao，CUI Baoling，LI Yi，et al.Experimental study on hydraulic performance and wear of doublechannel pump delivering solid-liquid media[J].Journal of Mechanical Engineering，2009，45(12)：6569.

[11]WEI X Y，LU Z R，WANG H Y，et al.The Discharge Characteristic Analysis and the Simulation of Axial Piston Pumps[J].Advanced Materials Research，2012，490495.

[12]刘新福，吴建军，綦耀光，等.煤层气井气体对有杆泵排采的影响[J].中国石油大学学报(自然科学版)，2011，35(4)：144149.

LIU Xinfu，WU Jianjun，QI Yaoguang，et al.Effect of gas on sucker rod pump for coalbed methane well[J]. Journal of China University of Petroleum，2011，35(4)：144149.

[13]MORSI S A，ALEXANDER A J.An investigation of particle trajectories in two-phase flow systems[J].Fluid Mech，1972，55(2)：193208.

[14]刘冰，杜继芸，綦耀光，等.抽油机井杆管环空瞬态流场煤粉颗粒排出研究[J].中国石油大学学报(自然科学版)，2014，38(1)：117123.

LIU Bing，DU Jiyun，QI Yaoguang，et al.Research on coal particle carrying out in unsteady flow field of rod pumped well annulus[J].Journal of China University of Petroleum，2014，38(1)：117123.

[15]吴子牛.计算流体力学基本原理[M].北京：科学出版社，2001：1552.

[16]朱君，高源，王慧.防冲距对抽油机井泵效的影响分析[J].油气田地面工程，2009，28(10)：6061.

ZHU Jun，GAO Yuan，WANG Hui.Analysis of impingement distance the impact on pump efficiency of pumping unit well[J].Oil-Gas Field Surface Engineering，2009，28(10)：6061.

[17]张强，付云飞，袁智，等.多相介质诱发柱塞泵内部磨损[J].科技导报2012，30(6)：4447.

ZHANG Qiang，FU Yunfei，YUAN Zhi，et al.Multimedium running induced piston pump erosion[J].Science &Technology Review，2012，30(6)：4447.

莫日和，1969年生，男，汉族，广东高州人，高级工程师，硕士，主要从事油气井、煤层气井钻井、压裂、排采技术研究。E-mail：morh998@163.com

张芬娜，1982年生，女，汉族，山东菏泽人，讲师，博士，主要从事煤层气排采工艺理论与方法、修井工艺理论以及增产措施方面的研究。E-mail：zhangfenna@163.com

綦耀光，1957年生，男，汉族，山东东营人，教授，博士生导师，主要从事煤层气井排采设备和工艺技术、机械设计及理论方面的研究。E-mail：qiyg57@126.com

何涌杰，1991年生，男，汉族，江苏泰州人，硕士研究生，主要从事机械设计及理论、抽油杆柱设计方法研究。E-mail：heyj91@163.com

张国富，1990年生，男，汉族，山东临朐人，硕士研究生，主要从事机械设计及理论、排采设备选型与优化研究。E-mail：zgf5337@163.com

编辑：王旭东

编辑部网址：http：//zk.swpuxb.com

Movement of Pulverized Coal in Sucker Rod Pump in Coalbed Methane Well

MO Rihe1，ZHANG Fenna2*，QI Yaoguang2，HE Yongjie2，ZHANG Guofu2
1.China United Coalbed Methane(CBM)Co.Ltd.，Dongcheng，Beijing 100108，China 2.School of Mechanical and Electric Engineering，China University of Petroleum，Qingdao，Shandong 266580，China

Based on the solid-liquid two phase flows theory，the mathematical model of coal particles in sucker rod pump was built，and the motion law of coal particles in sucker rod pump was analyzed.Through the model and simulation analysis of the solid-liquid two phase flows in sucker rod pump，the influence of the parameters，including the diameter of coal particles，the inlet velocity of well fluid，and the concentration of coal particles in well fluid，on coal particles deposition in sucker rod pump was obtained.Based on the wearing character of solid particles in the space between pump barrel and plunger，the influence of coal particles on service life of sucker rod pump was analyzed and the measures to prolong the detection period and service life of pump was given.The results show that the concentration of coal particles in the bottom of pump is relatively big and the distribution is very uneven.In sucker rod pump，the velocity distribution of coal particles is uneven and the turbulence is obvious，with coal particles mainly depositing along the entrance of the standing valve.A smaller diameter of coal particles，bigger inlet velocity of well fluid，and smaller concentration of coal particles in well fluid can reduce coal particles deposition in sucker rod pump.In the process of production，a continuous，stable and slow depressurization can reduce the production of coal particles.The reasonable adjustment of stroke and rate of production system and improvement of inlet velocity by changing pump capacity can reduce the coal particles deposition in sucker rod pump，making the coal particles in sucker rod pump discharged into the annulus between pumping rod and tubing，and the influence of coal particles on the pump can be significantly reduced.

coalbed methane well；sucker rod pump；pulverized coal；initial velocity；service life

10.11885/j.issn.16745086.2014.10.31.05

16745086(2016)05014308

TE132.2

A

http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20161010.1102.008.html

20141031

时间：20161010

张芬娜，E-mail：zhangfenna@163.com

国家自然科学基金(51174224)；国家科技重大专项(2011ZX05062004，2016ZX05066012)；中央高校基本科研业务费专项资金(16CX02004A)。