电潜泵油气分离器测试工艺研究.pdf

2 0 1 1 年第 3 9卷第 l 0期 石 油机械 CHI NA P ET ROL EUM MACHI NERY ●试 验 研 究 电潜泵油气分 离器 测试 工艺研 究 赵 永 武 大庆 油田装备制 造集 团研 究院 摘 要 通 过对 分 离器 的应用 环境 进行 分 析 ，得 出 了分 离器 入 口与排 气 口压 力之 间的关 系 ，确 定 了分离器的测试参数。根据分离器测试装置及压力条件，制定 了分 离器的测试工艺。根据测试 工艺对 1 0 1系列旋转式分 离器进行性能测试，结果表 明分 离器 的扬程随流量 的增加而减小，最 大扬程约 5 ． 5 1 1 1 ，在流量为2 0 0 IT I ／ d时，扬程约 0 ． 5 m；分离器 的分离效率随入 口流量 的增加 而 增加 ，在流量为2 0 0 I T I ／ d时，分离效率超过 6 0 ％；气体体积分数随入 口流量的增加而减小，在流 量为2 0 0 1T I ／ d时，气体体积分数超过 2 5 ％。 关键词 电潜泵 油气分离器测试参数测试工艺 性能 曲线 电潜泵 通常 采用 径流 叶导 轮或 斜 流叶导 轮 ，井 液含气 量 的增加 会大 大影 响泵 的性 能 ，并最 终产 生 气锁 ，使其丧失气液举升能力 。因此 ，在电潜泵系 统中通常会采用井下油气分 离器 以下简称 分离 器 ，使井液在进入 电潜泵前进行气液分离 ，确保 泵 的性能稳定。而要研制具有高气液分离能力的分 离器 ，就必须要完成分离器的室内试验 ，室 内试验 工艺 的确定 也就 十分 关键 。笔 者通 过对 分离 器 的工 作环境进行分析 ，结合相应的试验设备 ，确定了分 离器的室内试验工艺 ，并对 1 0 1系列旋转式分离器 进行气液分离试验 ，得到 了其性能 曲线。 1 分 离器 的工作环境 正常运行时 ，分离器通常安装于潜油泵与保护 器之问。分离器的流道入 口设计在下接头上 ，出口 设计在上接头上。出口有 2个 ，侧面的出口为排气 孔 ，上 端 的出 口为排液 孑 L 。分离 器工 作 时 ，井 液 由 下接头上的人 口进入 ，在分离器 内进行气液分离 ， 分离后的气体 由排气孑 L 排出，分离后的液体则 由排 液孑 L 进入 电潜 泵 。 电潜泵正常l丁作时 ，为满足沉没度要求 ，通常 要保证一定的动液面高度 ，即保证分离器人 口到井 液表面的距离 为 2 0 0～3 0 0 I l rl 。若井 液供应 充 足， 动液面不变化或 变化很小 ，则 分离器人 口压力 P 与排气孑 L 压力 P 将保持不变或变化很小 。设排气 口与入 口之间的距离为 h ，则分离器入 口与排气 口 之间的压差 P ⋯。 为 P P 一P h ／ 1 0 2 1 由于分离器 的人 口与排气 口之间总长不超 过 1 m．即 h1 In，所 以 P 一 h ／ 1 0 2 0 ． 0 1 ， 即 P P 2 2 试验工艺 的确定 2 ． 1 装 置构 成 分离器的室 内试验装置可以模拟分离器井下工 作状态 ，其主要构成如图 1所示 。 油气分 离器 测试 装置 l 。 生l I 堡 ． 篁 堕l I 墨堡l l 型 丝 歪丝l 厂]厂] 厂_ 广 ] 广1 ] 囱 囱 囱囱 图 圉 圉 囱 囱 圈 图 1 分 离器测试装 置构成 由于分离器工作时，从排气 口排 出的是气液混 合物 ，从排液 口进入潜油泵的也是气液混合物 ，所 以在分离器的测试装置中，要分别设置气体 、液体 循环管路及测试设备 ，并通过对管路阀门的控制来 { 大庆油 田装备制造集 冈研究 院项 目 “ 潜油 电泵油气分离器测试装置研制 ” Y J Y 2 0 0 9 0 2 0 6 。 “ 潜油 电泵 油气分 离器测试装 置” 已获 国家实用新型专利 ，专利号 C N 2 0 1 6 0 7 3 3 1 U。 石 油机械 2 0 1 1年第 3 9卷第 1 0期 调控压力 ，使其与分离器井下工作状态相似 。 2 ． 2 测试 参数 通过 分离 器测 试 装 置可 以完成 液 体单 相 流 水下分离器性能指标测试 ，包括排量 Q、扬程 和功率 P等 ；更重要 的是能够实现气液两相流下 的气体分离效率 叼 及相应的气体体积分数 等参 数的测定或计算。 对于液体单相流，测试参数包括注水后运行前 的人 口压力 P 及 出 1 3 压力 P 加，运行 时的排量 Q 、 人 口压力 p 、出口压力 P 。 。通过这些参数，可 以推导出扬程的计算式 [ P 。 一P 一 P 0 oP m ]X 1 0 2 3 对于气液两相流 ，测试参数包括室温 t ，注水 后运行前的人 口压力 p 及出 口压力 P ，运行 时的 水流量 Q ⋯注气量 Q 、注气压力 P 排气 口的 出气量 Q 及出气压力 P 、分离器人 口压力 P 、出 口压力 P 。 。根据 以上测定参数 ，可 以推导压力 P 下的注入气体流量 Q 及分离气体流量 Q ，气体 分离效率 7 7 及分离器气体体积分数 等 ， 如公式 4 一 7 所示。 Q Q ‘ 4 Q 叩 Q 。 5 i r J 叼 1 0 0 ％ 6 g i p r 】 e 1 0 0 ％ 7 2 ． 3 测试流 程 分离器测试工艺流程 见图 2 分为液体单向 流和气液两相混合流 2种流程 ，分述如下。 图 2分 离 器测 试 工 艺流 程 1 一水箱 ；2 一 出水阀 1 ；3 一 出口压力表 2 ；4 一电动机 ； 5 一分离 装置 ； 6 一 分离器样机 ； 7 一 入 口压 力表1； 8 一 流 量 计1 ； 9 一进水 阀2； 1 O 一离心泵 ； 1 1 一进水 阀1 ； 1 2 一过 滤器 ； 1 3 一 进 气 阀 ； 1 4一 压 力 表3； 1 5 一 流 量 计 2； 1 6 一进气 阀2 ； 1 7 、 1 8 ～ 快换接头 ； 1 9 一 出气阀1 ； 2 0 一 流 量计3； 2 1 一 出气 阀2； 2 2 一 流 量计 4； 2 3 一 出水 阀2。 2 ． 3 ． 1液体 单相 流 1 将分离器样机安装在分离器试验装置上 ； 2 组装水循环管路，不安装离心泵 ； 3 检查仪表、管线密封及电动机转 向，准 备启 动 ； 4 启动机组 ，观察流量计 1 ，调整回水阀门 确定运行排量后 ，让机组运行 1 0～ 2 0 m i n ； 5 观察各仪 表显 示是否 稳定 ，如果 稳定 ， 准备测量 ； 6 根据排 量范 围确定 测量 点，逐点 测量 ， 记录各点测试数据 ； 7 试验 完成后 ，按需要 整理水 循环 管线 ， 关闭所有电源并整理各仪表 ，进行数据分析。 2 ． 3 ． 2气液 两相 流 1 将分离器样机安装在分离器试验装置上； 2 根据图 2组装水循环管路及气循环管路 ， 确保 阀门关闭； 3 检查仪表 、电动机等是否正 常，准备 启 动机组 ； 4 先启动离心泵 ，然后启 动分 离装置 电动 机 ，观察流量表 ，调整进水阀 2及 出水阀 1 ，确定 运行排量后 ，让机组运行 1 0～ 2 0 m i n ； 5 观 察各仪 表显示 是否 稳定 ，如果稳 定 ， 准备测量 ； 6 按排量范围确定测试点 ，通过进出水阀调 整进入分离器液体量及人 口压力，准备气体注入 ； 7 调整出水阀 2 ，观察气体分离情况； 8 调整 出气 阀门 ，使压力表 4与入 口压力 表 1的示值约相等 ； 9 逐渐增加注气量进行逐点测量 ； 1 0 试验完成后 ，关闭所有电源 ，并整理各 仪表和测试数据 。 3 试验结果及分析 通过对 1 0 1 系列旋转式分离器进行试验 ，得到 分离器的性能曲线 。图 3所示为分离器液体单相流 测试结果 。由图可知 ，分离器 的扬程随流量的增加 而减小 ，最大扬程约 5 ． 5 m，在流量 为 2 0 0 m ／ d 时 ，扬程约 0 ． 5 m。图4为分离器在气液两相流情 况下的测试结果。由图可知 ，分离器的分离效率随 人 口流量 的增 加 而 增 加 ，在 流 量 为 2 0 0 m ／ d时 ， 分离效率超过 6 0 ％；而气 体体积分数随入 口流量 的增加而减小 ，在流量为 2 0 0 m ／ d时，气体体积 分数超过 2 5 ％。 2 0 1 1 年第 3 9卷第 1 0期 赵永武电潜泵油气分离器测试工艺研究 ．- 9-- 定了分离器的测试参数 ； 2 根据分离器测试装 置及压力条件 ，确定 了分离器的测试工艺 ；对 1 0 1系列旋转式分离器进 行测试，得到分离器单相流及气液两相流下的性能 曲线 ，所得 曲线 可以反映分离器 实际 的气液 分离 能 力。 图 3 分 离器液体单相流测试 曲线 r 1 a ． 气 液分 离效 率 b ． 气体 体积 分数 图4 分离器气液两相 流测试 曲线 综上所述 ，可得如下结论 1 通过对 分离器 的应用 环境进行 分析 ，得 出了分离器人 口压力与排气 口压力之间的关系 ，确 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 参考文献 梅思杰 ，邵永 实，刘 军 ，等 ．潜油 电泵 手册 [ M]． 北京 石油工业 出版社 ，2 0 0 41 1 31 4 3 ． [ 美]森垂利夫特 ．潜油电泵手册 [ M]．孙学龙， 王晓屏 ，译 ．北京 石油工 业 出版 社 ，1 9 8 8 8 4 1 0 7． 王晓萍 ，王尊 策．井 下气液分 离器 的数 值研究 [ J ] ．科学技 术 与工程，2 0 0 9 ，9 1 3 3 7 6 5 3 7 6 8 ． 李增亮 ，孙浩玉 ．井下 离心旋 流式高 效油 气分离器 性能模拟试验 [ J ] ．石油机械，2 0 0 7 ，3 5 1 2 5 1 1 作者简介 赵永武 ，工程师 ，生 于 1 9 7 7年 ，2 0 0 1 年毕 业于中国地质大学机械工程及 自动化专业 ，获硕士学位， 现从事 电潜泵技术研究工作 。地 址 1 6 3 3 1 2 黑龙 江省 大庆 市。电话 0 4 5 9 5 8 8 6 1 3 1 。E m a i l y w z h a o c n p c ． e o m ． c a 。 收稿 日期 2 0 1 1 0 7 2 9 本文编辑丁莉萍 上接第 6页 30 2 0 g 10 0 一10 - 2 0 3 0 0 3 ． 7 5 7 ． 5 0 1 1 ． 2 5 1 5 ． 0 0 1 8 ． 7 5 2 2 ． 5 0 2 6 ． 2 5 3 0．0 0 时间／ s 图 6幅值 为 6 0 0 mm 的 控 制 效 果 曲 线 3 结 论 1 浮式钻井平台升沉补偿控制系统采用电液 比例换向阀控制不对称液压缸模拟海浪升沉，可对 升沉运动进行钻柱补偿控制；系统采用 P I D和死区 补偿控制算法 ，较好地实现了海浪模拟和补偿控制 。 2 为保证 升沉给定和跟 踪控制精 度 ，软件 采用 V B调用 A P I 函数 ，可对采样时间间隔进行精 确控制 ；试验数据表明，该控制试验台可满足浮式 钻井平 台钻柱升沉补偿 系统控制要求。 [ 2 ] [ 3 ] 参考文献 方华灿 ．海洋石油钻采装备与结构 [ M]．北京 石 油工业出版社 ，1 9 9 0 ． 张彦廷 ，刘 振东 ，姜浩 ，等 ．浮式 钻井 平台升 沉 补偿 系 统 主 动 力 的 研 究 J ]．石 油 矿 场 机 械 ， 2 0 1 0 ，3 9 4 1 4 ． 董景新，赵长德 ． 控制工程基础 [ M]．北京清 华大学出版社，2 0 0 4 ． 第 一作者 简 介 姜 浩 ，讲 师 ，博 士 研 究 生 ，生 于 1 9 7 7年 ， 现从事 计算机测控 、机电液控制领域的研究工 作。 地址 2 5 7 0 6 1 山东省东 营市。 电话 0 5 4 6 8 3 9 6 1 0 1 。E ma i l j i a n g h a o u p c ． e d u ． c n 。 收稿 日期 2 0 1 1 04 2 9 本 文编辑丁莉萍