考虑固定阀杂物沉积的抽油泵旋流器结构设计

陈妙莉 谢煜

摘要：为解决传统抽油泵旋流器结构旋流速度低的问题，考虑固定阀杂物沉积设计抽油泵旋流器结构。通过确定抽油泵旋流器结构原理，考虑固定阀杂物沉积，计算抽油泵旋流器结构参数，通过泵内多级扶正组合的方式，实现抽油泵旋流器结构设计。设计实例分析，结果表明，设计旋流器结构旋流速度明显高于对照组，能够解决传统抽油泵旋流器结构旋流速度低的问题。

Abstract：  In order to solve the problem of low swirl speed of traditional pump swirler structure， the structure of pump swirler is designed considering the deposition of fixed valve sundries. By determining the structure principle of the pump hydrocyclone， considering the deposition of fixed valve debris， calculating the structural parameters of the pump hydrocyclone， the structural design of the pump hydrocyclone is realized by the way of multi-stage centralizing combination in the pump. The results show that the swirl speed of the design hydrocyclone is obviously higher than that of the control group， which can solve the problem of low swirl speed of the traditional pump hydrocyclone.

关键词：固定阀杂物沉积;抽油泵;旋流器结构

Key words： fixed valve debris deposition;pumping pump;cyclone structure

中图分类号：TP343.7                                   文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）08-0012-02

0  引言

旋流器作为一种分离分级设备，是抽油泵中的重要组成设备，本文研究的抽油泵旋流器在工业设备研究领域内，属于一种较为常见的水油分离处理装置，设备的使用原理主要为对液体的离心沉降[1]。抽油泵旋流器在运行过程中，由于固定阀处杂物沉积现象，导致旋流器结构在旋流过程中所受阻力變大。以往针对抽油泵旋流器结构设计中，由于未考虑固定阀杂物沉积，很容易在投入现实使用后出现旋流器结构旋流速度慢的现象，进而影响其使用性能。因此，针对抽油泵旋流器结构的优化设计是具有现实意义的。本文通过分析抽油泵旋流器结构原理，在考虑固定阀杂物沉积的产生原因后，选取泵腔油液流速作为关键参数，计算得到旋流器入口收缩系统，以此为依据，利用泵内多级扶正组合设计了抽油泵旋流器整体结构，实验验证了设计方法能够有效提高旋流器结构旋流速度，具有一定的应用价值。

1  考虑固定阀杂物沉积的抽油泵旋流器结构设计

1.1 确定抽油泵旋流器结构原理

在本文设计的抽油泵旋流器结构中，必须预先明确抽油泵旋流器结构原理，以此为依据展开设计[2]。当抽油泵旋流器中两种不同性质的液体，以一种混合液的状态呈现在其中时，设备可以按照一定的压力，从区域周边从抽油泵旋流器边缘进行切入，使两种不同液体进行分离。在此种状态下，抽油泵旋流器产生的运动被称之为湍流运动。考虑到在此过程中，混合液在抽油泵旋流器分离过程中，受到粒度差的影响，导致液体的向心浮力与曳力作用力不同，从而通过离心产生一定的沉降作用。此种行为实施过程中，液体中大粒径的分子从抽油泵旋流器的底部流出，水油呈现分离，而此种状态下的产生液体密度差的原理主要为“液体—液体”、“液体—固体”、“液体—气体”，在多种离心作用力下，圆柱内液体发生高速旋转，从而导致分离[3]。抽油泵旋流器中的液体中，密度较大的组成成分，在作用力的影响下，沿着轴边逆时针向下运动，逐步沿着外部口径流出，此时其内部便形成了一种旋流场，当运动的流体达到底部流口排出后，轴线中心部位会产生一种向上运动的旋流涡，液体随着底部溢流区域流出，实现使用抽油泵旋流器对混合一体的分离处理。由此可见，本文设计的抽油泵旋流器结构必须能够保证水油呈现分离状态。

1.2 考虑固定阀杂物沉积计算抽油泵旋流器结构参数

在确定抽油泵旋流器结构原理的基础上，考虑固定阀杂物沉积计算抽油泵旋流器结构参数[4]。考虑固定阀杂物沉积的情况下，针对抽油泵旋流器结构参数的计算需要更加精准，本文选取抽油泵旋流器泵腔内油液流速，作为抽油泵旋流器结构设计中的关键参数。设抽油泵旋流器泵腔内油液流速的计算表达式为v，则有公式（1）。

公式（1）中，b指的是抽油泵旋流器泵腔宽度;w指的是抽油泵旋流器泵腔高度;Q指的是抽油泵旋流器入口流量;e指的是对称流动的复势。通过公式（1），计算得出抽油泵旋流器泵腔内油液流速，在抽油泵旋流器泵腔容量允许的情况下，将抽油泵旋流器泵腔内油液流速最大化，进而避免出现固定阀杂物沉积对旋流器结构旋流速度的影响[5]。不仅如此，为防止抽油泵旋流器入口的收缩现象，在考虑固定阀杂物沉积的前提下还需要在抽油泵旋流器结构设计中引进收缩系数，保证抽油泵旋流器结构参数标定的合理性。设抽油泵旋流器入口收缩系数的计算表达式为？着，则有公式（2）。

公式（2）中，h指的是抽油泵旋流器运行时间;？琢指的是抽油泵旋流器入口角度。通过公式（2）中，计算得出抽油泵旋流器入口收缩系数。以此，结合抽油泵旋流器泵腔内油液流速，完成考虑固定阀杂物沉积抽油泵旋流器结构参数的计算。

1.3 实现抽油泵旋流器结构设计

以上述考虑固定阀杂物沉积计算得出的抽油泵旋流器结构参数为依据，通过泵内多级扶正组合的方式，设计抽油泵旋流器结构。本文设计的抽油泵旋流器结构示意图，如图1所示。

在图1中，1指的是固定阀球;2指的是上连接件;3指的是下连接件;4指的是上柱塞;5指的是啮合式单面滚珠轴承;6指的是油管接箍;7指的是柱塞下部接头;8指的是下出油阀球;9指的是泵筒;10指的是固定进油阀罩;11指的是抽油杆。结合图1所示，为本次考虑固定阀杂物沉积设计的抽油泵旋流器结构。

2  实例分析

2.1 实验准备

设计实例分析，实验目的为证明本文考虑固定阀杂物沉积设计抽油泵旋流器结构在实际应用中的性能。首先，使用考虑固定阀杂物沉积设计抽油泵旋流器结构，进行水油分离，通过黑盒工具 -QAcenter测得旋流器结构旋流速度，记为实验组;再使用传统抽油泵旋流器结构，进行水油分离，同样通过黑盒工具 -QAcenter测得旋流器结构旋流速度，记为对照组。实验主要内容为测试两种抽油泵旋流器结构的旋流速度，流器结构旋流速度越高证明旋流器结构性能越好;测试两种抽油泵旋流器的日产液量，日产液量越高说明旋流器避免杂质沉积的效果越好。针对黑盒工具 -QAcenter测得的旋流器结构旋流速度，记录实验结果，共设置8次实验。

2.2 实验结果分析与结论

整理两组旋流器结构的旋流速度实验结果，如表1所示。

分析表1，本文设计旋流器结构旋流速度平均为3.14m/s，而传统抽油泵旋流器结构的旋流速度平均为1.43m/s，由此可知，本文设计的旋流器结构旋流速度明显高于对照组。这是由于本文设计方法考虑固定阀杂物沉积，通过确定旋流器结构参数，改善了杂质沉积对旋流器的运行的不良影响，提高了旋流器的旋流速度，具有現实应用价值。两组不同旋流器结构的抽油泵日产液量实验结果，如表2所示。

分析表2可知，本文设计的旋流器结构应用于抽油泵中，每日产液量平均达到25.39m3，而传统旋流器结构的抽油泵日产液量平均为16.62m3，由此，设计的旋流器结构在产液量上有很大程度的提升，通过设计的旋流器结构能够在抽油泵抽吸时加速油液携带杂质从井下抽提至地上，避免了在抽油泵内的沉积，提升了抽油泵的生产效率。

3  结束语

本文通过实例分析的方式，证明了设计抽油泵旋流器结构在实际应用中的适用性，以此为依据，证明此次优化设计的必要性。因此，有理由相信通过本文设计，能够解决传统抽油泵旋流器结构设计中存在的缺陷。但本文同样存在不足之处，主要表现为未对本次旋流速度测定结果的精密度与准确度进行检验，进一步提高旋流速度测定结果的可信度。这一点，在未来针对此方面的研究中可以加以补足。与此同时，还需要对抽油泵旋流器的优化设计提出深入研究，以此为提高抽油泵旋流器的质量提供建议。

参考文献：

[1]屈文涛，鱼强，孙艳萍.基于旋流携砂机理的高效自清洁抽油泵设计[J].机械研究与应用，2019，032（001）：111-113.

[2]刘威，王成军，郑顺，等.旋流器结构参数对燃烧室出口温度分布的影响[J].上海航天（中英文），2020（4）：79-87.

[3]汪云鹤.抽油井不压井作业装置及抽油泵底阀设计[J].石油矿场机械，2020，49（05）：65-69.

[4]丁文刚，刘琳，杜晓霞，等.海上井下油水分离旋流器结构设计及优化研究[J].石油机械，2020（6）.

[5]林恺，束方启.聚驱井抽油泵排出阀阀罩过流阻力研究[J]. 石油机械，2019，047（001）：115-119.