电泵井单流阀节流影响分析及改进措施

张 森

（胜利油田 胜利泵业有限责任公司，山东 东营 257000）

电泵井单流阀节流影响分析及改进措施

张 森

（胜利油田 胜利泵业有限责任公司，山东 东营 257000）

利用ANSYS建模，模拟分析了电泵生产中由于单流阀节流引起的井液流速变化规律，详细了解油管损坏的原因，并提出了改进建议。

电泵；单流阀；ANSYS；模拟

潜油电泵以其本身具有排量大、扬程高、管理方便等优点，逐渐成为油田的主要采油工艺之一。由于其产液量大，流速快，近年来不断出现电泵井单流阀上部第一根油管丝扣刺损的现象，不仅造成电泵井作业井次增加，而且造成生产成本的加大，制约了电泵采油工艺的应用。

1 电泵井单流阀结构

标准电泵管柱（自下而上）为：扶正器、潜油电机、保护器、分离器、离心泵、油管、单流阀、油管、泄油阀、油管一直到井口。单流阀的作用，是防止在电泵停机时异物进入离心泵流道，造成机组重新启动时困难，甚至泵卡造成电机过载烧毁。电泵井单流阀主要由上接头、凡尔球、凡尔座、下接头和挡板组成（图1）。

图1 单流阀结构示意图

2 存在问题

单流阀上端连接的油管，除了承受整套电泵机组的重量，还承受井液形成静压头。从现场的油管损坏来看，损坏油管主要为单流阀上端的第一根，其余油管很少出现类似失效现象。初步判断损坏的原因，应该是由于安装了单流阀，造成井液加强了对油管的冲击力，减少了该油管的使用寿命。当井液通过单流阀后，挡板形成较小的流通面积，流速增加。由于单流阀上接头与油管公扣连接时形成台阶，高速井液直接对油管进行冲击。随着时间的增加，油管逐渐损坏，严重时油管穿孔，造成油管内液体泄漏到环套空间，井口无压力无流量。油管泄漏故障，必须进行作业更换油管，同时还需对电泵机组进行必要的保养，重新起下机组额外增加了作业成本，并对油田的产量造成了一定的影响。

3 流体流速分析与计算

根据伯努利方程可知，速度头越大，在油管扣处形成压头也就越大，因此井液速度的大小和方向对油管的损坏影响比较大。为了进一步详细分析流体通过单流阀后，井液速度的大小和方向的分布情况，利用有限元法对单流阀和油管形成的空间进行速度场的计算，并且比较单流阀尺寸调整后的速度变化情况，为单流阀的改进，防止油管损坏，提高电泵机组的检泵周期提供必要的理论基础。

3.1 模型的建立

计算模型建立的是流场模型，油管管体和单流阀为流体边界。计算速度分布的流场模型，主要位于单流阀上接头和油管交接处形成的流体空间。计算的主要目的，是要得到井液经过单流阀到达油管后（油管和单流阀形成的变径位置）的速度，才能了解单流阀的安装对井液的速度形成的影响，从而详细了解油管损坏的具体原因。鉴于流经单流阀的流场的轴对称性(图2)，为了更好地观察到流场内部的具体情况，现将流场进行8等分来进行计算(图3)。

图2 流场模型

图3 计算模型

3.2 计算结果分析

从速度云图（图4）和速度分布曲线（图5）来看，在变径位置（油管公扣处）流体的最大速度为5.572 m/s，对油管的冲击力较大。当流体继续往上流动时，速度变小趋于缓和，并且出现旋流现象。针对此现象，如果加大变径位置的轴向长度，速度应该会趋于缓和，减少流体对油管的冲击速度，减弱冲击力，延长油管的使用寿命。

图4 轴向速度云图

图5 变径位置速度分布曲线

4 改进措施及应用效果

尺寸调整前，变径位置速度峰值为5.572m/s(图5)，尺寸调整后，变径位置速度峰值为3.996m/s(图7)，速度下降了1.576m/s，变化率为28%。同时从速度曲线以及速度云图（图6）可以看出，尺寸调整后流体速度变化趋于缓和，从而可以减弱流体对油管的冲击，降低油管的磨损速度。

图6 轴向速度云图

图7 变径位置速度分布曲线

5 结束语

从模拟计算结果来看，通过增加变径位置的长度尺寸，可以降低井液速度的峰值，可以有效的降低流体对油管冲击磨损。同时为了进一步降低流体对油管冲击磨损，可以采用增加入口面积，降低入口流体速度的方法。

[1]万人溥，罗英俊.采油技术手册(修订本)[K].北京：石油工业出版社,1993.

[2]张 毅.采油工程技术新进展[M].北京:中国石化出版社,2005.

Analysis of Throttling Impact of Check Valve in ESPWells and Improvement Measures

ZHANG Sen
(Shengli Oilfield Rod less Pumps,Inc.,Dongying Shandong257000,China)

This article,using ANSYSmodeling,simulated and analyzed the change rule of fluid flowrate caused by of check valves throttling during ESP production,understood the cause of tubing damage in detail and put forward suggestions for improvement.

ESP;single flow valve;ANSYS;simulation

TH38

B

1672-545X（2011）08-0185-02

2011-05-09

张 森（1981—），男，河北石家庄人，助理工程师，2007年毕业于莫斯科国立大学，现从事电泵应用与贸易工作。