发布时间 : 星期一 文章固定型气体驱动射流泵采油装置设计更新完毕开始阅读b0db21b1ccbff121dc368316
1490008574
第二章 蒸汽驱动射流泵结构设计方案
2.1 蒸汽射流泵工作原理介绍
射流泵是利用射流紊动扩散作用，来传递能量和质量的流体机械和混合反
应设备。它由喷嘴、喉管入口、扩散管及吸入室等部件组成蒸汽由井口经保温油管，流动到蒸汽喷射泵的动力液入口，经喷嘴近似等熵膨胀流动，把部分蒸汽焓转化成动能，形成高速射流，地层流体(引射流体)由泵的吸入口进入引油室，在混合室中，工作蒸汽与引射流体直接接触，工作蒸汽向引射流体传递热量、质量和动量，由于本研究只考虑气体和液体均匀混合，气体不发生液化，所以得到压力较高的混合气液体。蒸汽射流泵的结构原理图见图2-1
图2-1 蒸汽射流泵的结构原理图
1——工作筒上接头 2——导液管 3——工作筒 4——O型密封圈 5——喷嘴堵头 6——O型密封圈 7——中心筒上接头 8——O型密封圈 9——喷嘴
10——喉管 11——中心筒 12——扩散管1
13——扩散管2 14——十字交叉通道 15——中心筒下接头 16——下接头筒 17——球阀 18——工作筒下接头 工作时蒸汽从导液管进入，进入喷嘴经喷嘴后气体的速度增大很多，压力明显下降，从而使喷嘴外围吸入室的压力低于地层液压力，顶开球阀地层液被压进射流泵内，通过工作筒与中心筒之间的环空部分进入进入吸入室。地层液在喉管内与蒸汽混合，混合均匀后进入扩散管后，混合体在扩散管内压力明显升高，速度减小，混合体通过十字过液通道进入套管与油管之间的环空部分，由于混合液出口压力很高能顺利将混合液压出返排到地面。
2.2 总体结构设计
射流泵的基本结构部件是由工作筒、中心筒和导液管组成的。工作筒上下端采用母扣与公扣的螺纹与油管连接。中心筒与导液管之间为过度配合，导液管与工作筒之
9
1490008574
间为过度配合，为了使地层液进入到混合室在中心筒的上接头的壁上有四个直径5mm的孔。为了便于喉管和扩散管的拆装与维修设计通过螺纹连接中心筒与上下接头，为了便于生产制造扩散管的制造分成两部分制造。在中心筒下接头和工作筒上各开四个直径为10mm的孔，同时通过一个十字过液通道连接中心筒与工作筒的孔以便混合液体的通过。为了便于装卸工作筒下接头与工作筒之间的连接也用螺纹连接。球阀选材实用45号碳素钢。工作筒的上下接头用油管特有的螺纹结构设计，采用16/1的螺纹斜度进行制造。
2.3 本章小结
综上所述，本节主要完成了一下两个方面的工作：
一方面对蒸汽射流泵从蒸汽进入射流泵到地层液混合返排到地面的整个过程进行了分析介绍，并绘制了初步的原理图；另一方面对总体结构进行介绍分析、制定初步的计算。
10
1490008574
第三章 蒸汽喷射泵的特性分析
射流泵是利用射流紊动扩散作用，来传递能量和质量的流体机械和混合反应设
备。它由喷嘴、喉管入口、扩散管及吸入室等部件组成。喷射泵的名称和种类很多，目前还没有统一的分类方法，常用的有三种方法：第一种是按工作及被吸流体的性质和物理状态分类。第二种是按工作与被吸流体混合过程的热力学特点分类。第三种是按用途及结构分类，表 3-1[6]列出了按第一种方法对喷射泵的分类结果。
表3-1 喷射泵的分类
介质状态 类别 工作流体 吸入流体 液体 液体 散状固体或泥浆 气体 液气混合流体 液体 气体 射流泵 气体 散状固体 液体 液体喷射泵 液体喷射泵 固体喷射喷或浆喷射泵 液气喷射泵 射流混合器 气体射流泵 气力输送射流泵 蒸汽热水射流泵 名称 喷射器 目前油田喷射泵采油井使用的泵绝大部分是以水或油作为动力液，由于水或油的热焓小，加热能力低，对于特超稠油的加热效果不是很理想，无法有效降粘，而蒸汽热焓比水和油热焓高得多，用蒸汽代替水作为动力液来举升稠油，可以使稠油粘度降得更低，从而更大幅度减小举升过程中的流动阻力。本节将对以蒸汽作为动力液的喷射泵的举升特性进行探讨。
蒸汽由井口经保温油管，流动到蒸汽喷射泵的动力液入口，经喷嘴近似等熵膨胀流动，把部分蒸汽焓转化成动能，形成高速射流，地层流体(引射流体)由泵的吸入口进入引油室，而引射流体则由于与工作蒸汽间极强的剪切作用被卷吸至混合室，在混合室中，工作蒸汽与引射流体直接接触，工作蒸汽向引射流体传递热量、质量和动量，由于本研究只考虑气体和液体均匀混合，气体不发生液化，所以得到压力较高的混合气液体。
11
1490008574
图3-1 拉瓦尔喷管蒸汽喷射泵结构原理示意图
3.1 蒸汽在喷嘴中的流动特性
对于气体和蒸汽的流动，特别对可压缩气体而言，音速是一个很重要的特征参数，由物理学可知，音速是微弱的扰动在连续介质中的传播速度，在气态工质中，这种微弱扰动的传播，可以认为是在其中交替发生的可逆绝热膨胀和夸张过程，气体的流速等于当地音速时，该流速称为临界流速，用C表示。
喷射泵喷嘴的类型直接影响着蒸汽射流的特性，喷管一般分为渐缩喷管和拉瓦尔喷管两种，拉瓦尔喷管的结构是由一定形状的渐缩管和渐扩管组成。本设计的喷嘴采用拉瓦尔喷管。
3.1.1 蒸汽在拉瓦尔喷管中的降压增速特性
蒸汽在喷管中的流动过程可以认为是稳定一维等熵流动过程，流动过程中蒸汽
降压增速，当蒸汽速度为马赫数M <1 的亚音速气流进入喷管后，蒸汽的流速不断增加，压力不断降低，当蒸汽压力降低到临界压力P 时，蒸汽的压力将停止降低，此时，蒸汽的流速为当地声速C，喷嘴的流量也达到最大流量；对于拉伐尔喷管，蒸汽在拉伐尔喷管的截面积最小的喉部达到声速后压力继续降低，蒸汽的速度继续增加，从而产生M >1 的超音速气流。拉瓦尔管的速度压力变化曲线见图3-2[6].
12