長(zhǎng)沙中開(kāi)泵資深廠家對(duì)深井泵泵內(nèi)流場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)研究

研究泵內(nèi)流場(chǎng)尤其是混相流流場(chǎng)是改善深井泵性能的關(guān)鍵。隨著PIV技術(shù)、LDV技術(shù)及超聲波技術(shù)的日趨成熟，人們已經(jīng)可以利用這些先進(jìn)的流場(chǎng)測(cè)試技術(shù)在不干擾流場(chǎng)的情況下進(jìn)行高精度的測(cè)量。在加拿大已有人使用這些先進(jìn)技術(shù)研究深井泵流場(chǎng)，石油大學(xué)(北京)海洋力學(xué)試驗(yàn)室針對(duì)該問(wèn)題應(yīng)用PIV(粒子成像測(cè)速技術(shù))進(jìn)行了試驗(yàn)研究，其主要內(nèi)容是測(cè)定不同流量時(shí)泵內(nèi)流場(chǎng)的分布規(guī)律，并對(duì)比單相及混相流時(shí)深井泵內(nèi)流場(chǎng)的異同。

　　1粒子成像測(cè)速及圖像處理技術(shù)

　　粒子成像測(cè)速(PIV)技術(shù)的基本原理①是利用撒在流體中的粒子對(duì)光的散射作用，用光學(xué)的方法記錄下粒子在不同時(shí)刻在流場(chǎng)中的位置，從而得到粒子的位移，基于粒子對(duì)流場(chǎng)的跟隨性，測(cè)出粒子所在位置上流體的速度及瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

　　運(yùn)用PIV技術(shù)，對(duì)流場(chǎng)中眾多的粒子情況可以按時(shí)間順序通過(guò)多次曝光記錄在同一圖像上，也可以通過(guò)高速攝影機(jī)記錄在不同的圖形上。利用有關(guān)的物理學(xué)及力學(xué)的假設(shè)和定律，并根據(jù)相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)一系列數(shù)字運(yùn)算即可得出反映流場(chǎng)特性的參數(shù)(粒子位移、速度等)。通常，PIV系統(tǒng)主要由照明系統(tǒng)、PIV圖像記錄存儲(chǔ)系統(tǒng)以及PIV處理系統(tǒng)組成。

　　2小型氣液兩相深井泵模擬試驗(yàn)裝置

　　深井泵在井下工作，其工作介質(zhì)也不是單相的，故很難對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作的深井泵的流場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。另外，由于各油田油井地層條件很復(fù)雜，難以找到一般性的規(guī)律，因此，在實(shí)驗(yàn)室里建立了一套小型氣液兩相深井泵模擬試驗(yàn)裝置，如圖1所示。

　　該模擬試驗(yàn)裝置主要由液壓控制系統(tǒng)及氣動(dòng)控制系統(tǒng)組成。為了進(jìn)行可視化研究，深井泵模型泵筒及柱塞均采用有機(jī)玻璃制造，其泵徑為57mm，柱塞長(zhǎng)度為0.3m，可模擬沖程為0～0.6m,沖次為0～6次/s,內(nèi)壓為0.7MPa的工況條件。

　　3試驗(yàn)過(guò)程

　　采用與原油密度及粘度相近的工業(yè)白油作為試驗(yàn)介質(zhì)，用與白油密度接近的GDX501聚苯乙烯小球作為示蹤粒子。使用10W的氖激光發(fā)生器及相應(yīng)的光路系統(tǒng)造成的強(qiáng)片光源作為PIV攝像的照明光源，并采用錄像或照相的方法攝制PIV圖像。針對(duì)不同的工況，分別對(duì)單相和氣液兩相流介質(zhì)條件下深井泵泵筒、泵閥、柱塞等部位進(jìn)行了PIV圖像的錄制和照相，以備進(jìn)一步進(jìn)行分析處理。

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