煤层气井排采系统有杆泵运行特性分析

摘要

煤层气井低沉没度下泵的运行特性和气水两相流中的动态充满度直接影响到有杆泵的工作优劣,对保证有杆排采系统的正常工作具有重要意义。基于泵阀动力学和水力摩阻分析,建立有杆泵泵阀动态特性数学模型,依据数值求解并结合泵阀开启试验测试结果,得到低沉没度时泵阀的动态特性和顺利开启的临界沉没度条件,同时依据气液两相流数值求解和泵运行特性试验测试结果,分析出泵筒动态充满度变化规律及合理沉没度时泵高效运行条件。结果表明,泵阀开启瞬间阀球的水力摩阻较大,其幅值周期波动的频率较快且在短时间内迅速变小后趋向平稳;泵阀水力摩阻和临界沉没度随冲程冲次的增大而提升,冲次由2.0 min^(-1)调为6.6 min^(-1)后,临界沉没度由2.55 m升至3.05 m;减小冲次和气液比及增大泵入口压力会显著提升泵筒内液位和充满度,且气液比的影响最为显著;提升沉没度会使泵效先迅速增大,达到70%~80%时出现拐点而后增长缓慢,煤层气井主要泵型的临界沉没度通常介于3.0~6.0 m,而合理沉没度需达到15.0~20.0 m以上,以维持高效运行。