影響石油固井下灰車平均卸灰速度因素的研究

黃富春

(中石化西南石油工程有限公司固井分公司,四川德陽 618000)

影響石油固井下灰車平均卸灰速度因素的研究

黃富春

(中石化西南石油工程有限公司固井分公司,四川德陽 618000)

本文簡單闡述了石油固井下灰車平均卸灰速度以及工作壓力相關(guān)內(nèi)容,分析了卸灰壓縮空氣流量,重點(diǎn)研究了流態(tài)化裝置設(shè)計及計算,同時提出了幾點(diǎn)其它影響因素,旨在減輕干擾因素對石油固井下灰車卸灰速度的影響,提升石油開采效率。

石油固井下灰車 平均卸灰速度 影響因素

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,石油資源表現(xiàn)出了逐漸增大的需求量,繼而對油田開采提出了更高要求。卸灰速度是固井下灰車的性能判斷標(biāo)準(zhǔn),下灰車的運(yùn)輸距離一般是從儲灰?guī)斓骄畧鲋g,其運(yùn)作的距離較短,在其總耗時中,燃油消耗、卸灰時間占據(jù)了很大一部分。所以想要提高下灰車的運(yùn)行效率,必須要對下灰車平均卸灰速度進(jìn)行研究。本文以此為主線,針對石油固井下灰車卸灰速度相關(guān)參數(shù)以及速度控制展開研究,研究結(jié)果如下。

1 平均卸灰速度

下灰車的平均卸灰速度是指所卸料粉的質(zhì)量與所需時間之間的比值。該指標(biāo)能夠很好地反應(yīng)下灰車的工作效率,當(dāng)然影響平均卸灰速度的因素有很多,其中最主要的包括下車灰的構(gòu)造、卸灰壓縮氣體的壓力與流量。該指標(biāo)也對卸灰過程中的管內(nèi)固氣二相流的濃度存在著一定的影響。經(jīng)學(xué)者研究表明,額定的工作壓力、額定的供氣量、固氣二相流的平均質(zhì)量濃度三者和平均卸灰速度之間都是成正比例關(guān)系的,所以想要更好地提升下灰車的平均卸灰速度,一方面要將空壓機(jī)的工作壓力和供氣量進(jìn)行定量的確定,另一方面,創(chuàng)新流態(tài)化裝置的設(shè)計方案,使其能高效運(yùn)作。

2 工作壓力和工作壓力的確定

為了能夠更好地提高下灰車的工作效率,一般會選取較高的平均卸灰速度。如此一來,流態(tài)化的氣力的輸送效率能夠得以提升,但與此同時也會損失較大比例壓力。所以,在選取氣源時,必須要具備較高的工作壓力,這樣才能更好地應(yīng)對粉粒體在運(yùn)動的過程中所產(chǎn)生的壓力,當(dāng)然此種壓力只要比卸料過程中所產(chǎn)生的各種壓力之和大一些即可。如何計算粉粒體壓力的損失,目前還沒有一個較為科學(xué)的方法。但是據(jù)多名學(xué)者的實(shí)驗(yàn)研究表明,只有當(dāng)大多數(shù)的粉粒輸送壓力在200kPa左右時,固氣二相流的值才能保證在50-310之間,繼而能夠順利地完成卸料程序。所以下灰車額定工作壓力選擇在0．3MPa左右即為合理,但是當(dāng)運(yùn)輸?shù)木嚯x過長,或者運(yùn)輸?shù)臐舛冗^高時,則需對其額定的工作壓力進(jìn)行調(diào)整。

3 卸灰壓縮空氣流量分析

卸灰壓縮空氣流量主要是考察平均卸灰速度、流態(tài)化與管道的氣力輸送三個方面的要求。經(jīng)研究表明,管內(nèi)固氣二相流的混合比例與氣力輸送的環(huán)境和流態(tài)化裝置是分不開的,其中氣力輸送的環(huán)境主要包括管壁之間摩擦程度以及所設(shè)定的工作壓力。所以想要更好地提升下灰車平均卸灰速度,必須要從卸灰壓縮空氣流量入手,只有卸灰壓縮空氣流量增加了,才能保證其平均卸灰速度。

4 流態(tài)化裝置設(shè)計及計算

通過上述的分析可知,下灰車的平均卸灰速度與壓縮空氣流量有著十分直接的關(guān)系。所以提高平均卸灰速度的有效途徑就要優(yōu)化流態(tài)化裝置的設(shè)計,流化床和滑料板是該裝置最為重要的組成部分。

4.1 滑料板

滑料板是對稱設(shè)計的,它主要的功能在于能夠讓粉粒體逐步進(jìn)入流化床中。另外管壁可以和滑料板一起來組成一個氣室,同時將滑料板與水平面之間的夾角要進(jìn)行特定的設(shè)置,保證其不會讓粉粒體滯留在上面。經(jīng)試驗(yàn)表明,該夾角設(shè)為41-43度最為合適。可以通過三維的設(shè)計軟件來計算出滑料板的外部尺寸,將其確定以后,再選用鋼板來進(jìn)行制作,其中鋼板的厚度不得低于5mm。如果所要制作的滑料板較大,那么就要選擇分塊焊接的辦法。

4.2 流化床

流化床是影響下灰車運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部位。流化床涉及到的參數(shù)主要包括流化床氣流速度( vf),粉粒體氣流速度( vt),流化床面積S。其中dp表示水泥直徑, ρ表示水泥真密度,gρ表示的是氣體的密度,η表示氣體的動力粘度。當(dāng)計算出 vf值時,就是進(jìn)入流化床狀態(tài)的時刻,然后再根據(jù) vf和 vt的兩個值來計算出流化床的面積S。流化床面積s是根據(jù) vf和 vt的兩個值計算得出的,流化床的面積S越大,粉粒體的液態(tài)化速度要比氣流速度也會更大一些,這樣可能會對其液化狀態(tài)產(chǎn)生不良影響,在輸送的過程中則存在困難因素,造成床面上出現(xiàn)殘留物,繼而減少了流化床可流動的面積。而當(dāng)粉粒體的液態(tài)化速度要比氣流速度小一些時,就會導(dǎo)致其液化過度,這樣就會導(dǎo)致床面的操作失常。 vf和 vt的計算公式分別為如下所示:

5 其他影響因素分析

其它的影響因素還包括空壓機(jī)的選擇、輸料管路的設(shè)計等等。特別是在空壓機(jī)的選擇上,我們很容易發(fā)現(xiàn),如果采用無油擺桿式的空壓機(jī),將會比回轉(zhuǎn)式的空壓機(jī)清潔得更為干凈,保證無殘留,這樣便能很好地保護(hù)透氣元件,保證各個輸送管道不被堵塞,從而使下灰車能夠更加高效地工作。

6 結(jié)語

通過以上的研究我們可以發(fā)現(xiàn):下灰車的結(jié)構(gòu)、卸灰壓縮空氣流量、空壓機(jī)的選擇、輸料管路的設(shè)計等等都是影響石油固井下灰車平均卸灰速度的主要因素,對其運(yùn)轉(zhuǎn)速度有著決定性的作用。在速度提升上,應(yīng)以固氣體混合裝置以及流態(tài)化裝置的優(yōu)化為主,將固氣二相流平均質(zhì)量濃度提升。

因此,只有將流態(tài)化的裝置和流化床設(shè)計得更為先進(jìn)合理,才能夠提高壓縮空氣流的質(zhì)量濃度,保證下灰車工作的性能,這是設(shè)計下灰車的關(guān)鍵環(huán)節(jié),對其工作性能起到直接影響。另外,想要找到各個參數(shù)最為合適的值,必須要經(jīng)過多次的反復(fù)試驗(yàn),從而全面地衡量各因素的影響指數(shù)(如實(shí)驗(yàn)外界環(huán)境的濕度、溫度),提高下灰車的平均卸灰速度。

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