長沙中開泵資深廠家對深井泵泵內(nèi)流場的實驗研究

研究泵內(nèi)流場尤其是混相流流場是改善深井泵性能的關鍵。隨著PIV技術、LDV技術及超聲波技術的日趨成熟，人們已經(jīng)可以利用這些先進的流場測試技術在不干擾流場的情況下進行高精度的測量。在加拿大已有人使用這些先進技術研究深井泵流場，石油大學(北京)海洋力學試驗室針對該問題應用PIV(粒子成像測速技術)進行了試驗研究，其主要內(nèi)容是測定不同流量時泵內(nèi)流場的分布規(guī)律，并對比單相及混相流時深井泵內(nèi)流場的異同。

　　1粒子成像測速及圖像處理技術

　　粒子成像測速(PIV)技術的基本原理①是利用撒在流體中的粒子對光的散射作用，用光學的方法記錄下粒子在不同時刻在流場中的位置，從而得到粒子的位移，基于粒子對流場的跟隨性，測出粒子所在位置上流體的速度及瞬時運動參數(shù)。

　　運用PIV技術，對流場中眾多的粒子情況可以按時間順序通過多次曝光記錄在同一圖像上，也可以通過高速攝影機記錄在不同的圖形上。利用有關的物理學及力學的假設和定律，并根據(jù)相應的數(shù)學模型，通過一系列數(shù)字運算即可得出反映流場特性的參數(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，故很難對現(xiàn)場工作的深井泵的流場進行實際測試。另外，由于各油田油井地層條件很復雜，難以找到一般性的規(guī)律，因此，在實驗室里建立了一套小型氣液兩相深井泵模擬試驗裝置，如圖1所示。

　　該模擬試驗裝置主要由液壓控制系統(tǒng)及氣動控制系統(tǒng)組成。為了進行可視化研究，深井泵模型泵筒及柱塞均采用有機玻璃制造，其泵徑為57mm，柱塞長度為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試驗過程

　　采用與原油密度及粘度相近的工業(yè)白油作為試驗介質(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)生器及相應的光路系統(tǒng)造成的強片光源作為PIV攝像的照明光源，并采用錄像或照相的方法攝制PIV圖像。針對不同的工況，分別對單相和氣液兩相流介質(zhì)條件下深井泵泵筒、泵閥、柱塞等部位進行了PIV圖像的錄制和照相，以備進一步進行分析處理。

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