高含气井下泵气液分离机理及系统设计方法

为了探讨高含气井下泵气液分离效果随各排采参数的变化规律,建立了非线性和非定常性的泵下气液分离流场气泡动力学模型,并依据数值求解结果分析环形分离腔室中两相流运移速度以及气泡上浮速度的动态变化状况,揭示了高含气井下泵气液分离机理,同时依据泵下气液分离系统计算模型量化分析了内外管径和分离腔室尺寸等随各排采参数的变化规律,并提出气液分离系统设计方法。研究结果表明:高含气井排采泵下气液分离系统的内外管径均随冲程、冲次和泵径的增加而不断增大,且受泵径的影响尤为明显;环形分离腔室的最大和最小长度只与冲次有关,且成反比例变化趋势;采用长冲程、低冲次和合理设计泵径原则时的气液分离系统效率最佳,在满足排水量要求时,可充分发挥系统气液分离作用,提高泵效并减小井下泵惯性、振动动载荷以及杆柱应力变化幅值。研究内容和结果可为高含气井下泵的现场应用提供参考。