發(fā)布時間：2020-08-31 12:24

　　 現(xiàn)階段,我國大部分油田進入高含水、高含氣開采期。電潛泵作為常用的采油設(shè)備,適用于高含水油井,但不適用于高含氣油井。傳統(tǒng)的離心電潛泵在輸送氣液兩相流時,氣體會在葉輪流道內(nèi)產(chǎn)生聚集,氣液容積比較高時可能發(fā)生氣鎖,導致泵效下降甚至無法工作,故而只能泵送氣液比小于10%的井液。為了提高電潛泵的混輸性能,進一步拓寬其應用工況,本文針對Q10型電潛泵葉輪葉片進行開縫設(shè)計,將葉片在高含氣位置處斷開,形成噴射間隙,分析研究了新型電潛泵輸送兩相流時的外特性和內(nèi)部流場規(guī)律,對提高電潛泵效率、增加油田開采后期油氣井的產(chǎn)量具有重要的理論指導意義。以Q10型電潛泵為研究對象,對其葉輪葉片進行改進,然后基于流體動力學理論,建立新型電潛泵的流體域,利用ICEM進行網(wǎng)格劃分,確定流體動力學模型與計算方法,利用CFD流體仿真軟件CFX對原型和新型電潛泵進行單相流以及氣液兩相流的模擬,對比分析新型電潛泵與原型電潛泵的外特性以及內(nèi)部流動特性。然后,模擬多種含氣量工況以及轉(zhuǎn)速工況下新型電潛泵內(nèi)氣相體積分數(shù)、壓力場、速度場以及葉片載荷的瞬態(tài)分布規(guī)律,并且在葉輪流道內(nèi)設(shè)置多個監(jiān)測點來觀察流道區(qū)域內(nèi)氣相體積分數(shù)、壓力以及速度的變化規(guī)律。通過分析模擬結(jié)果,得到以下結(jié)論:在設(shè)計流量工況下,新型電潛泵效率提高了22.2%,且其葉輪葉片平均載荷比原型電潛泵葉輪葉片平均載荷降低了33.55%。新型電潛泵在不同含氣量工況以及不同轉(zhuǎn)速工況下,其氣相體積分數(shù)分布較為均勻,全流域內(nèi)氣相體積分數(shù)差范圍在-0.005~0.005之間,所以流道內(nèi)不會出現(xiàn)嚴重的氣液分離現(xiàn)象和氣體聚集現(xiàn)象,因此具有開縫葉片的新型電潛泵更適用于舉升氣液比30%以上的流體。而原型電潛泵葉輪流道內(nèi)有明顯的高含氣量氣體聚集現(xiàn)象。新型電潛泵葉輪流道內(nèi)各監(jiān)測點處的壓力值呈周期性震蕩變化規(guī)律,在不同轉(zhuǎn)速工況下,在同一位置截面同一監(jiān)測點處,隨著轉(zhuǎn)速的增加,這一點處波動圍繞的定值減小,但波動幅度增大。新型電潛泵葉輪流道內(nèi)各監(jiān)測點處的速度值在0.05s后呈周期性波動。在不同含氣量工況下,在同一位置截面,葉輪流道內(nèi)各監(jiān)測點的速度變化趨勢并沒有隨氣相體積分數(shù)的增大而發(fā)生變化。新型電潛泵導輪流道內(nèi),等氣相體積分數(shù)線分布、壓力場分布、最高速度值以及渦流現(xiàn)象的強弱呈現(xiàn)一定的周期性,通入流體中的氣相體積分數(shù)的變化只是改變了其周期。本文對電潛泵葉輪葉片進行設(shè)計,形成開縫葉片,為離心泵的改型提供了新的思路,而不僅僅只是局限于改變?nèi)~片數(shù)量以及進行長短分流葉片設(shè)計,且證明了具有噴射間隙的開縫葉片能夠提高電潛泵的混輸性能。
【學位單位】：東北石油大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TE933.3
【部分圖文】：

然后利用 CFX 軟件進行電潛泵內(nèi)部穩(wěn)態(tài)仿真計算，模擬了變流量工況下內(nèi)部單相流和兩相流的流動狀態(tài)，對比分析仿真結(jié)果，得到了在變流量工況下，內(nèi)部單相流和氣液兩相流的流動特性。.1 新型電潛泵單級全流道三維建模及網(wǎng)格劃分.1.1 新型電潛泵單級全流道三維建模電潛泵單級三維幾何實體模型建模根據(jù) Q10 型電潛泵的實際結(jié)構(gòu)尺寸，用 Solidworks 結(jié)合 Pro/E 對新型電潛泵進和導輪單級三維實體模型建模。Q10 泵的性能參數(shù)如下：額定轉(zhuǎn)速為 2900r/min流量 100m3/d，泵效為 56%，單級揚程 6.95m。新型葉輪的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)見表 3-表 3-1 葉輪和導輪的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)進口直徑（mm）輪轂直徑（mm）出口直徑（mm）出口寬度（mm）進口寬度（mm）葉片數(shù)噴間（m葉輪 35.8 22.5 81.5 8 6.6 7 導輪 84.5 25.8 37.4 8 6 10 葉輪和導輪的三維實體模型見圖 3.1 至圖 3.3。

導輪單級三維實體模型建模。Q10 泵的性能參數(shù)如下：額定轉(zhuǎn)速為 2900r/min，量 100m3/d，泵效為 56%，單級揚程 6.95m。新型葉輪的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)見表 3-1。表 3-1 葉輪和導輪的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)進口直徑（mm）輪轂直徑（mm）出口直徑（mm）出口寬度（mm）進口寬度（mm）葉片數(shù)噴射間隙（mm）輪 35.8 22.5 81.5 8 6.6 7 2輪 84.5 25.8 37.4 8 6 10 -葉輪和導輪的三維實體模型見圖 3.1 至圖 3.3。（a）葉輪 （b）去掉后蓋板葉輪圖 3.1 葉輪幾何實體模型

圖 3.3 單級電潛泵幾何實體模型剖視圖orks 進行實體建模后，根據(jù)仿真模擬的需要建立域見圖 3.4、3.5 和 3.6。在圖 3.6 中，流體沿箭頭指充分以及出口段回流現(xiàn)象均會對數(shù)值模擬結(jié)果產(chǎn)所以本文中對單級電潛泵流體域模型的進口段和出力直徑[60]。.4 葉輪流體域 圖 3.5 導輪流

【參考文獻】

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本文編號：2808795