自适应流体流量控制阀的仿真研究

摘要

在石油开采过程中，由于底水锥进、储层非均质性等种种原因会出现油层出水现象，这会带来一系列的危害，于是不断有相关技术被应用到油井完井之中，以达到延缓水突破、控水增油的目的。通过分析研究国内外ICD、ICV流量控制技术的控水增油能力，依据相关流体理论，设计研发出一种自适应流体流量控制阀。具有结构简单，不采用任何电气元件等优点，可以起到控水增油的生产效果，在一定程度上会降低油层出水对于石油开采的危害。
　　本文对控制阀进行了结构设计，整体结构采用熔融焊接技术，使得阀体结构简单紧凑。控制阀主要包括浮盘、底座、阀体和内套四个部分，通过螺纹把阀体固定到石油管道之中，浮盘是阀内唯一的活动部件，可以随着流体粘度的变化来控制阀门开度，实现控水增油的目的。
　　完成控制阀内流场仿真模型的建立，利用ANSYS ICEM CFD对模型进行结构化网格划分，输出质量较高的网格，为后面的流体仿真提供基础。对FLUENT进行合理设置，采用多种判据确定模拟仿真的收敛，在求解器中对自适应流体流量控制阀性能进行稳态仿真分析。仿真过程中，通过改变流体粘度、浮盘开度、出入口压差等仿真条件，获得了不同流体性质和流动条件下的流场压力、流速和自适应流量范围等仿真结果，绘制出相应图表，以可视化的方式细致地对控制阀内流场流动情况进行了分析研究，总结出了规律和结论。
　　仿真结果很好地表明所设计的流量控制阀可以随着流体粘度的变化，浮盘进行相应动作来变化开度，改变流量，最终达到控水增油的设计目的。凹盘控制阀具有浮盘偏心后的自位能力，所以确定以凹盘作为最终的浮盘结构。流量控制阀中关键尺寸参数会对使用性能造成影响，合理选取相关尺寸，有利于获得最佳的控水增油效果。本文还研究了排砂孔、出入口反压、不同压差对于控制阀性能的影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 石油能源简介

1．1．2 油藏底水锥进形成机理

1．2 ICD和ICV井下流量控制技术

1．2．1 ICD流量控制技术

1．2．2 ICV流量控制技术

1．3 CFD原理及简介

1．4 课题的研究目的和意义

1．5 课题研究的主要内容

2 控制阀工作原理分析和结构设计

2．1 控制阀工作原理分析

2．2 控制阀结构设计

2．3 本章小结

3 控制阀流场的网格划分和模拟仿真

3．1 ICEM网格划分

3．1．1 结构化网格划分

3．1．2 边界层网格设置

3．1．3 网格质量

3．2 FLUENT模拟仿真

3．2．1 湍流模型的选取

3．2．2 边界条件的设置

3．2．3 流场收敛性判定

3．3 本章小结

4 控制阀流场仿真结果分析

4．1 基本模型仿真分析

4．2 浮盘自位效果分析

4．3 结构尺寸参数对于控水效果的影响

4．4 入口直径对于流量范围的影响

4．5 浮盘直径对于粘度范围的影响

4．6 本章小结

5 控制阀其他性能的仿真研究

5．1 排砂问题

5．2 反压问题

5．3 压差问题

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢