注水用水力驱动单螺杆泵工况诊断研究

摘要

分层注水技术能够保持各地层的压力，提高整体采收率，现已成为油田稳产增产的重要措施之一。国内正在研究一种新型分层注水技术方案：将水力驱动式单螺杆泵装置应用到一个层间差异较大的两层注水井中，一部分液体经单螺杆泵增压后注入高压层，另一部分液体经单螺杆马达降压后注入低压层。这种新型分层注水方案既避免了常规注水管柱内节流嘴造成的压力损失，又具有结构紧凑，增压和减压一体化的优势。由于装置的复杂性，如何检测分层注水的效果、了解水力驱动单螺杆泵的运行工况成为一个尚未解决的难题。因此，针对分层注水用水力驱动单螺杆泵，本文在建立其工况诊断数学模型的基础上，通过理论分析，研究出了一种工况诊断方法，根据此方法开发了一套工况诊断软件。 在分析水力驱动单螺杆泵分层注水系统结构的基础上，将整体注水系统划分为四个子系统：井口子系统、井筒管路子系统、水力驱动单螺杆泵子系统以及注水层子系统。对四个子系统分别进行分析，建立子系统的数学模型。 运用系统节点分析方法对水力驱动单螺杆泵分层注水系统进行分析，建立各个节点之间的压力、流量关系式；基于各个子系统的数学模型、子系统节点间的压力、流量关系以及注水井地面监测的流量压力参数，研究了一种对分层注水用水力驱动单螺杆泵进行工况诊断的方法，建立了工况诊断模型。 根据工况诊断模型，使用Visual Basic6.0和MATLAB软件，开发了一套水力驱动单螺杆泵的工况诊断软件。使用此工况诊断软件，可以对水力驱动单螺杆泵进行运行工况诊断，计算总效率、有效功率、增压值、降压值等工况参数，并且根据实际工况点与高效区的位置关系判断水力驱动单螺杆泵的运行工况是否合理，针对实际工况点位于高效区之外的情况提出调节参数的建议措施。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 工况诊断技术研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3 单螺杆式水力机械研究现状

1.4 课题的主要研究内容

（1）分层注水系统方案及工作原理研究

（2）水力驱动单螺杆泵工况诊断数学模型的建立

（3）系统节点分析及工况诊断方法研究

（4）工况诊断软件开发

第二章 水力驱动单螺杆泵分层注水系统分析

2.1分层注水方案介绍

2.2 结构组成及工作原理

2.2.1 水力驱动单螺杆泵的具体结构

2.2.2水力驱动单螺杆泵分层注水工作原理

2.3 子系统划分

（1）井口子系统

（2）井筒管路子系统

（3）水力驱动单螺杆泵子系统

（4）注水层子系统

第三章 工况诊断数学模型的建立

3.1 井口子系统的数学模型

3.2 井筒管路子系统的数学模型

3.2.1连续性方程

3.2.2实际液体的伯努利方程

3.2.3压力损失计算

3.3 水力驱动单螺杆泵子系统的数学模型

3.3.1螺杆马达与螺杆泵的压力协调关系

3.3.2单螺杆泵的特性曲线

3.4 注水层子系统的数学模型

3.4.1 分层注水技术

3.4.2分层注水指示曲线

3.5 整体数学模型

第四章 系统节点分析及工况诊断方法研究

4.1 分层注水系统节点分析

4.1.1 节点系统分析

4.1.2本系统的节点分析

4.2 工况诊断方法

4.2.1工况诊断模型

4.2.2工况诊断流程

第五章 工况诊断软件开发

5.1 软件开发语言简介

5.2 工况诊断软件功能介绍

5.3 软件主要模块的设计及操作步骤

5.3.1注水系统公用数据模块

5.3.2压力损失计算模块

5.3.3注水指示曲线模块

5.3.4螺杆泵特性曲线模块

5.3.5工况参数计算模块

5.3.6工况诊断结果分析及建议模块

5.4 应用实例分析

结论

参考文献

附录

致谢