多相混输工艺中混输泵的选择与分析

摘要

多相混输技术是将油井所产的气液混合流体不经分离直接加压输送，它能降低生产成本，简化生产管理，具有极大的经济价值和现实意义。而多相混输泵是多相混输系统中的关键设备，对混输泵类型的研究以及泵内增压单元工作理论及流场的流动情况分析也具有重大意义。本文采取理论与数值模拟及实际情况相结合的方法，首先根据现场情况优选混输泵，其次研究混输泵增压单元工作理论，并对混输泵内部流场流动情况进行数值模拟，具体主要内容包括： （1）依据长庆油田沙11增压站的基本情况，在保持原本的工艺流程不变的情况下，将该普通增压站改造为具有油气混输功能的数字化增压站。通过对四种不同类型混输泵，包括螺杆式、转子式、轴流式和往复式混输泵的特点及局限性的分析，列出四个满足沙11增压站要求的混输泵方案，引用多目标决策方法，最终优选自主设计的螺旋轴流式混输泵作为沙11增压站的主要增压设备。 （2）对螺旋轴流式混输泵增压单元的基本理论和混输泵外特性参数进行分析，包括圆柱层无关性假设理论，平面无限直列叶栅，叶栅的速度三角形以及翼型、叶栅的动力特性等，分别推导出螺旋轴流式混输泵的流量、扬程、效率、功率的表达式。 （3）运用ANSYS CFX软件，对自主设计的螺旋轴流式混输泵单个增压单元15种工况进行数值模拟，分别为含气率10%、30%、50%，流量0.6Q、0.8Q、1.0Q、1.2Q、1.4Q，分析在不同含气率和流量工况条件下，叶轮和导叶流场内的速度分布、压力分布以及出口相态分布，得出混输泵内部流场流动情况的分析结果及外特性曲线。 本文通过以上的研究，为进一步分析混输泵整机增压单元的基本理论、流场流动情况以及混输泵的结构优化提供了一定的理论基础与借鉴，为工程上选择和应用多相混输泵提供了参考。

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第一章 绪论

1.1 论文研究背景

1.2 研究的目的及意义

1.3 多相混输泵发展概况

1.4 论文主要研究内容

第二章 混输泵类型研究及方案优选

2.1 混输泵类型研究

2.2 油田现场工艺方案

2.3 混输泵方案优选

2.4 本章小结

第三章 多相混输泵增压单元工作理论

3.1 基础理论

3.2 混输泵特性参数分析

3.3 本章小结

第四章 多相混输泵数值模拟基础和方法

4.1 气液两相流动模型

4.2 多相流动计算模型

4.3 多相流控制方程

4.4 湍流数值模拟方法

4.5 CFX中的湍流模型及方程

4.6 流场数值计算的基本方法

4.7 本章小结

第五章 多相混输泵的数值模拟及结果分析

5.1 计算区域模型建立

5.2 网格的分类与划分

5.3 边界条件处理

5.4 流场速度分布分析

5.5 流场压力分布分析

5.6 流场气相分布分析

5.7 混输泵外特性分析

5.8 混输泵结构优化建议

5.9 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间公开发表的论文