抽油泵旋流防砂机理研究与参数优化

摘要

由于我国大部分油田处于开发中后期，油井出砂越来越严重，其结果会对井筒举升设备产生严重影响，造成抽油泵砂卡，增大生产成本。本文利用旋流技术使油-砂实现分离，提高了抽油泵的防砂效果，解决了砂卡问题。
　　首先提出了三种抽油泵防砂方案，根据其特点优选出一种，并设计了该防砂抽油泵的总体结构。其特点是在抽油泵上游动凡尔组件上部增加旋流装置，实现油砂分离。
　　接着对旋流器内部的固液两相流进行了理论分析。阐述了固体颗粒的模拟方法，分析了固-液两相流的基本特征，研究了抽油泵内液体作用在砂粒上的定常阻力、加速度力和所受到的不均匀力。
　　然后采用Gambit软件建立了旋流装置虚拟模型，对其进行了网格划分，用Quad/Pave面网格以及Tet/Hbrid、Tgrid体网格进行划分，并在Fluent软件下，通过VOF模型、RSM湍流模型进行了固液两相流数值模拟。
　　最后根据数值模拟结果，分析了不同参数对旋流效果的影响，通过分析结果得到以下结论:
　　当环空面积增加时，分离效果改善;螺旋槽深度增加，分离效果改善，压力降增加;在一定范围内增加螺旋角，分离效果改善，压力降增大;砂粒含量变大，分离效果基本不变，压力降变化不大;入口速度增加，出口切向速度增加，分离效果基本不变，压力降增加。
　　根据以上分析结果，当螺旋槽顶部直径为Φ22mm，螺旋槽高度为15mm，螺旋角为60°时，抽油泵的防砂效果达到最佳工作条件。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 国内外发展现状

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

1．3．3 创新点

1．3．4 题目来源

1．4 章节安排

第二章 基于旋流机理的防砂抽油泵总体方案设计

2．1 低渗透油田机械采油工艺参数分析

2．2 抽油泵砂卡原因分析

2．3 抽油泵防砂方案选择

2．4 防砂抽油泵总体结构

2．5 防砂抽油泵工作原理

2．5．1 工作原理

2．5．2 技术参数

2．6 本章小结

第三章 防砂抽油泵内固液两相流理论研究

3．1 概述

3．2 防砂抽油泵内固液两相流固体颗粒的模拟方法

3．3 泵筒内固液两相流的基本特征

3．3．1 两相流的基本特征时间

3．3．2 固液两相流的各类相关参数

3．4 防砂抽油泵内单个颗粒的动力学模型

3．4．1 液体作用在刚性球形颗粒上的定常阻力

3．4．2 液体作用在刚性球形颗粒加速度力

3．4．3 刚性球形颗粒所受到的流体不均匀力

3．4．4 颗粒在固液两相流动中的基本方程

3．4．5 颗粒在旋转坐标系中的哥氏力和离心力

3．4．6 颗粒在湍流场中的扩散

第四章 基于CFD软件防砂抽油泵虚拟模型建立及仿真

4．1 基于Gambit防砂抽油泵虚拟模型建立

4．2 网格划分

4．3 边界条件设置

4．4 基于Fluent的固液两相流运动仿真

4．4．1 湍流模型选择

4．4．2 运动仿真

4．5 本章小结

第五章 防砂抽油泵旋流过程影响因素分析及参数优选

5．1 概述

5．2 不同参数影响因素分析

5．2．1 螺旋槽环空面积变化对旋流效果的影响

5．2．2 螺旋槽高度变化对旋流效果的影响

5．2．3 螺旋角变化对旋流效果的影响

5．2．4 含砂量变化对旋流效果的影响

5．2．5 入口速度变化对旋流效果的影响

5．3 旋流装置几何参数优选

5．4 本章小结

第六章 总结与结论

6．1 工作总结

6．2 结论

致谢

参考文献

硕士期间发表的论文