深井水力活塞泵设计与分析

作     者：徐运来 

作者单位：西南石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钟功祥

授予年度：2018年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：水力活塞泵 换向阀 AMESIM仿真 FLUENT仿真 

摘      要：随着油气资源开发的不断深入,地层能量越来越低,开采方式也发生了改变,逐渐由自喷采油转变为现在的人工举升采油。人工举升采油方法分为两种,泵抽采油和气举采油,泵抽采油又细分为无杆泵和有杆泵两种。无杆泵采油技术在石油工业里面占据非常重要的地位,全世界约占25%的油井采用的是无杆泵采油技术。在深井、超深井中由于下泵深度高,地层压力大、温度高,传统的机械抽油设备因为可靠性下降,效率降低,在上述油井中不能很好地发挥作用。水力活塞泵由于对油层深度、含蜡、稠油、斜井以及水平井有较强的适应性,大量应用于深井、超深井的开采。水力活塞泵的主要缺点是机组结构复杂,工作可靠性低,加工精度要求高。本文对深井稠油复杂工况下的水力活塞泵做了全新的设计和全面的分析研究,所做的主要工作有:1.针对传统水力活塞泵结构复杂、可靠性低的特点,创新性地设计了一种结构简单、可靠性强、泵效高,可以在深井稠油工况下高效运行的新型单作用深井水力活塞泵结构。2.参考新疆塔河油田的采油工况和地层参数,通过计算确定了该水力活塞泵的扬程、排量、冲程、冲次、关键零部件结构尺寸等主要技术参数,并且详细计算了新型水力活塞泵需要的动力液压力,泵的排量,动力液流量,泵的漏失量以及泵效和功率。3.利用ANSYS有限元分析对水力活塞泵核心零件进行受力分析和强度校核,分析结果表明,水力活塞泵关键零部件在实际采油工况和地层条件下可以满足设计要求。4.通过AMESIM仿真分析软件对深井水力活塞泵进行了系统的仿真分析,得到了水力活塞泵井下工作循环图,分析了单个抽汲参数对泵效的影响,对比分析了在单个抽汲参数下新型水力活塞泵与传统水力活塞泵的泵效关系。5.利用FLUENT对水力活塞泵第三流道进行了深井工况下的数值模拟,分析了不同阀口开度时内部流场特性,利用仿真分析得到的结果对流道结构做了局部改进,并对比分析了结构改进前后的流场特性,对比结果表明改进方案有效可行。本文创新性地提出一种全新的可以应用于深井工况下的水力活塞泵结构方案,并对核心零件进行设计计算,对整个水力活塞泵系统以及内部流场进行仿真分析。研究分析得到的结果具有重要的工程应用价值,对水力活塞泵的进一步的设计研究具有重要指导意义。