高压压裂泵配流系统数值仿真

作     者：叶文杰 

作者单位：武汉科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈奎生

授予年度：2021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：高压压裂泵 配流阀 气穴现象 动态特性 滞后性 

摘      要：相较于轴配流和配流盘配流的方式,配流阀配流有着良好的密封性、适用于高压工况,抗污染能力强及制造与维修方便等优点,在高压柱塞泵中应用十分广泛。目前,随着国内油气井中深井、超深井的增多,需要生产出压力更高、排量与功率更大的高压压裂泵来提高油气的采收效率与产量,保障我国能源安全。但如今对高压压裂泵配流系统的研究偏少,缺乏可供参考的成熟理论。高压压裂泵的工作性能,在很大程度上受其配流系统的影响,而配流系统中,配流阀的性能优劣尤为关键。针对高压压裂泵配流阀的结构参数对其阀内流场及其特性的影响,本文建立了一种基于阀盘升程和阀盘锥角变化的流场计算模型,简述了其流道几何模型的网格划分及边界条件设定,对压裂液在配流阀内的流动过程展开了完整的计算分析,获得了阀盘升程和锥角变化对阀内压力特性、速度特性以及流量系数的影响规律。论文简述了配流阀内气穴现象产生的机理和危害,探讨了气穴模型需遵循的控制方程及其边界条件的设定,通过数值模拟研究了配流阀的阀盘升程、阀盘锥角、出口及入口压力对气穴现象的影响。为研究高压压裂泵的配流系统的动态特性,建立了高压压裂泵机构的运动学数学模型,详述了其仿真模型的建立过程,分析了高压压裂泵的压力冲击及流量脉动现象。此外,论文针对配流阀滞后性的影响因素进行了全面分析,研究了不同工作参数及结构参数对配流阀滞后性的影响。最后,对论文研究成果进行总结,并指出不足及需要改进的地方。