油井射流排砂泵固液两相流场数值分析

发布时间：2019-01-07 12:03

【摘要】：油田采油井在采油的过程中,由于砂粒受到流体冲刷从油层中脱离出来,并随流体进入油井形成井内沉砂,井内沉砂的大量积聚必然造成油层堵塞,导致油井产油率下降,甚至不产油；同时,随油液进入采油设备的细砂对采油生产设备产生磨料效应,使设备严重磨损。由于存在细砂的磨料效应,使用机械泵进行洗井冲砂受到严格限制。而射流泵不存在机械运动部件,最大限度地降低了油液内含细砂的磨料效应,是油田洗井排砂的有效设备。由于工程发展的需要,人们对射流泵的各方面性能提出了更高的要求。虽然射流泵应用于原油生产的技术已经十分成熟,但是所采用的单相流理论并不适用于进行油井排砂工作的射流泵,应该采用固液两相流理论。目前,射流泵固液两相流动性能研究较少,因此,深入研究射流排砂泵内流场显得非常有必要。由于射流排砂泵内部流场复杂,而且在洗井排砂时,固液两相流体混合会产生较大的能量损失,造成射流排砂泵传能效率低,这一因素一直制约其发展。因此,需要深入研究射流排砂泵内部流动机理,分析射流排砂泵固液两相流场,优化匹配结构参数,从而提高洗井冲砂效率,是射流排砂泵固液两相流场数值分析的目的所在。本文结合吉林大学与辽河油田勘探管理局合作的“油井冲砂射流泵结构及工艺参数优化分析”项目,对射流排砂泵结构参数、除砂性能等方面进行研究。主要的研究内容如下： (1)结合所依托项目,说明射流排砂泵的工作方式,介绍射流排砂泵结构和工作原理,给出射流泵冲砂洗并的基本技术参数,为之后的相关分析计算奠定基础。 (2)通过对射流排砂泵基本特性的研究,建立射流排砂泵基本特性方程,得到满足实际工况下最优面积比和最大压力比,给出射流排砂泵喷嘴、喉管最优化结构参数。理论计算的结果表明,当面积比为0.719,即喷嘴直径为6.268mm,喉管直径为7.392mm时,射流排砂泵具有较高的压力比。 (3)基于CFD方法确定流场计算的解决方案；建立射流排砂泵的三维模型,同时进行计算网格划分与边界条件设置；并对射流排砂泵固液两相流场进行数值模拟。 (4)根据数值模拟结果分析不同喷嘴、喉管直径组配关系下油井射流排砂泵性能,找出最优喷嘴喉管组配关系；分析扩散角对射流排砂泵性能的影响；分析射流排砂泵扩散管出口流场,优化出口结构。 (5)根据数值模拟结果详细研究射流排砂泵内部流场流动机理。数值模拟结果表明射流排砂泵进口压力、固相比、速度场分布、压力场分布相互作用、相互影响,对射流排砂泵综合性能产生重要影响,单项性能参数的提高将导致总体性能的降低；吸入液通道内的真空度,直接影响射流排砂泵的抽吸能力和固相比,真空度的提高及真空范围的加大,有利于提高射流排砂泵的综合性能；逆流与涡旋产生的逆向速度矢量,是造成压力损失的主要原因。优化设计射流排砂泵的结构参数,减少或消除逆流,是提高射流排砂泵作业效率的关键。 (6)根据数值分析结果,对射流排砂泵进行模拟实验研究,分析实验方法的可行性,证明理论设计方法和CFD数值计算方法可以用于指导射流排砂泵的设计与性能研究。综上所述,本文基于CFD计算方法,对油井射流排砂泵固液两相流场进行数值模拟计算,分析了影响射流排砂泵性能的关键因素,得到了能够满足实际生产需求的射流排砂泵。文中的研究工作证明了数值分析方法和理论设计方法对射流排砂泵的设计与性能研究具有一定的指导作用。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH38

【引证文献】