井下气液分离器分离性能及结构优化研究

发布时间：2020-05-23 22:11

【摘要】：潜油电泵系统采油法因具有排量大、扬程高、运行平稳、机组工作寿命长以及地面工艺流程简单等优点得到广泛应用。其核心组成部分旋转式气液分离器是一种井下气液分离工具,主要由螺旋诱导轮、过渡轮以及直叶轮三部分组成。目前随着各大油田的深入开采,地层能量逐渐消耗,各区块地层压力降低,油层脱气,使井液中含有大量的游离气。井液进入潜油电泵之前,首先经过螺旋诱导轮增压后再通过直叶轮进行气液分离,最大限度减少气体对潜油离心泵性能的不利影响、避免发生气蚀、气锁现象。这就要求气液分离器有较高的分离效率,同时要求螺旋诱导轮的增压效果明显。因此,本文利用理论与数值模拟结合的研究方法,以计算流体力学、多相流为理论依据,对井下气液分离器的内部流场进行仿真分析,研究了不同工作参数对井下气液分离器分离性能的影响,也研究了螺旋诱导轮螺旋参数对分离器分离性能的影响以及对螺旋诱导轮进行了结构优化分析。该研究结果可为旋转式井下气液分离器的操作提供一定理论指导,具体研究内容如下:(1)选用双流体模型,基于连续性方程、动量方程以及能量方程,液相采用RNGk-ε湍流模型,气相采用零方程湍流模型,本文运用有限体积法,通过模拟分析井下气液分离器内部流场得到了内部流场的流动规律。对分离器分离性能的理论进行了分析,进行两相分离过程模拟,验证模型的可靠性。计算得到井下气液分离器的分离效率和压力增加值。同时研究了不同入口速度、入口含气量、气泡尺寸大小以及转速大小变化对分离器的分离效率和压力增加值的变化规律,为现场操作提供一定的理论指导。(2)利用单一变量法,按照相同的工作参数,对不同转速下井下气液分离器的螺旋诱导轮螺旋叶片螺距、螺旋叶片外径、螺旋叶片螺距倍数以及螺旋叶片厚度四个参数进行模拟分析,得到了分离器分离效率和压力增加值随螺旋诱导轮参数变化的规律。通过研究,为井下气液分离器的优化设计奠定基础。(3)基于RSM曲面响应法和数值模拟计算相结合的方法对螺旋诱导轮进行优化设计。建立了以分离效率、压力增加值最大为优化目标函数,以螺旋诱导轮螺旋叶片螺距、螺旋叶片外径、螺旋叶片螺距倍数以及螺旋叶片厚度为设计变量的优化数学模型。通过对分离器分离效率和压力增加值的二次响应曲面回归分析,得到了螺旋诱导轮结构响应面模型,并且进一步进行最优控制参数求解,得到了螺旋诱导轮优化模型。最后将优化的模型与初始结构模型相对比,效果较好。本文为进一步研究井下气液分离器内部流场分布和分离性能的影响提供参考,结合RSM曲面响应法对螺旋诱导轮进行优化设计,为优化分离器结构提供参考依据。
【图文】：

图１－２潜油电泵系统逡逑由于我国部分油田已经进入含气量中、高油气开采阶段，，怎样利用好潜油电泵机组逡逑

井下气液分离器二维结构示意图
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE93

【参考文献】

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本文编号：2678026