新型电潜泵开缝叶片设计及气液混输性能分析

发布时间：2020-08-31 12:24

　　 现阶段,我国大部分油田进入高含水、高含气开采期。电潜泵作为常用的采油设备,适用于高含水油井,但不适用于高含气油井。传统的离心电潜泵在输送气液两相流时,气体会在叶轮流道内产生聚集,气液容积比较高时可能发生气锁,导致泵效下降甚至无法工作,故而只能泵送气液比小于10%的井液。为了提高电潜泵的混输性能,进一步拓宽其应用工况,本文针对Q10型电潜泵叶轮叶片进行开缝设计,将叶片在高含气位置处断开,形成喷射间隙,分析研究了新型电潜泵输送两相流时的外特性和内部流场规律,对提高电潜泵效率、增加油田开采后期油气井的产量具有重要的理论指导意义。以Q10型电潜泵为研究对象,对其叶轮叶片进行改进,然后基于流体动力学理论,建立新型电潜泵的流体域,利用ICEM进行网格划分,确定流体动力学模型与计算方法,利用CFD流体仿真软件CFX对原型和新型电潜泵进行单相流以及气液两相流的模拟,对比分析新型电潜泵与原型电潜泵的外特性以及内部流动特性。然后,模拟多种含气量工况以及转速工况下新型电潜泵内气相体积分数、压力场、速度场以及叶片载荷的瞬态分布规律,并且在叶轮流道内设置多个监测点来观察流道区域内气相体积分数、压力以及速度的变化规律。通过分析模拟结果,得到以下结论:在设计流量工况下,新型电潜泵效率提高了22.2%,且其叶轮叶片平均载荷比原型电潜泵叶轮叶片平均载荷降低了33.55%。新型电潜泵在不同含气量工况以及不同转速工况下,其气相体积分数分布较为均匀,全流域内气相体积分数差范围在-0.005~0.005之间,所以流道内不会出现严重的气液分离现象和气体聚集现象,因此具有开缝叶片的新型电潜泵更适用于举升气液比30%以上的流体。而原型电潜泵叶轮流道内有明显的高含气量气体聚集现象。新型电潜泵叶轮流道内各监测点处的压力值呈周期性震荡变化规律,在不同转速工况下,在同一位置截面同一监测点处,随着转速的增加,这一点处波动围绕的定值减小,但波动幅度增大。新型电潜泵叶轮流道内各监测点处的速度值在0.05s后呈周期性波动。在不同含气量工况下,在同一位置截面,叶轮流道内各监测点的速度变化趋势并没有随气相体积分数的增大而发生变化。新型电潜泵导轮流道内,等气相体积分数线分布、压力场分布、最高速度值以及涡流现象的强弱呈现一定的周期性,通入流体中的气相体积分数的变化只是改变了其周期。本文对电潜泵叶轮叶片进行设计,形成开缝叶片,为离心泵的改型提供了新的思路,而不仅仅只是局限于改变叶片数量以及进行长短分流叶片设计,且证明了具有喷射间隙的开缝叶片能够提高电潜泵的混输性能。
【学位单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE933.3
【部分图文】：

然后利用 CFX 软件进行电潜泵内部稳态仿真计算，模拟了变流量工况下内部单相流和两相流的流动状态，对比分析仿真结果，得到了在变流量工况下，内部单相流和气液两相流的流动特性。.1 新型电潜泵单级全流道三维建模及网格划分.1.1 新型电潜泵单级全流道三维建模电潜泵单级三维几何实体模型建模根据 Q10 型电潜泵的实际结构尺寸，用 Solidworks 结合 Pro/E 对新型电潜泵进和导轮单级三维实体模型建模。Q10 泵的性能参数如下：额定转速为 2900r/min流量 100m3/d，泵效为 56%，单级扬程 6.95m。新型叶轮的基本结构参数见表 3-表 3-1 叶轮和导轮的基本结构参数进口直径（mm）轮毂直径（mm）出口直径（mm）出口宽度（mm）进口宽度（mm）叶片数喷间（m叶轮 35.8 22.5 81.5 8 6.6 7 导轮 84.5 25.8 37.4 8 6 10 叶轮和导轮的三维实体模型见图 3.1 至图 3.3。

导轮单级三维实体模型建模。Q10 泵的性能参数如下：额定转速为 2900r/min，量 100m3/d，泵效为 56%，单级扬程 6.95m。新型叶轮的基本结构参数见表 3-1。表 3-1 叶轮和导轮的基本结构参数进口直径（mm）轮毂直径（mm）出口直径（mm）出口宽度（mm）进口宽度（mm）叶片数喷射间隙（mm）轮 35.8 22.5 81.5 8 6.6 7 2轮 84.5 25.8 37.4 8 6 10 -叶轮和导轮的三维实体模型见图 3.1 至图 3.3。（a）叶轮 （b）去掉后盖板叶轮图 3.1 叶轮几何实体模型

图 3.3 单级电潜泵几何实体模型剖视图orks 进行实体建模后，根据仿真模拟的需要建立域见图 3.4、3.5 和 3.6。在图 3.6 中，流体沿箭头指充分以及出口段回流现象均会对数值模拟结果产所以本文中对单级电潜泵流体域模型的进口段和出力直径[60]。.4 叶轮流体域 图 3.5 导轮流

【参考文献】

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1 于志刚;廖云虎;曾玉斌;颜明;穆永威;;海上高含水大排量电潜泵井井下油水分离系统优化设计[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2014年04期

2 刘恒;;高含气井用潜油电泵气体处理器研制[J];石油矿场机械;2013年10期

3 潘兵辉;王万荣;江伟;;离心泵气液两相流数值分析[J];石油化工应用;2011年12期

4 张金凤;袁野;叶丽婷;张伟捷;;带分流叶片离心叶轮机械研究进展[J];流体机械;2011年11期

5 黎义斌;张德胜;赵伟国;敏政;;叶片数及分流叶片位置对离心泵性能的影响[J];兰州理工大学学报;2008年02期

6 陈松山;周正富;葛强;耿卫明;闻建龙;罗惕乾;;长短叶片离心泵叶轮内部流动的PIV测量[J];农业机械学报;2007年02期

7 袁寿其;何有世;袁建平;丛小青;赵斌娟;;带分流叶片的离心泵叶轮内部流场的PIV测量与数值模拟[J];机械工程学报;2006年05期

8 孙长征;;潜油电泵的寿命分析[J];通用机械;2006年04期

9 何有世,袁寿其,郭晓梅,张金凤;分流叶片离心泵叶轮内变工况三维数值分析[J];江苏大学学报(自然科学版);2005年03期

10 何有世,袁寿其,郭晓梅,袁建平,丛小青,黄良勇;带分流叶片的离心泵叶轮内三维不可压湍流场的数值模拟[J];机械工程学报;2004年11期

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1 王业芳;分流叶片对低比转数离心泵内部流动特性的影响[D];江苏大学;2016年

2 张雷;基于CFD的带分流叶片离心风泵结构优化研究[D];东南大学;2015年

3 谢文;基于CFD的带分流叶片离心泵内部流场及性能研究[D];郑州大学;2011年

4 孙洁;特高含水期潜油电泵井节能降耗技术研究[D];大庆石油学院;2007年

本文编号：2808795