环形射流泵在气田中提高气井携液能力的数值模拟分析

发布时间：2020-10-26 23:35

　　 在天然气开采中,针对出水气井开采过程中出现的井底积液现象,本论文考虑在有水气井开采中后期通过环形射流泵来提高气井携液能力,以降低井底积液,从而保证天然气的正常开采。环形射流泵在应用上具有抗腐蚀性强,过流部件使用寿命长,结构简单,运行平稳的特点,同时环形射流泵的吸入通道位于泵的中心,吸入流体不与泵的内壁接触且不需要改变流动方向,特别适合于抽吸含有液滴的气液混合流体。本文以环形射流泵为研究对象,结合国内出水气田井下工况对其进行了以下研究:首先对环形射流泵提高气井携液能力机理进行了研究,从环形射流泵的结构特点入手,总结出环形射流泵的基本特性参数和基本方程。根据中国气井的实际工况,确定出环形射流泵在出水气井高压工况下的边界条件。通过对三种湍流模型的试验结果对比,确定了标准K-ε模型是环形射流泵数值模拟最合适的湍流模型。通过对吸入气体中有无液滴的模拟结果进行比较,发现极少量的液滴对环形射流泵内部流场并没有明显影响,从而确定了环形射流泵内部流场流体类型。利用Solidworks对环形射流泵进行三维建模,并利用ICEM对模型进行网格划分,通过对环形射流泵系统的进行数值模拟,从泵内流场入手,优化其结构提高该系统在气井高压工况下的效率。通过对不同的流量比心相对喉管长度lt/Dt、吸入室收缩角α和扩散管扩散角β进行数值模拟,得到泵内流体速度和压力分布云图,对不同结构尺寸的环形射流泵流场性能进行比较分析,以效率最高为基本原则,得出较优的结构尺寸组合。考虑到各个因子之间的相互影响,其中流量比q和相对喉管长度lt/Dt的交互作用最为显著。对流量比q=0.4～0.6和相对喉管长度lt/Dt=4～5两个因子进行联合模拟分析,得出环形射流泵在气井高压工况下,最高效率为29.9%;最高效率下的结构组合为:流量比q=0.55,相对喉管长度lt/Dt=4.25,吸入室收缩角α=14°,扩散管扩散角β=4°。
【学位单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE37
【部分图文】：

统的中心射流泵，环形射流泵吸入通道顺畅，被吸入流体不需要改变原来的流??动方向，更适合用于输送气液两相混合流体。??环形射流泵是一种多股流体通过接触混合来传递能量的流体机械。图２．１??是环形喷射泵的工作原理示意图，从图中可以看出，环形射流泵主要由喷嘴，??被吸管道、吸入室（混合室）、喉管、扩散管以及出口管道组成的。工作时，??地面加压设备产出气经过环形喷嘴形成高速射流，使其成为一股压能较低速度??较大的气流，因此会在环形射流泵的混合室（喷嘴与喉管之间位置）形成一个??低压区，则混合室与吸入通道入口之间出现一个负压差区，吸入流体受压力作??用被加速吸入混合室，并与高速的工作气流接触，两股流体经由混合室进入喉??管后相互接触混合在一起，在相互混合的过程中也进行着能量的传递，形成具??有一定压能的同速气液混合流体一起经扩散管离开环形射流泵。??工絲体一???－??被吸宠体?＾？混含涴体?＾??工臟体一＾?—?＇?—????ｙ形喷嘴

结果得出环形射流泵的效率可提高至３６％，比传统中心射流泵效率高的??基础上，可大大缩短其整体长度。同时也计算出吸入室收缩角《在１８°？３０°，面??积比；《＝１．７５时，环形射流泵的效率较高，对应的结构参数如图３．１所示（图中??阴影为壁厚６＝２ｍｍ）。??§?Ｏ?＾?ｎ?Ｒ?????ｐ＿＿＿????［＿??＿?Ｌ?七?＾??图３．１环形射流泵的结构参数图??Ｆｉｇ．?３．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?Ｃｈａｒｔ?ｏｆ?Ｒｉｎｇ?Ｊｅｔ?Ｐｕｍｐ??鄢恒飞和曾庆龙分别采用不同的优化方法结合数值模拟技术对该结构??进行进一步优化，所得最优结构参数如表３．１所示。??１４??

图３．４不同湍流模型下环形射流泵特性曲线??Ｆｉｇ．?３．４?Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ａｎｎｕｌａｒ?ｊｅｔ?ｐｕｍｐ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ?ｍｏｄｅｌｓ??由图３．４可以看出，三种不同的湍流模型进行的数值模拟得出的结果和试验??结果都是比较吻合的，但是三种模型中，标准ｈｅ模型（ＳｔａｎｄａｒｃＵ－ｅ模型）曲线??与试验曲线吻合情况最好，表明应用标准ｙｕ？模型进行数值模拟计算分析环形射??２５??
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本文编号：2857685