基于Fluent的抽油泵水力学研究

发布时间：2017-05-27 07:03

  本文关键词：基于Fluent的抽油泵水力学研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在有杆抽油系统的组成部分中,抽油泵是关键部件之一。随着我国大部分油田进入中后期开采阶段,油藏环境变得很复杂、泵挂加深、油田的效益不断下降,这使得抽油杆的受力更为复杂,抽油泵的工作条件越来越恶劣。柱塞与泵筒之间的泄漏量和摩擦力将直接影响有杆抽油系统的生产状况,目前抽油泵泵阀的运动规律的研究无法模拟井下抽油泵的真实工作情况。本文针对以上情况,从影响泵工作特性的因素入手,主要做了以下研究:首先,分析了影响柱塞与泵筒之间摩擦力的相关因素,包括偏心率、间隙等级、泵径、柱塞运动速度、柱塞上下压差等,应用Gambit软件,建立了三维柱塞泵筒间隙仿真模型;在Fluent软件里设置进出口的压力、流体属性以及柱塞速度等约束条件,建立柱塞泵筒间隙瞬态仿真模型。其次,模拟计算柱塞在同心和偏心不同工况下,牛顿流体和幂律流体分别通过间隙时的泄漏量和摩擦力;根据模拟结果,回归得到泄漏量和摩擦力的表达式;建立了影响因素敏感性分析模型。然后,考虑地面抽油机运动特性,以悬点运动规律为基础,建立了柱塞运动模型;在得出柱塞运动规律的情况下,针对上冲程时流体进泵的全过程,建立抽油泵二维模型,并进行网格划分和边界条件指定。结合动网格技术和UDF编程,应用计算流体动力学软件Fluent进行数值模拟,实现了柱塞运动与流场计算域的同步求解。最后,得到不同时刻泵内流体速度场分布规律,以及阀口开度、沉没压力、气液比、原油粘度和柱塞速度等因素对抽油泵充满程度的影响;数值模拟的结果为今后抽油泵工况研究提供了相关参考依据。
【关键词】：抽油泵 幂律流体 泄漏量 摩擦力 充满程度
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE933.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 研究目的和意义11-12
• 1.3 国内外研究现状12-14
• 1.4 课题研究的主要内容14-15
• 第2章 柱塞泵筒间隙流场仿真模型15-29
• 2.1 计算流体动力学简介15-16
• 2.2 流体流动状态判别16-20
• 2.2.1 牛顿流体流动状态17-18
• 2.2.2 幂律流体流动状态18-20
• 2.3 几何模型的建立及网格划分20-24
• 2.3.1 建立间隙模型20-21
• 2.3.2 网格划分21-23
• 2.3.3 设置边界类型23-24
• 2.3.4 保存网格文件24
• 2.4 柱塞泵筒间隙流场仿真计算24-28
• 2.4.1 初步分析网格文件24-25
• 2.4.2 建立求解模型25-26
• 2.4.3 设置流体的性质26
• 2.4.4 设置边界条件26-27
• 2.4.5 求解计算27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 柱塞泵筒间隙中泄漏量分析29-44
• 3.1 试验方案的确定29-33
• 3.1.1 牛顿流体试验方案29-31
• 3.1.2 幂律流体试验方案31-33
• 3.2 柱塞泵筒间隙泄漏量理论分析33-36
• 3.2.1 同心间隙泄漏量分析33-35
• 3.2.2 偏心间隙泄漏量分析35-36
• 3.3 泄漏量模拟结果分析36-43
• 3.3.1 模型仿真结果36-40
• 3.3.2 泄漏量影响因素极差分析40-42
• 3.3.3 泄漏量表达式回归42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 柱塞泵筒间隙中摩擦力分析44-55
• 4.1 柱塞所受摩擦力理论分析44-45
• 4.1.1 牛顿流体摩擦力分析44-45
• 4.1.2 幂律流体摩擦力分析45
• 4.2 摩擦力模拟结果分析45-54
• 4.2.1 模型仿真结果45-49
• 4.2.2 摩擦力表达式回归及分析49-54
• 4.3 本章小结54-55
• 第5章 抽油泵充满程度仿真分析55-66
• 5.1 数学模型55-57
• 5.1.1 柱塞运动模型55-57
• 5.1.2 MIXTURE模型57
• 5.2 抽油泵泵阀流场仿真模型57-60
• 5.2.1 建立柱塞阀球模型57-58
• 5.2.2 网格划分及边界条件设置58-59
• 5.2.3 UDF编程及动网格59-60
• 5.2.4 求解计算60
• 5.3 仿真结果分析60-65
• 5.3.1 速度场分析60-63
• 5.3.2 泵充满系数分析63-65
• 5.4 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果71-72
• 致谢72

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