井下螺旋轴流式混抽泵轴向力平衡新结构

分析了井下螺旋轴流式混抽泵轴向力产生机理,借鉴地面叶片泵常用的平衡鼓技术,研制出了一种＂双外壳平衡管加平衡鼓＂轴向力平衡新结构,介绍了该结构的工作原理和结构特点。新型轴向力平衡结构的平衡效果优于常用轴向力平衡结构,并通过实验研究验证了该结构的可行性。这种结构可平衡85%~95%的轴向力,能有效地延长轴承的工作寿命。该结构不仅为大轴向力井下泵的轴向力平衡提供了一种有效的方法,而且也为该种泵今后的设计开发及推广应用奠定了基础。

井下螺旋轴流式混抽泵增压单元流场仿真分析

为了对井下螺旋轴流式混抽泵增压单元内部流场及相应的运行特性进行数值分析,建立了增压单元的CFD分析模型,将试验结果与仿真结果进行对比。计算时将叶轮区域设在运动坐标系,其余静止区域设在固定坐标系,紊流计算采用标准κ-ε模型和非结构网格,速度压力耦合计算采用SIMPLE算法,非定常计算采用一阶精度的时间项,使用标准壁面方程以考虑边界层。结果表明,应用Fluent仿真软件进行数值模拟能够获得叶轮、导轮及整个泵的外特性,还可以直观地认识泵内部流动的耦合与干涉机理,指导水力模型设计;通过数值模拟不但可以比较初始模型和优化模型,还可对不同的优化模型进行比较,对混抽泵的结构进行优化,从而完善设计模型。

井下螺旋轴流式多相混抽泵轴向力计算及平衡

准确地计算井下螺旋轴流式多相混抽泵的轴向力并合理有效地平衡轴向力是该泵推广使用的关键。为此,对混抽泵的轴向力进行了分析计算,提出了平衡轴向力的具体方法,并通过试验验证了平衡方法的可行性,总结出轴向力的变化规律。认为产生轴向力的主要原因是叶轮前后两侧的压差、流体动反力及叶轮自重。提出轴向力的平衡方法有浮动叶轮法、集中止推法、平衡孔法及平衡孔加浮动叶轮法。研究结果认为,轴向力随含气体积分数和流量的增大而减小,其计算值和试验值的误差约为5.17%。最后指出轴向力计算方法和平衡方法具有较高的可靠性。

井下螺旋轴流式气液混抽泵井下生产系统匹配方法研究

通过对130型井下螺旋轴流式气液混抽泵室内特性曲线的研究,对其井下生产系统各部分以及试验用井的选择进行了初步探索,提出了井下生产系统的匹配方法。

螺旋轴流式多相混抽泵样机的实验评价

应用自主开发的多相混输泵的实验装置,对自行研制的井下螺旋轴流式多相混抽泵样机的外特性进行了实验研究。用水和空气作为实验介质,得到了纯水及不同含气率时该样机的外特性曲线,分析了含气率变化对螺旋轴流式多相混抽泵外特性的影响、特性参数与液体流量和气液总流量的关系。实验评价结果表明,该样机进行多相输送,在进口处含气率低于50%时总体性能较好,水力损失也较小。

新型螺旋轴流式混抽泵增压单元的结构设计

为满足高含气油藏及煤层气田开发的需要,自主设计了一种新型井下混抽泵增压单元,并讨论了主要设计参数的选取原则和范围,确定了增压单元的设计参数。该增压单元采用柱形轮毂、锥形轮缘的结构,具有结构简单紧凑、轴向力小、混抽效果好、适用范围广等优点。并利用CFD软件F luent及其预处理软件Gamb it,模拟了增压单元内的三维紊流场,给出了模拟和试验结果的外特性。

煤层气井新型螺旋轴流式混抽泵设计

针对煤层气井排采中含有气体与煤粉的特点,专门设计了泵的增压单元,并且采用压紧式叶轮结构,有效延长了泵的工作寿命。对样机进行室内试验研究,给出了该泵的外特性曲线,结果表明在入口含气率在40%左右时,样机的最高效率达到了40%,单级扬程2.6 m,该泵对高含气率的多相流体混抽效果明显,对煤粉固体颗粒不敏感,在煤层气开采中具有较好的推广应用前景。

螺旋轴流式油气混输泵结构参数优选与试验研究

在确定螺旋轴流式油气混输泵结构型式的基础上,以提高泵的水力效率为目标,对总体结构性能 参数进行了优选。通过分析叶轮导叶参数对混输性能的影响,对叶轮和导叶的部分参数加以调整,以达 到几何结构参数优选的目的。试验结果表明,该泵可以成功进行两相输送和多相增压。

螺旋轴流式油气混输泵导叶内非定常流动DMD分析

为研究螺旋轴流式油气混输泵内的非稳态特性,对泵内非稳态气液两相流动进行数值模拟分析,得到不同流量、不同叶高的流场分布。对流量100 m^3/h、含气量30%工况下的非定常速度场进行动态模态分解(DMD),得到能够反映速度场特征的前4阶主要模态场及其相应的频率信息。导叶内流场特征可分解为耗散模态、基本模态以及高阶动态模态特征,耗散模态随时间逐渐衰减,对流场的发展影响较小;基本模态是频率为零的稳态特征,能够反映叶片型线等流道几何特征引起的稳态流场特征;3阶及4阶动态模态反映了叶轮与导叶间的动静干扰,在不断向导叶下游发展的过程中逐步耗散,动静干扰作用对导叶下游流动影响较小。对相态场进行分解得到其主要模态场特征及其频率信息,其基本模态特征表明,在导叶叶高较大的截面上,流速越高,则含气量越低;相态场的高阶动态模态特征与速度场动态模态特征基本一致。DMD模态分析方法能够清楚地分析油气混输泵导叶内复杂流动的非定常特性。

螺旋轴流式多相泵油气混输试验研究

通过对螺旋轴流式多相泵的室内试验,确定转速、流量等参数对多相泵输送性能的影响,依此对油田现场多相输送可能出现的各种情况进行预测,并成功进行了该泵在油田现场的油气混输增压试验,为螺旋轴流式多相泵的进一步研发积累了经验。

半锥角与螺旋轴流式混输泵性能间关联性研究

以自主研发的YQH-100螺旋轴流式油气混输泵的单一压缩级为研究对象,采用Mixture混合模型和标准k-ε湍流模型,对混输泵动、静叶轮毂半锥角为4. 08°至12°的9种方案,在含气率为0、10%、30%、50%、70%的5种工况下进行数值模拟,因模拟结果相近,本文选取混输泵轮毂半锥角为4. 08°、6°、8°、10°、12°的5种方案下的模拟结果进行阐述。结果表明:随着轮毂半锥角的增加,动叶扬程先降低后升高,静叶水力损失不断增大,混输泵扬程呈现先下降后升高再下降的过程,轴功率逐渐下降,效率逐渐升高;不同轮毂半锥角的混输泵在各含气率下,扬程最大差值平均为3. 04 m,效率最大差值平均为7. 24%;半锥角增大动叶出口回流量减少,动叶内气相分布更加均匀,静叶流道内旋涡增多。

螺旋轴流式气液混输泵蜗壳的实验研究

蜗壳是螺旋轴流式气液混输泵的重要部件。在低速和高速工况下 ,对石油大学 (北京 )设计的这种混输泵的蜗壳 ,分别进行了泵外特性和蜗壳压力测量 ,以及蜗壳内气液两相流动情况分析的实验研究。实验结果表明 ,蜗壳能适应低速工况下纯液和气液混输的需要 ,设计流量下的运行效率较高 ;在高速工况下 ,蜗壳产生较大的水力损失 ,表明蜗壳尺寸偏小 ,不能适应高速运行工况 ,应设计较大尺寸的蜗壳。

考虑叶顶间隙的螺旋轴流式混输泵主流道内空化特性

为揭示叶顶间隙对螺旋轴流式混输泵主流道内空化特性的影响,基于Rayleigh-Plesset方程的Zwart-Gerber-Belamri空化模型,采用SST k-ω湍流模型在不同空化阶段下对螺旋轴流式混输泵主流道内的空化特性进行研究,通过考虑叶顶间隙更为精准地揭示螺旋轴流式混输泵主流道的空化情况。结果表明:在叶顶处,除了流道内出现低压区和空泡外,在叶片吸力面表面也出现低压区和空泡分布;在临界空化阶段,叶轮进口以及叶片进口叶顶间隙处存在微弱的空泡分布;随着空化的发展,到断裂空化阶段,空泡分布区域由叶片压力面移动到叶片吸力面,说明叶顶间隙对混输泵主流道内的空化性能产生较大的影响。本文的研究结果可为螺旋轴流式混输泵空化性能的改善提供工程参考。

新一代螺旋轴流式多相泵的外特性试验研究及数值模拟(英文)

以中国石油大学(北京)自主研发的新一代螺旋轴流式多相泵为研究对象,在不同工况下对其进行外特性试验研究.实验表明新一代螺旋轴流式多相泵能够输送很大范围的单相或多相流体.并且测定了转速、进口含气率、吸入压力等主要操作参数对多相泵性能的影响.通过实验发现多相泵的性能随着转数和进口吸入压力的提高得到明显改善,增压有所提高,高效区变宽,最优工况对应的流量增大.当含气率升高时,多相泵内两相流体产生速度滑移,泵内流型发生转变,导致多相泵振动、性能不稳定,多相泵的增压能力降低.另外多相泵入口处的均混器能够改善多相泵入口来流的条件,扩大多相泵的操作范围,对多相泵的性能影响很大.为了更好地了解多相泵内流场情况,建立了多相泵CFD数学模型.运用Fluent6.2进行数值模拟.通过求解雷诺时均N-S方程,并应用标准k-ε湍流模型来模拟泵内流动特性.首先用收敛的模拟结果与实验结果进行对比,将模型进一步修正,然后进行其他工况下的模拟.修正后的模型以及本文模拟的结果很好的反映了多相泵内流体流动的特点,同时利用该模型还可以进行各种工况下的性能预测以及多相泵的叶片翼型的优化.为今后新泵的设计提供了一种经济实用的方法.

新一代螺旋轴流式多相泵的外特性试验研究

多相混输技术使得未经处理的多相井流或其它多相流体能够在无需分离的前提下实现长距离输送。作为多相混输核心技术之一,螺旋轴流式多相泵与其它多相泵相比具有独特优势,诸如排量大,结构简单、紧凑,对固体颗粒不敏感等。在创建新试验台的基础上,本文以中国石油大学(北京)自主研发的新一代螺旋轴流式多相泵为研究对象,在不同工况下对其进行外特性试验研究。叙述了新一代螺旋轴流式多相泵试验样机的基本特征及新试验台架的基本特点,通过试验测定了多相泵的运行稳定性及多相混输性能。实验表明,新一代螺旋轴流式多相泵能够输送单相或多相流体,并且测定了转速、进口含气率、吸入压力等参数对多相泵性能的影响。多相泵的性能随着转数和进口吸入压力的提高得到明显改善:增压提高,高效区变宽,最优工况对应的流量增大。当含气率升高时,多相泵内两相流体产生速度滑移,泵内流型发生转变,导致多相泵振动、性能不稳定,多相泵的增压能力降低。通过和前几代多相泵进行对比,总结了本多相泵性能的特征,为今后多相泵的设计提供了依据。试验研究发现入口气液混合程度的好坏对泵的外特性及工作稳定性有很大影响,文章最后讨论了在多相泵入口设置均混器的必要性以及试验所用均混器的基本特征。

螺旋轴流式多相泵长短复合静叶优化设计

以螺旋轴流式油气混输泵YQH-100为研究对象,在此基础上对增压单元叶片轴向长度进行优化设计,利用专业流场模拟软件Fluent 18. 0进行流场数值模拟;以水和空气作为介质,通过对YQH-100复合静叶选取不同的长短叶片数,在不同流量和含气率的工况下进行数值模拟,得到混输泵增压单元压力场分布和含气率分布,并计算出不同工况下整机的增压曲线,扬程曲线以及效率曲线。通过对比得出在不同流量和不同含气率工况下,复合静叶的叶片数为8-8时,混输泵的效率和增压效果明显高于其他两种情况。其他两种情况,增压单元气液分离较严重的地方位于静叶压力面弦长约2/3的处;在静叶尾部叶顶处均存在局部压力过大和较大的漩涡。由此表明复合静叶叶片数为8-8时能提高整机性能。

基于ANSYS的螺旋轴流式多相泵性能分析

为了研究螺旋轴流式多相泵内部的流动特性,自主设计了螺旋轴流式多相泵单元压缩级,然后基于ANSYS下的FLUENT求解器,对其进行了不同流量工况下的数值模拟,得出了多相泵的外特性曲线。最后对多相泵的内流场进行了分析,通过分析不同流量工况下叶轮流道内的气相分布状态,得出了多相泵内气液两相流动的特点,为有效提高多相泵气液混输特性提供了依据。

高气油比井井下混抽泵的研究与开发

为了解决高气油比油藏在开发后期油藏压力下降,井筒内游离气大量析出,受泵吸入口含气体积分数的限制,常规举升技术无法应用的问题,研制开发了螺旋轴流式多相混抽泵。该泵利用螺旋轴流泵的增压原理,采用特殊设计的叶导轮,将游离气破碎并与液体混相,从而将气液两相混流抽出井筒。按照推导出的泵特性与结构关系,同时考虑影响增压单元内相态分离的因素,平衡各结构参数,设计了增压单元和试验样机,并进行了外特性试验。结果表明,混抽泵对含气体积分数大于30%的多相流增压混抽效果明显,泵的排量越大,转速越高,泵效和扬程越高。

井下油气混抽泵试验台的改进设计

为进行新型井下螺旋轴流式油气混抽泵的外特性试验研究,针对130型混抽泵在试验过程中出现的问题,对原试验台进行改进,设计出新型试验台,主要包括动力部分、泵级部分、吸入部分、排出部分、测量部分和数据采集部分。新型试验台采用多点混合的气液混合装置和轴端机械密封结构,明显改善了吸入口工况与轴端密封效果。试验表明,新型试验台能够顺利地进行混抽泵的外特性等试验,为相关样机的研究奠定了基础。

基于CFD的井下混抽泵叶轮有限元分析

为真实反映螺旋轴流式混抽泵叶轮的受力状态,用CFD对叶轮进行了分析。首先对叶轮内的流场进行数值模拟,得到稳态流体压力,然后将CFD模拟得到的叶轮表面流体压力和温度场分析结果加载到叶轮模型进行热力学耦合分析,得到复杂叶轮的温度场、应力场和位移等分布情况。研究结果为优化叶轮结构设计和减少反复设计提供了参考依据,具有较为重要的工程实用价值。