深水油气田水下增压泵发展现状及关键技术

水下增压泵是水下增压系统的核心部件,是提高海底油气采收的关键因素之一。它主要用于深海油藏回接距离远、井口流体压力小、水深较深等工况下,可实现老油田寿命延长和油气长距离运输的目标。本文在总结国内外水下增压泵发展历程并分析国外实际工程典型案例的基础上,对水下增压泵的类型和适用范围进行了详细梳理,凝练了水下增压泵研制的关键技术,为我国水下增压泵国产化研制提供了借鉴依据和技术支持。

基于电荷泵DC-DC转换器的开关电源设计

设计了一种成本较低,效率较高的基于电荷泵与Boost升压电路的开关电源,作用于对正负双电源运放供电。利用Boost模块将3~4.5 V的输入电压升压至稳定的5.5 V电压,并通过电荷泵负压电路、电荷泵倍压电路与TL431串联稳压电路将5.5 V的电压转化为±5 V的输出电压为运放进行供电。通过仿真软件对电路进行仿真搭建,并对重要节点与输出电压电流的仿真波形进行分析,确保在3~4.5 V的DC输入电压范围内,提供较为稳定的、输出电压纹波在2%以内的±5 V输出电压。

微型轴向柱塞泵球面配流副预升压区优化设计

为提高高速高压微型轴向柱塞泵球面配流副的配流性能,以单向旋转微型轴向柱塞泵球面配流副为研究对象,对预升压区结构进行优化。建立高速高压微型球面配流副预升压过渡区瞬时压力和三角槽过流面积与三角槽深度角等参数的数学模型;采用粒子群优化算法对预升压区进行结构优化;最后将原始模型与优化模型导入Fluent中进行仿真分析。结构优化结果为:深度角β=16.1°,宽度角α=56.3°,开口角∅=12.7°,错配角φ0=1.2°。优化后的预升压过渡区的压力脉动率比原始结构降低了4.6%,提高了微型轴向柱塞泵球面配流副的配流性能。

基于智能制造新模式的电机在线检测装备研制

随着智能制造技术的不断进步,电机在线检测装备在工业生产和家用设备中的应用变得愈加重要。电机作为众多机械设备的核心部件,其稳定运行直接影响到设备的整体性能和使用寿命。本论文致力于研究基于智能制造的电机在线检测装备的设计与应用,通过深入分析其关键技术和实际效果,探讨其在提升电机检测效率和设备可靠性方面的潜力。

单开关低电压应力的高增益Boost变换器

为了将分布式发电系统中光伏板、燃料电池等的低压直流电转换成高压直流电,提出一种带有泵升电容的基于开关电容与开关电感网络的高增益DC/DC变换器。该变换器进一步提高了电压增益,减小了功率器件的电压应力。采用磁集成技术,将两个电感绕在同一磁芯上形成耦合电感,提高了变换器的功率密度。最后,分析了该拓扑的基本工作原理,并制作了一台输入电压为30 V,输出电压为380 V,额定功率为200 W的样机,实验结果证实了理论分析的正确性。

面向FLASH存储器应用的电压自举电荷泵电路设计

基于SMIC 0.18μm 1P6M工艺,设计出一款面向FLASH存储器应用需求的开环电荷泵升压电路。该电路主要由振荡电路、分频电路、非交叠时序电路、电荷泵和高压选择电路组成。为实现电荷泵电压的自举,本设计采用高电压选择电路和开环无反馈结构电荷泵,通过调整电容比值,满足不同的输出升压需求。仿真结果表明,在电源电压为1.8 V、内部开关时钟频率为50 kHz、带载为5 mA的条件下,电荷泵的输出电压为3.3 V,纹波仅为10 mV,升压效率高达96%。与其他电荷泵相比,本设计提高了输出效率,可满足不同输出升压的需求。

高压液氢泵行业研究现状及关键技术问题

将氢气液化,以液态氢的方式进行储运、加注是降低用氢总成本的重要方式之一,并有望成为未来面对更大用氢需求的更优选择。高压液氢泵作为液氢产业链中的核心设备,其国产化水平对于降低成本和提高产业链自主可控至关重要。为此,系统调研了高压液氢泵在加氢站的应用现状及国内外研发情况,分析了高压液氢泵研究中亟需解决的关键技术问题,提出了液氢泵国产化的技术攻关方向及主要路径。研究结果表明:①液氢加氢站主要有低压汽化压缩、液氢泵增压汽化和直接加注等3种技术模式,其中液氢泵增压汽化是液氢存储型加氢站的主流技术模式;②中国有关高压液氢泵研发的公开研究成果较少,高压液氢泵的国产化研发仍处在初级阶段,产品的稳定性和成熟度还有待验证;③高压液氢泵国产化研发亟需解决结构型式选择与设计、低温绝热性能、材料选择、活塞密封与泄漏控制等关键技术问题,并针对性地提出了液氢泵国产化的建议。结论认为,高压液氢泵设计需要在技术与性能,生产与维护之间综合考量,以确保其在极端低温环境下稳定、可靠运行;随着氢能产业的快速发展,氢能的跨境运输将成为现实,届时液氢将成为重要储运方式,高压液氢泵将在国际液氢物流运输船舶接收、储罐转注、液氢槽车充装、液氢加注等环节发挥更大的作用。

Effective Electrical Submersible Pump Management Using Machine Learning

Artificial lift plays an important role in petroleum industry to sustain production flowrate and to extend the lifespan of oil wells. One of the most popular artificial lift methods is Electric Submersible Pumps (ESP) because it can produce high flowrate even for wells with great depth. Although ESPs are designed to work under extreme conditions such as corrosion, high temperatures and high pressure, their lifespan is much shorter than expected. ESP failures lead to production loss and increase the cost of replacement, because the cost of intervention work for ESP is much higher than for other artificial lift methods, especially for offshore wells. Therefore, the prediction of ESP failures is highly valuable in oil production and contributes a lot to the design, construction and operation of oil wells. The contribution of this study is to use 3 machine learning algorithms, which are Decision Tree, Random Forest and Gradient Boosting Machine, to build predictive models for ESP lifespan while using both dynamic and static ESP parameters. The results of these models were compared to find out the most suitable model for the prediction of ESP life cycle. In addition, this study also evaluated the influence factor of various operating parameters to forecast the most impact parameters on the duration of ESP. The results of this study can provide a better understanding of ESP behavior so that early actions can be realized to prevent potential ESP failures.

一种适用于反熔丝FPGA的高效电荷泵电路

基于Dickson电荷泵结构,提出了一种适用于反熔丝现场可编程门阵列(FPGA)的新型高效电荷泵电路,实现了电荷泵的快速启动。通过采用时钟信号升压电路,减少了电荷泵级数,并减小了电路总体面积和功耗。仿真结果显示,在2.5 V的工作电压和整体电路全负载的条件下,整体电路的启动时间约为20μs,可稳定输出电压5.46 V,工作电流约为618μA。采用0.18μm CMOS工艺流片并对其进行编程和测试,结果显示FPGA电路编程成功,功能正确,与仿真结果一致,表明了此电荷泵结构的可行性和实用性。

一种应用于EEPROM的快速升压电荷泵设计

设计了一种能快速升压的片上电荷泵电路。当电荷泵用于为EEPROM存储单元提供擦除及写入操作需要的高压时,其升压速度是重要的设计指标之一。研究发现,使用NPN晶体管代替传统Dickson电荷泵中的NMOS管组成升压链路后,能够提高电荷泵的升压速度和输出电压,且NPN晶体管能够用三阱CMOS工艺制作,不需要更复杂的BiCMOS工艺。基于0.18μm三阱CMOS工艺设计了电荷泵系统,包括时钟产生电路和12级采用NPN晶体管的Dickson电荷泵,其中时钟产生电路产生的两相不交叠时钟用于驱动电荷泵,避免电荷在泵电容间反向流通,同时增加预充管进一步提高升压速度。仿真结果显示,在5 V电源电压下,电荷泵的输出电压仅需2.06μs就能达到16 V,比传统的12级Dickson电荷泵快了2.51μs,实现了快速升压的目的。

液氧煤油补燃发动机起动过程氧预压泵加速起旋方案研究

为降低液氧煤油补燃发动机起动所需入口压力,需解决起动过程氧预压泵起旋迟缓产生附加阻力导致主泵入口压力过低而发生断裂汽蚀的问题。开展了两种预压泵加速起旋方案研究,分别为已工程应用的液氧涡轮方案和本文提出的氦起动涡轮方案。对比介绍了两种方案对发动机气液系统和预压泵结构的影响。建立了预压泵加速起旋相关的数学模型,针对加速起旋机理、效果和影响因素等进行了仿真分析。结果表明:液氧涡轮方案,预压泵结构变化较小,为提升加速起旋效果,涡轮供应路应尽量增大通径、缩短长度,降低动态流阻和静态流阻,涡轮喷嘴流通面积则需根据其对涡轮流量和压降的综合影响来选择。氦起动涡轮方案,预压泵结构和流路变化较大,起动涡轮速比和效率是降低氦气用量的限制性因素。

大深度海水浮力调节系统研制

针对大深度水下机器人升沉运动过程中耗能较大的问题,提出了一种海水浮力调节的驱动方式。针对没有大压力、小流量高压海水泵问题,研制了由低压齿轮油泵驱动海水增压泵的装置作为产生高压海水的动力源,并设计了切换阀及压力平衡阀等关键部件。为模拟大深度海洋环境,研制了外负载模拟装置,对大深度海水浮力调节系统进行了前后舱充排水同步性实验、压力-流量实验、能耗实验以及定量充排水等4个实验,实验结果验证了该系统的可行性和有效性。

上海市松江小昆山水厂深度处理水力高程布置研究

目前设有深度处理工艺的自来水厂在高程布置中多采用增设中间提升泵房的方式,而水厂中增加水力提升环节将增加水厂能耗并将对制水成本有较大影响。本文结合相关工程实例分析了在常规处理和深度处理之间不设提升措施的可行性,分析结果表明在一定条件下不设中间提升措施是合理可行的选择,有利于降低能耗及简化水厂的运行管理。

叶片式泵内气液两相泡状流的三维数值计算

为研究旋转叶片式泵中的气液两相流动规律及泵性能 ,本文根据气泡泡状流模型提出了一个两相流三维数值分析方法 .该数值计算由两部分的计算迭代完成 ,第一部分是已知含气率分布的连续相 (液相 )流场的计算 .液相流动方程的三维数值求解采用了流面坐标迭代法 .第二部分是已知液相流场后的分散相 (气泡 )轨迹的计算 .气泡运动方程中考虑了流场压力梯度差产生的力、气泡周围液体产生的阻力及由于液相质量产生的惯性力等影响气泡运动的因素 .通过对气泡运动方程进行数值求解 ,可得到泵内的含气率分布 .再将两部分的计算进行反复迭代 ,最终得到收敛解 .本文将该三维两相流数值计算方法用于多级螺旋轴流式增压泵叶轮的计算、设计 .计算结果表明 :从叶轮回转面上看 ,气泡运动转轨并不明显地偏离液相流线 .然而从叶轮子午面上看 ,几乎所有的气泡 ,不论其初始位置如何 ,它们最终都移向轮毂表面 .该三维两相流数值计算以其简单实用的特点 ,有望成为工程中气液两相增压泵的一种有效设计工具 .

海洋油气开发中的水下生产系统(二)——海底处理技术

对油气井产出物进行海底处理是研制开发水下生产系统的核心问题,而海底多相流的增压泵送和分离则是海底处理技术中的基石。螺旋-轴流式和双螺杆式多相泵是2种最主要的海底多相流泵,目前至少有3家公司的产品达到了商业化运行阶段。与海底处理技术密切相关的气-液分离技术主要包括G—SepTM紧凑型旋流脱气器、垂直环空分离和泵送系统、超音速气-液分离器等,液-液分离技术则在常规重力沉降分离的基础上出现了静电聚结强化型重力沉降分离和管式分离器。我国应尽快围绕海底油-水分离技术所涉及的一些实质性问题开展相关研究。

区域二次供水优化整合技术的应用

通过研究当前城市二次供水改造方式,指出二次供水水质污染的原因及相关影响因素,提出供水水质保障、安全供水、集约管理、降低能耗的二次供水区域优化整合方案。示范工程实例表明,二次供水系统区域优化整合后,水质稳定保障率高,月检综合合格率达到100%,降低能耗30%以上,并简化了管理。

倒置式增压注水电动潜油泵

鉴于电动柱塞泵增压注水时，需要新建泵房，维修工作量大，研制了潜油倒置式增压注水电泵，这种注水泵与常规电泵机组不同的是离心泵是倒置的，应用时配以专用的过电缆高压井口悬挂器，实现井口高压密封。这种泵具有户外安装无需建泵房、无噪声、无介质漏失、不污染环境、运转寿命长和免维护等特点。在胜利、辽河油田等６口井的应用表明，这种泵具有显著的增压注水效果，适合于边远井的增压注水。

一种液晶显示倍压电路的分析与设计

基于电容电荷传输的倍压原理,针对上华CSM C 0.6μm DPDM数模混合CM O S工艺,设计了一种极性可控的n(n≤5)倍压电泵电路,用以生成液晶显示(STN LCD)驱动所需的多种高压电平。

增压泵特性分析及选型计算

针对增压泵应用中存在的实际工况远离额定工况损失大等问题进行了分析 。

海底油气多相混输增压系统的发展与应用

对于海底的小储量卫星油田和边际油田，采用水下多相增压系统可以代替造价昂贵的海上平台，以降低设备投资和建设费用。采用多相增压系统可降低井口压力，提高油田采收率，提高油田产量，延长老油田寿命。详细地描述了水下多相混输增压系统的组成，介绍了该系统的国内外发展状况，以及几个典型多相混输增压系统的现场应用情况。