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高效油气分离器工作机理仿真研究

朱友珠  
【摘要】:随着我国各大油田陆续进入高含水开采阶段,地层能量逐渐消耗,潜油电泵得到了越来越广泛的运用,并已发展成为主要的机械采油方式之一。同时,如何进一步提高潜油电泵系统的工作性能和系统效率,降低生产成本是目前石油开发中的重要课题之一。油气分离器作为潜油电泵的重要组成部分之一,其性能的好坏直接影响潜油电泵的运行效率。由于目前国产油气分离器型号单一,分离效率低,从而导致油井间歇出油、系统效率低下、检泵周期短等一系列问题,严重影响了潜油电泵的扩大使用。本文针对国内油气分离器生产和使用存在的突出问题,结合油田实际,通过开展井下油气分离器理论和实验研究,建立了基于双流体模型基础上的油气分离器油气分离模型,运用该模型对油气分离器的性能进行了仿真研究,结合实验从不同角度开展了油气分离器气液两相流运动规律研究。本论文的研究工作是中原油田采油工艺研究院与西南石油学院合作开展的科研课题“高效油气分离器水力性能分析”的主要内容。本论文的研究工作主要有以下几方面。 (1)通过广泛查阅、检索国内外文献资料,深入分析了潜油电泵现场使用情况,掌握了国内外井下油气分离器的设计现状和技术现状,找到了现有井下油气分离器存在的主要问题,结合国产油气分离器的现状和中原油田的实际提出了具体的研究方案。 (2)开展了油气分离器结构研究,通过对现有油气分离器进行系统的结构分析,找到油气分离器结构参数和分离效率之间的定性关系,为进一步开展分离器机理研究奠定了基础。 (3)根据两相流流体的基本运动规律,采用体积平均的方法得到了气液两相流的瞬时方程组。在此基础上,对其进行雷诺时均处理,得出双流体模型的控制方程组。根据重整化群的思想,经过数学推导得出气液两相湍流的RNGK-ε模型。在此基础上建立了油气分离器的流体分离模型。 (4)利用Visual Basic 6.0和Matlab 6.1混合编程技术,开发了油气分离器流场数值模拟仿真程序。利用开发的仿真程序,实现了对不同工况、不同结构条件下分离器的流场仿真分析,揭示了井下油气分离器流场规律和分离特性。 (5)通过对不同结构的分离器在不同工况下流场数值仿真结果分析,找到了分离 摘要 器分离效率和结构参数、油气比参数等之间的关系,为合理设计油气分离器结构提供 了理论依据。 (6)完成了井下油气分离器试验台架设计、加工及调试,完成了不同油气分离器 性能测试,验证了所建立的流场计算模型的正确性,为现有油气分离器的优化和新型 油气分离器的开发提供了实验依据。从实验的角度出发,分析了分离器内两相流的流 动规律,完善了油气分离的理论数学模型。 (7)利用仿真结果,结合现代机械设计理论及方法完成了新型油气分离器的结构 设计,利用开发的井下油气分离器实验装置完成了新型油气分离器的性能评价。 总之,通过本论文的研究工作,建立了比较完善的油气分离器设计理论和方法。 通过开展井下油气分离器仿真研究和实验研究,全面系统地认识了井下油气分离器的 工作特性、流场分布规律和受力状况,为改进分离器的结构,研制新产品,提高井下 油气分离器分离效率提供了新的理论依据和方法,为解决油气分离器存在的问题提供 了新的思路和途径,将油气分离器的研究水平向前推进了一步。因此,本论文的研究 工作不仅具有较高的理论水平,而且具有重要的应用价值。 关键词:油气分离器机理研究仿真分析实验研究结构设计


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