全金属螺杆泵漏失规律及配合间隙优化研究

全金属螺杆泵定转子采用间隙密封螺旋举升,在多种因素影响条件下,存在间隙漏失规律认识不清、定转子配合间隙优化方法不完善等问题。为此,通过建立2∶3头螺杆泵实体模型,根据螺杆泵内压力分布规律,综合考虑温度、压力、介质黏度和转速等参数影响,采用有限元模拟仿真方法,分析了全金属螺杆泵定转子漏失及接触磨损规律。以高泵效、低接触压力为目标,优化了全金属螺杆泵定转子配合间隙:介质黏度≤0. 05 Pa·s时,间隙取0. 15～0. 30 mm;介质黏度0. 05 Pa·s时,间隙取0. 20～0. 40 mm。5口井的现场应用结果表明:所实施井泵效平均提高15. 1%,单井日增油3. 13 t,平均生产周期433 d,最长生产周期达到542 d且继续有效。研究成果满足全金属螺杆泵现场应用需求,对其优化设计及性能的高效发挥意义重大。     

全金属螺杆泵定转子配合优化及特性试验研究

为确定全金属螺杆泵定转子的最优间隙值,针对全金属螺杆泵定转子间隙配合的特点,分别采用有限元热力学分析方法和大涡模拟(Large eddy simulation,LES)模型,分析了金属螺杆泵内流动特性及温度、黏度对全金属螺杆泵定转子配合间隙的影响规律。根据优化分析结果,确定全金属螺杆泵定转子最优配合间隙区间为0.1~0.3 mm,并试制全金属螺杆泵样机进行试验。模拟结果表明:当转速相同时,黏度小于0.05 Pa·s的介质,泵效受间隙值影响效果显著,间隙值达到0.6 mm时,泵效降为0%;当介质黏度大于0.50 Pa·s时,间隙值对泵效的影响明显变小;介质黏度和转速是泵效的主要影响因素,提高转速可以改善泵效,但介质黏度对泵效的影响更为显著。现场测试结果表明:研制的全金属螺杆泵使用性能满足设计要求,其运转特性与室内试验结果基本一致,运行过程平稳可靠,泵效基本无变化。研究结果可为全金属螺杆泵的现场应用提供指导。     

全金属螺杆泵工作特性试验模拟与评价

全金属螺杆泵的定转子采用间隙配合方式,其工作特性无法沿用传统螺杆泵的相关认识。为此,基于间隙配合方式全金属螺杆泵的结构特点与工作原理,提出了理论排量的修正计算方法;对不同工作条件下的排量、负载和效率等工作特性开展了室内试验研究,绘制了相应的工作特性曲线;结合能量损失评价,提出了保证工作性能的相关方法。分析结果表明:全金属螺杆泵的排量、轴功率及泵效等受工作压差、转速和泵级数等因素的综合影响,特定工况下存在性能最佳的工作区域;适当提高转速以及泵级数可实现较高的工作效率,同时可满足相对更高的举升扬程需求;全金属螺杆泵的容积损失与机械损失随工作压差和转速的变化呈相反变化趋势,但提高转速对容积效率的有利影响明显大于对机械效率的不利影响,实际生产中可将合理选择转速作为保证工作性能的有效途径。所得结论对全金属螺杆泵井的举升设计及实际生产具有一定的参考。     

螺杆泵内部滑失与泵外漏失机理研究

为了认清螺杆泵的漏失机理,还原其井下实际生产条件下的工作状况,根据流体传压特性,将螺杆泵漏失细分为泵内滑失和泵外漏失。在确定泵内压力分布的基础上计算了螺杆泵各腔室的滑失速度,研究了不同泵吸入口空隙率和排出口压力下的漏失规律。结果表明:泵内压力变化导致泵内流体滑失,滑失又会影响泵内压力分布,泵外漏失是泵内滑失达到一定程度时出现的现象;气相存在一个较小的滑失区间,随着泵排出口压力增加,滑失区间向吸入口偏移;泵吸入口空隙率的增加改变了泵内流体的可压缩性,使得液相滑失速度曲线由线性进化为抛物线型,气相滑失区间向排出口扩散。研究结果为螺杆泵漏失量的计算提供了依据。     

全金属螺杆泵工作特性实验研究

为研究全金属螺杆泵用于人工举升采油的可行性和最佳工作范围,以分段加工全金属螺杆泵为研究对象,通过不同转速、不同压头、不同黏度下,全金属螺杆泵特性室内实验来研究全金属螺杆泵工作特性,为全金属螺杆泵采油系统优化设计提供了最佳转速和合理工况参数。     

全金属单螺杆泵结构优化设计

利用Matlab软件对全金属单螺杆泵的结构参数进行了数值分析,从理论上分析了短幅内摆线等距型和短幅外摆线等距型的线型特点。结合设计实例,对比相应理论性能参数优化设计了全金属单螺杆泵线型和头数;应用ANSYS软件对定、转子做了热力耦合分析,同时建立了全金属螺杆泵的三维流场模型,利用Fluent软件研究了全金属螺杆泵在不同黏度下的泵效随配合间隙的变化规律。分析结果表明,全金属螺杆泵定转子的断面线型选择短幅内摆线等距型更加合理,头数比优选1∶2或2∶3;全金属螺杆泵在热采环境中优势明显,配合间隙考虑在0.10⁰.30 mm之间选取,冷采环境在0.300.30 mm之间选取,冷采环境在0.30⁰.50 mm之间选取,给出了各种黏度下的间隙优选图。该项研究成果对全金属螺杆泵的优化选型有着重要的指导意义。     

滑片式叶片泵漏失模型及敏感性分析

介绍了一种经过改进的,并已在大庆和新疆油田应用的滑片式叶片泵。依据流体力学原理,并利用CFD流体计算软件,在系统分析泵内部复杂泄漏通道的基础上,建立了滑片式叶片泵内部泄漏通道的漏失模型。以实际泵结构、生产参数为例,分析研究了不同间隙、不同黏度、不同转速下,漏失泵效的变化。计算表明:间隙的增大会导致漏失泵效的降低;定转子端面漏失和滑片尖端与定子内壁接触漏失对漏失泵效影响最大;合理地增加转速可以有效地增加泵漏失泵效;该泵对于稠油井具有良好的适应性。     

全金属螺杆泵蒸汽吞吐注采一体化试油技术

试油排液是获得油田开发地层产能数据及参数的常用方法,而对于注蒸汽热采开发稠油井的试油排液,采用常规排液方法存在机抽排液进泵难、水力泵排液热损失大、橡胶定子螺杆泵无法用于高温井举升问题。文章提出了以全金属螺杆泵为核心的注蒸汽、热采一体化高温排液试油技术,设计了一体化排液管柱及热采配套工具,测试分析了不同介质黏度、转速条件下全金属螺杆泵工作性能。通过2口井现场应用表明,全金属螺杆泵最长生产周期达到18个月继续有效,泵效保持在50%以上,工作温度达到380℃,为稠油热采井高温举升、试油排液提供了新技术。     

抽油泵柱塞与泵筒间隙漏失量计算方法的研究

针对原抽油泵柱塞与泵筒间隙压差漏失流量计算方法的不足,依据抽油泵工作过程特点,考虑了泵筒内实际压力变化规律对柱塞与泵筒间隙漏失的影响,建立了柱塞与泵筒间隙瞬时漏失流量和累积漏失液体体积的仿真计算模型。该模型不仅适用于柱塞与泵筒正常间隙漏失的仿真计算,也适用于非正常间隙严重漏失的计算。计算实例表明,随着泵间隙加大,2种计算模型计算结果差距增大,新模型计算结果小于原模型。根据泵筒内液体压力变化规律的仿真模型,可对泵示功图进行仿真,仿真示功图与实测示功图吻合较好。     

抽油泵柱塞和泵筒环隙漏失研究进展及方向

准确预测抽油泵柱塞与泵筒环隙漏失量,对抽油泵间隙的选择至关重要。间隙选择过大,会使抽油泵漏失量增加,严重影响其泵效和油井产量; 间隙过小,虽然漏失减小,但加剧了柱塞与泵筒的摩擦,影响柱塞和抽油泵的使用寿命。基于国内外对抽油泵柱塞和泵筒环隙漏失方程的研究,分析了理论推导法、试验推导法、数值模拟法3种漏失模型的推导方法,阐述了抽油泵柱塞和泵筒环隙漏失量的研究进展。研究结果表明:当间隙<0.127 mm时,柱塞偏心对漏失量影响较小; 当间隙>0.127 mm时,偏心对漏失量影响较大; 剪切漏失量在总的漏失量中所占比重较大,剪切漏失与压差漏失异向时,会出现负漏失。指出了抽油泵柱塞-泵筒环隙漏失方程的发展方向:从试验角度确定剪切漏失和压差漏失的方向; 同时要对特殊抽油泵的间隙漏失模型开展研究。为更好地指导油井的生产,应结合泵效的其他相关影响因素,借助大数据处理分析,获得最佳的泵效。     

软密封柱塞增效抽油泵的研制与应用

针对河南油田部分稀油井产液量低、 动液面低、 柱塞与泵筒间漏失量大、 泵效低的问题, 研制了软密封柱塞增效抽油泵。采用软硬结合的软密封柱塞与金属泵筒作为密封配合副, 在抽汲过程中, 软密封柱塞与金属泵筒之间为零间隙配合, 具有泵效高、 检泵周期短、 防砂、 节能、 深抽功能。截止到２ ０ １ ０年１ ２月, 该技术在河南油田采油一厂共开展现场应用２ ６口井, 工艺成功率１ ０ ０ ％,２ ３口可对比井中, 平均单井泵效提高 ８ ． １ ４个百分点, 累计增产原油２４ ７ ０ｔ     

Viscous flow simulations through multi.lobe progressive cavity pumps

Computational fluid dynamics(CFD) simulations of multi-lobe progressive cavity(PC) pumps are limited in the literature due to the geometric complexity of the pump, which places numerous restrictions on the grid generation process. The present study attempts to alleviate such restrictions by developing a detailed numerical procedure for the numerical simulations of multi-lobe progressive cavity pumps. The profile equations for the multi-lobe configuration at any section at each instant of rotation are presented. A structured grid generation method is developed to generate mesh files required for CFD simulations of multi-lobe PC pumps. Results from the present procedure are validated against single-lobe PC pump numerical results available in the literature. Finally, a numerical parametric study is carried out to investigate the effect of the number of lobes,the stator pitch, the circular fillet and clearance on the volumetric efficiency of PC pumps with viscous oils.     

2种电潜离心泵流场模拟及外特性对比分析

针对目前油田使用的2种不同叶轮和导轮结构的电潜离心泵,采用计算流体动力学方法进行泵内流场模拟。在流量为80～200 m³/d,介质运动黏度为1～40 mm²/s的工况下研究泵的外特性差异。基于FLUENT商业软件,采用标准k-ε湍流模型建立数值仿真模型,分析2种泵的叶轮在不同工况下的流场分布规律,根据速度矢量分布探究静压分布出现的原因。绘制泵的特性曲线,包括扬程、效率与流量的关系,发现泵特性出现变化的工况点与流场分析结果相对应。根据流场模拟结果分析2种泵所适用的工况,结果表明：径向流泵适用于大流量和高黏度工况,混向流泵适用于较低流量和中低黏度工况。研究成果可为不同工况下泵的选择及泵的结构优化提供理论依据。     

口环磨损对离心泵性能的影响及故障诊断研究

为研究如何利用离心泵性能参数变化诊断离心泵叶轮口环磨损导致的泄漏量增加情况,对离心泵口环磨损泄漏量增加导致的装置工作点和离心泵性能参数变化规律进行了分析。分析研究结果表明,口环磨损泄漏量增加导致装置的体积流量减少和扬程降低;离心泵扬程降低,导致叶轮内通过的体积流量增加,离心泵功率变大;泄漏量增加,导致离心泵的效率降低。口环磨损故障案例分析结果表明,利用口环磨损泄漏量增加引起的性能参数变化规律进行离心泵口环磨损故障诊断是可行的。     

低产抽油机井动态参数仿真模型与提高系统效率的途径

综合考虑柱塞运动规律、阀球运动规律、阀隙瞬时流量与油井流入特性等因素的影响,建立了流体进泵规律与泵筒内瞬时压力的仿真模型,以此为依据改进了抽油杆柱纵向振动底部边界条件的仿真模型,进而建立了基于抽油杆柱纵向振动与流体进泵规律耦合的抽油机井示功图动态仿真模型;基于流体瞬时进泵规律,建立了抽油泵充满系数、漏失系数的仿真模型,从而改进了排量系数计算模型。对比仿真结果表明,所建立的系统动态参数仿真模型具有通用性,可以提高低沉没度供液不足油井示功图、排量系数与系统动态参数的仿真精度。仿真优化算例表明：①大泵径、长冲程与低冲数的抽汲参数设计原则仍然适用于低产抽油机井的节能设计,但最低冲数存在界线,同时最低冲数界限也限制了泵径上限;最低冲数界限随泵间隙的增加而增加;②对于严重供液不足油井,通过合理降低冲程与冲数,可以确保在油井产液量下降率低于5%的条件下,使系统效率最高提高近120%;③在油井产液量一定、下泵深度相同的条件下,优化冲程、冲数与泵径组合可以显著提高系统效率,仿真算例的系统效率变化范围为9.43%~17.48%;④在油井产液量与流压一定条件下,综合优化下泵深度、冲程、冲数与泵径可以显著提高系统效率,优化算例的系统效率由10.56%提高到31.49%。     

液压反馈自封高效节能柱塞泵的研究与应用

针对目前采用的柱塞泵摩阻大、漏失大、寿命短等问题，提出了一种新型液压反馈高效节能自封柱塞泵（HSP）。该泵的柱塞芯由中部开有若干个径向槽孔的金属管制成，柱塞上装有一个弹性伸缩套，套在中心筛管柱塞芯上，在弹性伸缩套外面套有若干个耐磨的密封环。上行程时柱塞内部的流体压力作用到胶套内表面上使之向外膨胀，使密封环始终压在泵筒内壁上，形成良好的密封；下行程时弹性伸缩套恢复原状，柱塞和泵筒之间产生间隙。通过有限元力学分析，证明该泵克服了常规柱塞泵摩阻大、效率低、寿命短等不足。室内试验表明该泵实现了下行“无”摩阻，上行自封“无”漏失，专用耐磨环实现了长寿命的目的。现场试验表明，在供液条件充足的情况下，该泵泵效达到60%~80%，可高效节能连续工作2 年以上。     

出砂油井用抽油泵初始间隙的选择

在我国油田的大部分抽油井中 ,抽油泵易损件都受到以石英砂为主的各种形式的磨损 ,而直径≤ 0 15mm的石英砂粒大部分都能通过滤砂器 ,进入油管被抽汲、携带出地面。为了防止砂粒卡泵、减轻砂粒对抽油泵柱塞 -泵筒摩擦副表面的磨损 ,出砂油井用抽油泵初始间隙δ0的选择应以较小间隙为原则。根据泵径和井下泵入口处的井液粘度 ,由公式δw=0 0 133D +0 0 73η计算泵的工作间隙δw。泵工作时 ,工作间隙δw 比初始间隙δ0 增大约 0 0 0 2mm。选泵时 ,泵的初始间隙为δ0 =δ　0w - 0 0 2 mm比较合适 ,热采油井不会发生因温升造成间隙减小而卡泵的现象     

地面驱动单螺杆泵排出口压力计算

在采用节点系统分析方法优化设计地面驱动单螺杆泵采油系统所建立的模型中,需要求得螺杆泵吸入口和排出口压力,以便根据压差重新选择螺杆泵和设计抽油杆柱。在计算排出口压力计算过程中,考虑了由于抽油杆柱旋转引起杆管环空气液两相流摩阻的影响。以GLB40-42型螺杆泵为例,理论和计算数据分析表明,转速和抽油杆直径对流体流动摩阻压降有显著影响,从而为进一步优化设计螺杆泵和抽油杆柱提供了有力依据。     

地面驱动螺杆泵井杆管环空螺旋流数值模拟

目前多数研究将地面驱动螺杆泵井杆管环空中的井液的流动看作多相流体轴向流动,实际上在高速旋转抽油杆带动及螺杆泵压差作用下,环空液体呈现螺旋流动。根据粘性流体运动方程及螺杆泵井井筒液体运动的特点,建立了地面驱动螺杆泵井幂律流体杆管同心环空螺旋流数学模型。运用不均匀对数网格法和有限差分法求其数值解,并对不同的流场参数进行了敏感性分析。计算结果表明,井液的轴向速度、切向速度、合速度及压力梯度随抽油杆转速的增加而增加,视粘度随转速的增加而减少。在设计螺杆泵井转速时,既要考虑增大产量,又要考虑螺杆泵举升高度及寿命。