变流量工况下离心泵内部流场数值模拟分析

利用工程上普遍采用的κ-ε两方程模型和SIMPLE算法,对变流量工况下的离心泵内部流场进行了数值模拟分析,得出了离心泵在不同流量工况下的压力场和速度场分布图,在对变流量工况下的内部流场进行分析比较后认为,泵在靠近额定工况下运行时,流动最为稳定,应确保泵在额定工况下运行。     

电动潜油泵启动特性与运行特性分析

根据现场试验和运行情况，分析了电动潜油泵的启动特性和运行特性。电泵启动时间仅为0．08～0．1s，0．2s达到全速运行，启动时间短，动负荷很大，可能造成泵轴断裂。如果电网电压向上波动，电泵启动时间更短，动负荷更大，泵轴更容易断裂。电泵欠载运行时，机组产生热蠕变，长期运行导致电动机绕组和电缆击穿，电动机功率因数降低。潜油电泵过载运行时，电动机电流增大，铜耗增大，温升增加，长期运行也易导致机组烧毁。建议合理降低电动机端电压，延长电泵启动时间，消除动负荷，降低启动电流，从而保证电动机和泵正常运行。     

低产井潜油离心泵工作特性的分析

对俄罗斯和美国生产的各七种类似的潜油离心泵泵级进行比较。对低产井应用电动潜油离心泵采油的不同特征泵级的使用范围进行了详细分析。     

叶片式混输泵数值模拟及外特性试验

通过数值模拟与性能试验,检验了新一代叶片式混输泵原理机的性能。采用Fluent软件,选用RNGκ-ε湍流模型进行数值模拟,计算得到了混输泵原理机在不同试验工况下5级增压单元的增压以及内流场特性。数值模拟结果表明,含气体积分数小于25%时,混输泵在设计工况增压满足设计要求;在各种含气体积分数条件下,气液分离现象较少,验证了原理机设计方法可行。同时,在不同含气体积分数工况下进行了混输泵外特性试验,分析了含气体积分数对混输泵性能的影响。试验结果表明,混输泵原理机在各种工况下运行平稳,外特性达到了设计要求,从而证明了混输泵设计方法的正确性。     

压裂混砂搅拌装置关键结构分析与流场模拟

混砂搅拌装置性能对压裂技术的实施起着关键性作用。针对混砂搅拌的特点及对压裂混合液的质量要求,确定了压裂混砂设备关键部件中搅拌叶轮和混砂罐的结构设计方法。利用Fluent软件完成了对搅拌罐内部流场的分析,得到了固相体积分数为0.6的混合液在2 s内的压力与密度分布云图,并针对不同固相体积分数对搅拌效果的影响,对搅拌罐搅拌20 s后的内部密度流场进行了数值模拟。分析结果表明,罐内形成了上、下2个流场循环,在交汇处形成了低压区;数值分析计算处罐中混合密度与理论分析结果比较接近;固相体积分数为0.6的混合液搅拌罐底部密度大部分区域较理论值偏小,固相体积分数为0.4和0.2的混合液搅拌罐底部较大部分区域的密度与理论值偏大。结构分析以及数值模拟验证为混砂搅拌装置的设计提供了理论依据。     

潜油电泵特性曲线修正及宏观控制图应用

为了通过宏观控制图准确描述潜油电泵井泵排量的合理度,消除实际抽汲时流体中含自由气或含水的影响,提出根据油层产出流体的性质对泵的特性曲线进行黏度修正和含气修正,并根据修正后的电潜泵特性曲线确定出符合实际流体条件的泵排量上下限,进而确定出泵排量合理度的方法。通过对比分析证明,考虑特性曲线修正后的电潜泵宏观评价结果更加符合油井的实际工况,对指导油井日常管理具有重要意义。     

一种增油器内部流场的三维数值模拟

对一种超强防蜡、防垢、降粘增油器的结构进行了说明，利用计算流体动力学及其仿真软件Cosmosfloworks对增油器内部流场进行了紊流数值模拟，并得出射流发生器、涡流导流槽和涡流喷射器等处的流场分布，定量地说明了增油器的增油原理。     

带接箍水平油套环空流场特性模拟与试验

环空压耗的准确预测在深井、超深井钻完井中具有重要意义。环空流场特性研究是环空流动压耗预测的理论基础。为了揭示带接箍水平油套环空的流场特性及其影响规律,建立了不同结构的带接箍水平油套环空流动模型,采用Realizable k-ε湍流模型进行了流场的数值模拟,并开展了基于粒子图像测速技术(PIV)的流场可视化试验。对比分析了缩扩比和排量对环空流场流线分布、速度分布、压耗以及涡量分布的影响,得到了带接箍水平油套环空的流场特性及其影响规律,初步探索了压耗产生与涡旋之间的关系。搭建了可视化的带接箍水平油套环空流场测试试验装置,验证了数值模拟的准确性。研究结果表明：带接箍水平油套环空流场在突缩入口处、后向台阶处出现回流区;缩扩比、排量主要影响了后向台阶处的流场特性,对前向台阶处的流场特性影响较小;随着缩扩比的增大,环空流场的回流区范围减小,压耗减小,涡量值减小;随着排量的增加,环空流场的回流区范围增大,压耗增大,涡量值增大。研究结果可为变截面环空流场研究提供参考,为环空压耗预测提供理论基础。     

全金属单螺杆泵外特性的数值模拟及试验研究

应用Fluent软件,选用三维瞬态湍流动网格模型对双头全金属单螺杆泵做了外特性的数值模拟分析,得到轴功率、流量以及泵效随增压值的仿真变化曲线。对该泵外特性做了试验研究,给出了试验外特性曲线,对比分析了全金属单螺杆泵与常规橡胶衬套单螺杆泵的外特性。分析结果表明,基于Fluent的数值模拟方法能够准确模拟该泵实际外特性;随着增压值的增大,流量近似线性减小,轴功率近似线性增大,泵效先增大后减小,存在最优工作区间;介质黏度对泵的流量特性影响显著,相比常规螺杆泵,不存在硬特性。     

潜油电泵井功率预测及影响因素分析

潜油电泵泵效相对较低、能耗较大,准确预测潜油电泵功率对指导设备选型和现场电网配置等具有重要意义。分析了原油黏度对潜油电泵系统和耗电功率的影响以及影响潜油电泵实际耗电功率的主要因素。当原油黏度增大时,所需泵耗电功率增加;潜油电泵工作特性和变频情况是影响其耗电功率的主要因素,导致部分井实际耗电功率与预测结果偏差较大。基于能量守恒原理,推导了潜油电泵系统耗电功率的预测方法,结果表明,与现场实际耗电功率对比,该套预测方法的符合率较高,可以为潜油电泵能耗计算以及合理选泵设计提供依据。     

潜油电泵测试装置及其应用

潜油电泵测试是保证机组下井合格的重要手段。通过介绍测试装置的组成和功能,让使用者从理论上进一步了解该系统,以指导该装置操作和维护工作。     

多级离心泵内动静干扰流场的数值模拟

为了分析离心泵内动静干扰作用和压力脉动特性,基于Fluent软件并运用滑移网格技术求解了三维非稳态Navier-Stokes方程和标准的κ-ε湍流方程,并对内部流场进行了多工况非定常数值模拟。计算得出了离心泵的性能曲线,还得到了内部的压力和速度分布以及在不同流量下的压力脉动时域和频谱特性。计算结果表明,叶轮出流因受到导叶叶片头部的阻挡干扰,导致局部流体出现涡流;各工况下离心泵内压力脉动呈明显的周期性变化规律;叶轮与导叶间动静耦合处的压力脉动主要受叶频的影响,叶频是流道内压力脉动的主频;不同流量下主频相同,但主频振幅稍有不同;旋转叶轮与静止导叶间的动静耦合作用是压力脉动的主要来源。     

潜油电泵导叶轮流道检测仪的研制

潜油电泵以它特有的深抽、大排液量、经济有效的采油特点成为油田中后期增加产量的重要手段之一。作为潜油电泵重要组成部分的导叶轮，其流道的畅通情况直接决定了潜油电泵的排量。目前，在油田的实际应用中，还没有快速准确地检测导叶轮流道的方法。文章叙述了潜油电泵导叶轮流道检测仪的设计原理、结构及功能，并对检测结果进行了分析。     

潜油电动机启动过程对油管的振动影响分析

潜油电动机启动过程会引起举升油管的扭转振动。建立了电潜泵和油管柱组合系统较精确的振动模型,通过构建潜油电动机启动过程的仿真模型,得出不同工况下举升油管的运动规律。实例仿真结果表明,潜油电动机启动时冲击电流会达到稳态电流的20倍左右;同时表明,潜油电动机启动过程中,油管的转角始终处于上升阶段,当电动机稳态运行时,油管转角先处于上升阶段,然后做类似正弦波的周期运动,且在每一个振动周期中转角的最小值为一定值。     

不同形状叶轮对潜油离心泵内数值流场的影响

对具有不同形状叶轮的潜油离心泵进行数值流场分析和研究,在Pro/E中建立三维几何模型,将模型转入GAMBIT进行网格划分,再利用Fluent软件模拟2种不同形状离心泵叶轮的三维流动。结果显示出离心泵内的压力场、速度场和湍流强度等情况,对比了不同形状叶轮对潜油离心泵内数值流场的影响,为其设计选型及改良提供了可靠依据。     

PDC钻头旋转流场与非旋转流场的模拟对比研究

在钻井过程中,当地层较软且含有大量黏度较高的物质时,如果不能及时排出岩屑,容易产生泥包,从而降低钻头钻速。对PDC钻头的旋转流场与非旋转流场进行数值模拟仿真,并通过DPM模型模拟岩屑在井底的运移。研究表明:岩屑的运移轨迹在旋转流场与非旋转流场的环空部位存在明显差异;旋转流场岩屑侵蚀刀翼背部较多,非旋转流场岩屑侵蚀齿面较多;刀翼冠部区旋转流场的速度相比非旋转流场的速度较小,刀翼内锥区旋转流场的速度相比非旋转流场的速度较大。     

含不同粒径混合砂粒离心泵固液两相流数值模拟

采用RNGk-ε液相湍流模型,应用欧拉方法对离心泵进行混合砂粒的固液两相流数值模拟,分析了叶轮流道速度变化、压力分布及混合砂粒对离心泵性能的影响。结果表明:随着砂粒体积分数的增加,流道速度增加;在相同工况、相同均值粒径下,离心泵扬程、效率随着砂粒体积分数的升高而降低;在相同体积分数下,离心泵扬程、效率随着砂粒均值粒径的增加而降低。     

基于流固耦合的尼龙网流场特性及变形分析

考虑到柔性网衣在水流作用下易发生变形,会造成网箱有效体积减小并伴随网衣撕裂风险,因此研究网衣周围流场变化及网衣变形特性具有重要意义。基于剪应力SST k-ω湍流模型,结合ANSYS Workbench的单向流固耦合(Fluid-Solid Interaction, FSI)方法,将网衣所受压力作为输入载荷施加在平面网表面,研究在不同流速、网衣密实度和攻角情况下平面尼龙无结网衣的流场特性,对大变形非线性网衣结构的有限元模型进行分析。结果表明基于FSI的单向耦合数值模拟用于平面网衣变形及流场特性分析具有可行性,网衣造成的流速降低现象在不同攻角条件下的差异较明显。得到网衣水动力系数在不同流速、网衣密实度和攻角下的变化情况,以及平面网的等效应力分布特点和变形随攻角变化的特性,发现从网衣中心网线至边缘位置网线处的应力由大逐渐变小,最终在网线固定端附近发现应力最大位置。     

离心式空气压缩机叶轮内湍流的数值模拟

应用粘性标准两方程湍流模型、三维雷诺时均N-S方程,采用非定常数值模拟方法,研究了带分流叶片离心式空气压缩机叶轮内部的流场分布情况。研究结果表明,压力面的静压大于相应位置吸力面的压力,最大静压位于压力面后缘;最大相对速度位于叶片入口,长叶片吸力面有回流现象,短叶片对遏止回流有明显作用;长叶片压力面前缘压力非定常波动最严重,后缘其次,叶片中部的压力波动最弱。该项研究成果可应用于叶轮结构的优化设计及指导叶轮的再制造。