基于FLUENT的抽油泵泵效的仿真研究与优化

论文摘要

随着世界经济的高速发展,能源问题成为各国面临的严峻问题。石油作为当今社会的主要能源,成为各国争夺的对象。石油开采效率的高低直接影响着石油的成本。游梁式抽油系统是目前我国乃至世界石油开采的主要方式之一,抽油泵作为游梁式抽油系统的主要地下设备,其效率高低对整个抽油系统有重要影响。本文利用数值模拟这一先进的实验手段和先进的流体仿真软件FLUENT对抽油泵泵效进行研究,以计算流体动力学(CFD)理论为基础建立了适合泵效研究的数值分析模型,通过仿真数据与试验数据的分析比较,验证了模型的合理性和算法的正确性,利用数值模型研究了在抽油泵的工作过程中,不同抽汲参数对泵效的影响机理,建立了泵效与冲次、上下冲程速比、沉没度、粘度和孔径比之间的函数关系式,并开发了可供工程人员使用的抽汲参数的优化平台。基于计算流体动力学(CFD)理论,建立了抽油泵泵效的数值仿真模型,对数值模型所涉及的网格划分、边界条件设置、材料物理性质设置等一系列关键技术进行了深入研究。通过对试验的模拟仿真计算得出仿真数据,与试验数据的对比分析验证了模型的正确性。在模型正确性得到验证的基础上,对实际工况下,不同抽汲参数对泵效的影响进行了模拟。利用不同参数组合下泵效的变化规律,对各个参数对泵效的影响机理进行了分析,并建立了单个参数与泵效之间的关系式。通过对不同参数同时变化时泵效的变化规律,建立了不同参数与泵效之间的函数关系式,为进一步研究泵效提供了理论依据。利用泵效模拟中得到的泵效与各参数之间的函数关系式,对影响抽油泵的抽汲参数进行优化,编制了抽汲参数优化程序,为工程技术人员针对不同油井优选抽汲参数提供了操作平台。

论文目录

• 目录
• CONTENTS
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 抽油泵泵效研究现状
• 1.2.1 泵效的理论研究现状
• 1.2.2 泵效的试验研究现状
• 1.3 本研究领域存在的主要问题
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第二章 抽油泵泵效研究理论基础
• 2.1 抽油泵泵效
• 2.2 数学模型
• 2.2.1 标准湍流方程
• 2.2.2 控制方程
• 2.2.3 有限体积法
• 2.3 计算流体动力学
• 2.4 FLUENT软件
• 2.5 动网格技术及UDF
• 2.6 本章小结
• 第三章 泵效模型建立
• 3.1 模型建立与网格划分
• 3.1.1 模型简化与建立
• 3.1.2 网格划分
• 3.2 边界条件设置
• 3.3 动边界运动实现
• 3.4 仿真计算过程
• 3.5 模型验证
• 3.6 本章小结
• 第四章 泵效分析
• 4.1 模型设置
• 4.2 仿真结果分析
• 4.2.1 冲次变化对泵效的影响
• 4.2.2 孔径比变化对泵效的影响
• 4.2.3 粘度变化对泵效的影响
• 4.2.4 沉没度变化对泵效的影响
• 4.2.5 上下冲程速比对泵效的影响
• 4.3 数据处理
• 4.4 本章小结
• 第五章 抽油泵泵效优化
• 5.1 抽油设备选择
• 5.2 优化模型建立
• 5.2.1 设计变量
• 5.2.2 目标函数
• 5.2.3 约束条件
• 5.2.4 优化模型
• 5.3 优化思想
• 5.4 程序实现
• 5.5 优化前后结果对比
• 5.6 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表