煤层气直井排采防煤粉有杆泵的设计研究

论文摘要

目前我国煤炭资源供应已经开始紧张，而开采煤炭时煤层气未能得到合理利用，这是一种巨大的损失。煤层气是近一二十年在国际上崛起的洁净能源原料，作为常规天然气的接替能源之一。如果能合理利用这些煤层气，既能缓解能源供应紧张，又能减少采煤时甲烷的排放量，从而保护了臭氧层、减轻了温室效应。再者，如果能在采煤之前先采出煤层气，就可以使生产中的瓦斯涌出量降低70%到85%，从根本上防止了瓦斯事故。但是长期以来,国内尚无专门开采煤层气的排采设备，也没有对此展开系统全面的研究。沁水盆地南部地区，已初步形成我国第一个规模较大的煤层气开发利用试验区，针对沁水盆地南部煤层气特点，及目前排采中存在的问题进行以下优化设计：（1）排采设备优化设计依据排采井的基本动态生产规律，以低成本为目标选择3种常用的排采设备进行分析计算，用模糊评判方法对所选的排采设备进行分析评判，最终优选出1～2种低成本排采设备。（2）排采工作制度优化设计根据所选的排采方式，使用优化设计软件针对煤层气排采井的产能大小和生产条件设计合理的排采工作制度，以保证排采井能长期稳定生产。（3）生产管柱优化设计针对沁水盆地南部高阶煤的特点，对排采井产出的煤粉砂粒进行粒度分析实验，为使分析结果有代表性，分析5～10井煤粉样品10～20个。根据分析结果，优化设计排采井的排采管柱。（4）防煤粉排采泵优化设计研制特殊的井下防煤粉排采泵2台并进行1～2口井现场试验，从泵体结构上进行防煤粉防砂设计，减少煤粉排采泵事故，另外使排采井的排采时间达到180天以上，降低排采成本。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外排采技术现状调研
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 排采设备优化设计
• 1.2.4 排采制度优化设计
• 1.2.5 煤粉砂粒粒度分析实验
• 1.2.6 防煤粉卡小排量排采泵研究
• 1.3 本文的研究背景
• 1.3.1 目的意义
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.2.1 主要研究内容
• 1.3.2.2 项目完成后达到的技术指标
• 1.3.2.3 技术路线
• 1.3.2.4 技术关键
• 第2章 排采优化设计及分析
• 2.1 地面排采设备优化设计
• 2.1.1 沁水盆地南部煤层气排采设备评价因素分析
• 2.1.2 抽油泵柱塞的可靠性分析
• 2.1.2.1 评价指标体系的确定及其结构
• 2.1.2.2 多目标多级模糊综合评价
• 2.1.2.3 评价过程及结论
• 2.1.3 煤层气排采设备优选
• 2.2 排采制度优化设计
• 2.2.1 有杆泵排采设备的选型
• 2.2.1.1 有杆泵排采设备选型理论依据
• 2.2.1.2 抽油机选型图绘制约束条件
• 2.2.1.3 抽油机选型图绘制方法
• 2.2.1.4 有杆泵排采设备的选择方法
• 2.2.2 抽油杆的选择
• 2.2.2.1 单级抽油杆柱设计
• 2.2.2.2 多级组合抽油杆柱设计
• 2.3 煤粉粒径分析
• 2.3.1 分析试验设备
• 2.3.2 试验方法
• 2.3.2.1 SFY-D 筛分粒度仪试验方法
• 2.3.2.2 Mastersizer 2000 激光粒度分析仪试验方法
• 2.3.3 试验结果及分析
• 第3章 防煤粉排采泵的研制
• 3.1 设计原则
• 3.2 结构组成
• 3.3 技术参数
• 3.4 适用范围
• 3.5 排采泵的工作原理及性能特点
• 3.5.1 工作原理
• 3.5.2 特点
• 3.5.2.1 防埋
• 3.5.2.2 防卡
• 3.5.2.3 防磨
• 3.5.2.4 泵效高
• 3.6 设计计算
• 3.6.1 基本参数的确定和理论排量的计算
• 3.6.2 防卡结构的设计计算
• 3.6.3 环空截面积的计算
• 3.6.4 双通接头过流面积计算
• 3.6.5 强度计算
• 3.6.6 锁爪入脱卡力及强度计算校核
• 3.7 中间试验
• 3.7.1 长柱塞、短泵筒的防卡性能试验
• 3.7.2 柱塞通过泵筒性能试验
• 3.7.3 阀球与阀座的密封性能试验
• 3.7.4 泵总成密封和承压强度试验
• 3.7.5 间隙漏失量试验
• 3.7.6 锁爪入卡、脱卡力试验
• 3.7.7 双筒接头焊缝承压性能试验
• 3.8 存在问题
• 结束语
• 参考文献
• 攻读硕士期间完成的学术论文
• 致谢