面向油田高压注水的磁力传动增压系统的研究

论文摘要

油田注水是保持油层压力、降低原油递减率的主要措施,注水泵机组是油田注水的关键设备。目前,胜利油田应用的注水用泵主要有多级离心泵和高压柱塞泵两种。现有多级离心泵存在以下问题:一是排量较大,扬程相对较低,不能满足某些区块小排量、高扬程的注水要求;二是由于其轴端的密封形式主要是机械密封,要实现增压注水比较困难。而适用于增压注水的高压柱塞泵虽然有扬程高、排量小的特点,但其柱塞密封存在可靠性低、工作寿命较短的严重缺陷,在国内油田只有少量用于现场。磁传动式增压注水泵的研制是根据胜利油田注水工艺的生产实际需要提出的,目的是为了解决现有多级离心泵和高压柱塞泵存在的问题,将磁力传动技术成功用于油田增压注水。本文首先应用传统电磁学分析理论给出磁转矩及磁场力的近似计算公式,然后结合设备现场的工艺要求、使用条件等进行专用磁力传动器的结构设计,并应用有限元分析软件ANSYS针对90kW磁力传动器展开分析、计算,从而验证了传统电磁设计方法的准确性,又通过ANSYS软件在电磁场分析上的特有功能,对磁力线、磁通密度等方面进行比较,得出主要设计参数与磁场之间的关系。还完成了与之匹配的多级离心泵的设计,又通过室内试验检验了整个磁力传动增压注水系统设计的合理性及可靠性。最后总结了该产品在现场推广使用情况,提出了下一步工作的设想及展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 油田采油与注水工艺
• 1.1.2 油田注水常用增压注水泵的结构形式
• 1.1.3 油田常用注水泵型存在的问题
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2.1 课题研究的目的
• 1.2.2 课题研究的意义
• 1.3 国内外磁传动技术的现状与发展趋势
• 1.3.1 国外增压注水设备研究现状
• 1.3.2 国内外磁传动技术发展趋势
• 1.4 课题主要研究内容
• 1.4.1 主要性能指标
• 1.4.2 主要研究内容
• 第二章 磁场主要参数计算及专用磁力传动器设计
• 2.1 磁场主要参数计算
• 2.1.1 圆筒形磁力传动器的结构、尺寸代号
• 2.1.2 磁转矩计算
• 2.2 磁力传动器的设计
• 2.2.1 结构设计
• 2.2.2 磁力传动器磁路设计及参数确定
• 2.2.3 轴承设计
• 2.2.4 隔离套的设计与计算
• 2.2.5 90kW 磁力传动器设计实例
• 2.3 磁力传动器损坏原因分析及使用中应注意的问题
• 2.3.1 磁力传动器损坏原因分析
• 2.3.2 磁力传动器使用中应注意的问题
• 第三章 磁力传动器电磁场的有限元分析
• 3.1 电磁场分析计算的主要过程
• 3.2 专用磁力传动器磁场分析
• 3.2.1 传统电磁计算与ANSYS 计算的比较
• 3.2.2 最佳磁极数的分析与确定
• 3.2.3 最佳永磁体厚度的分析与确定
• 3.3 ANSYS 在90kW 磁力传动器改进设计上的应用
• 第四章 磁传动式增压注水泵机组的结构设计
• 4.1 磁传动式增压注水泵机组
• 4.1.1 结构特点
• 4.1.2 工作原理
• 4.2 专用多级离心泵结构原理简介
• 4.3 主要技术问题的处理方法
• 4.3.1 离心泵功率、级数、扬程的选择方法
• 4.3.2 轴向力的平衡——止推轴承设计计算
• 4.4 主要性能参数
• 4.5 技术关键
• 第五章 机组的运转性能参数测试
• 5.1 试验的目的
• 5.2 磁传动式增压注水系统的设计指标
• 5.3 室内性能试验
• 5.4 室内试验结果
• 5.4.1 CCDB50/15 型磁传动增压注水泵
• 5.4.2 CCDB200/15 型磁传动增压注水泵
• 5.4.3 最大完成样机
• 5.4.4 测试结果与设计指标对比分析
• 第六章 现场应用及经济效益分析
• 6.1 现场应用
• 6.2 经济效益分析
• 第七章 总结与展望
• 7.1 主要工作总结
• 7.2 结论
• 7.3 改进设想或下一步工作打算及展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文