阀外置式小排量抽油泵的设计及性能仿真分析

论文摘要

目前油田丌采处于中后期,地层供油能力逐年下降,低产油井数量逐渐增多,而油田应用的有杆抽油泵排量较大,出现了油井供液不足、使有杆泵系统采油效率低、能耗大的问题越来越突出。为此开展新型小排量抽油泵的设计、研发对油田低产油井的高效丌采具有重要意义。首先在总结了国内油田低产油井采油技术现状及有杆抽油泵发展趋势基础上,完成了阀外置式小排量抽油泵的总体设计方案,对该抽油泵关键部件泵筒和柱塞进行了受力分析,为该泵的结构设计、强度校核提供基础。然后根据新型抽油泵的工作原理完成了该泵的结构设计,对泵筒、柱塞进行了强度校核,柱塞和泵筒壁厚满足强度要求。在设计中利用ANSYS有限元软件模拟了泵筒密封段内的弹性套筒在内外压差作用下静力学变形情况,根据最大变形值0.126mmm确定了泵筒与柱塞的间隙值,并通过UG软件对新型抽油泵进行了三维建模和虚拟装配,检查了各零件的干涉情况。最后采用仿真方法分析新型抽油泵在低产油井上应用时的综合性能,以及不同抽汲参数对该泵泵效影响情况。首先通过Fluent软件模拟了一种正在低产油井应用的标准抽油泵工作过程,得到该泵两组参数下的泵效值与现场实际泵效值误差分别为9.7%和2.8%,由此证明了该仿真结果的正确性,为模拟求解新型抽油泵泵效的正确性提供了保证。其次模拟了新型抽油泵的工作过程得到其泵效值,通过对比得在相同工作参数下新型泵泵效值比标准泵泵效值有了明显提高,并得到不同冲程、冲次、沉没度变化对该新型泵泵效影响规律。本文设计了一种新型小排量抽油泵,仿真了该泵泵效值,并与一种标准泵泵效进行了比较,得出新型抽油泵在低产油井上应用泵效将有明显提高。这对低产油井的高效开采、降低丌采成本具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景
• 1.2 研究的目的及意义
• 1.3 低产油井采油技术研究现状
• 1.3.1 小型化抽油机
• 1.3.2 间歇采油技术
• 1.3.3 螺杆泵采油
• 1.4 抽油泵的研究现状及发展趋势
• 1.4.1 低摩阻柱塞抽油泵
• 1.4.2 液压反馈自封柱塞泵
• 1.4.3 自封式软柱塞抽油泵
• 1.4.4 抽油泵的发展趋势
• 1.5 论文主要研究内容
• 第2章 新型小排量抽油泵总体方案确定
• 2.1 新型抽油泵设计的技术难点
• 2.2 新型抽油泵方案设计的原则
• 2.3 新型抽油泵总体方案确定
• 2.4 新型抽油泵工作原理
• 2.5 新型抽油泵柱塞运动学分析
• 2.6 新型抽油泵受力分析
• 2.6.1 泵筒受力分析
• 2.6.2 柱塞受力分析
• 2.7 新型抽油泵漏失量计算
• 2.8 本章小结
• 第3章 新型小排量抽油泵的设计
• 3.1 新型抽油泵主要技术参数确定
• 3.2 泵筒总成的设计
• 3.2.1 泵筒的结构及材料
• 3.2.2 泵筒的强度校核
• 3.2.3 泵筒密封段的结构及材料
• 3.3 泵筒密封段有限元分析
• 3.3.1 弹性套筒与密封环受力分析
• 3.3.2 弹性套筒有限元模型的建立
• 3.3.3 模型网格划分
• 3.3.4 边界条件及施加载荷
• 3.3.5 求解结果分析
• 3.4 柱塞总成的设计
• 3.4.1 柱塞总成的结构及材料
• 3.4.2 柱塞强度校核
• 3.5 固定阀总成的设计
• 3.6 新型抽油泵三维建模及总体装配
• 3.7 本章小结
• 第4章 抽油泵仿真模型的建立
• 4.1 Fluent软件简介
• 4.2 抽油泵的泵效
• 4.3 湍流数学模型
• 4.3.1 标准湍流模型
• 4.3.2 控制方程
• 4.4 标准抽油泵仿真模型建立
• 4.4.1 网格划分及边界条件设置
• 4.4.2 仿真计算过程
• 4.4.3 仿真结果分析
• 4.5 仿真结果验证
• 4.6 本章小结
• 第5章 新型抽油泵泵效分析
• 5.1 新型抽油泵仿真模型建立
• 5.2 网格划分及边界条件设置
• 5.3 仿真计算过程
• 5.4 新型抽油泵仿真结果处理及分析
• 5.4.1 冲程变化对泵效的影响分析
• 5.4.2 冲次变化对泵效的影响分析
• 5.4.3 沉没度变化对泵效的影响分析
• 5.5 新型泵与标准泵泵效对比分析
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢