液压增压单井增注系统理论研究及优化

论文摘要

液压增压单井增注系统采用供水干线的水压作动力源,利用活塞面积差实现增压注水,运行稳定可靠,费用低,具有较好的经济技术指标。研究了组成液压增压单井增注系统各元件的结构、工作原理以及系统各参数的计算方法;建立了系统和蓄能器的数学模型和仿真模型,利用MATLAB中的SIMULINK软件包分别对未加蓄能器和加蓄能器的系统进行了动态仿真,说明了蓄能器对于系统工作稳定性的意义;研究了两种常规结构的插装阀,即阀芯为锥形的插装阀和阀座为锥形的插装阀,首先应用计算流体力学(CFD)专用软件Fluent的后处理器软件Gambit建立了插装阀的三维物理模型并对其进行了网格划分,然后利用Fluent对两类插装阀分别进行了三维稳态和动态数值模拟,分析了两类插装阀的速度场和压力场以及每种插装阀在不同开度下的速度场和压力场的变化情况;在对两种类型插装阀模拟和分析的基础之上,对插装阀进行了结构优化,提出了两种优化模型并对其进行了数值模拟,给出了流场可视化的计算结果并通过比较阀座为锥形插装阀和两种改进的插装阀的压力损失、流量系数、阀芯受力等参数,说明了优化效果。在中原油田采油三厂和文明寨油田的配合下,在10号注水站进行了现场试验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究内容
• 第二章 液压增压单井增注系统的工作原理
• 2.1 增压系统的结构与工作原理
• 2.2 由插装阀控制的增压系统的工作原理
• 2.2.1 二位四通机能的插装阀组
• 2.2.2 插装阀式单向阀组
• 2.2.3 先导式溢流阀
• 2.3 增压系统自动换向装置研究
• 2.3.1 增压系统自动换向装置的分类
• 2.3.2 增压系统中各类自动换向装置的分析和比较
• 2.4 液压增压单井增注系统参数的确定
• 2.4.1 系统工作压力的确定
• 2.4.2 液压缸的载荷分析
• 2.4.3 液压缸的主要结构尺寸及增压比
• 2.4.4 液压增压单井增注系统的驱动流量
• 2.4.5 液压增压单井增注系统的输出功率
• 2.4.6 增压系统管道尺寸及插装阀通径的确定
• 2.4.7 液压附件的设计及液压系统液流阻力计算
• 第三章 液压增压单井增注系统的动态仿真
• 3.1 SIMULINK软件简介
• 3.1.1 SIMULINK标准模块库
• 3.1.2 SIMULINK的应用及主要特点
• 3.2 拉氏变换与反变换
• 3.2.1 拉氏变换的定义
• 3.2.2 拉氏变换的主要运算定理
• 3.3 传递函数
• 3.3.1 传递函数的定义
• 3.3.2 典型环节的传递函数
• 3.4 基于SIMULINK的增压系统的动态仿真
• 3.4.1 未加蓄能器的增压系统的动态仿真
• 3.4.2 加蓄能器的增压系统的动态仿真
• 3.4.3 比较
• 第四章 插装阀内流场的数值模拟与仿真
• 4.1 概述
• 4.2 控制方程及 Gambit 建模
• 4.2.1 控制方程
• 4.2.2 Gambit建模及网格划分
• 4.3 阀芯为锥形插装阀流场的数值模拟
• 4.3.1 几何模型
• 4.3.2 阀芯为锥形插装阀流场的稳态仿真
• 4.3.3 阀芯为锥形插装阀流场的动态仿真
• 4.4 阀座为锥形插装阀流场的数值模拟
• 4.4.1 几何模型
• 4.4.2 阀座为锥形插装阀流场的稳态仿真
• 4.4.3 阀座为锥形插装阀流场的动态仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 插装阀的结构优化
• 5.1 改进的插装阀模型1 内流场的数值模拟
• 5.1.1 几何模型
• 5.1.2 改进的插装阀模型1 内流场的稳态仿真
• 5.1.3 改进的插装阀模型1 内流场的动态仿真
• 5.2 改进的插装阀模型2 内流场的数值模拟
• 5.2.1 几何模型
• 5.2.2 改进的插装阀模型2 内流场的稳态仿真
• 5.2.3 改进的插装阀模型2 内流场的动态仿真
• 5.3 不同结构插装阀的压力损失
• 5.4 不同结构插装阀的流量系数
• 5.5 不同结构插装阀阀芯受到的轴向力
• 5.6 本章小结
• 第六章 现场试验
• 6.1 文明寨油田注水现状
• 6.2 注水水质概况
• 6.3 现场试验
• 6.3.1 试验目的
• 6.3.2 试验数据
• 6.3.3 试验结果分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢