深井泵气锚分气效率计算方法研究

论文摘要

气锚是深井泵采油中重要的配套井下工具,尤其对高气油比油井的生产,其分离效果的好坏将直接影响泵效和油井产量。本文针对井下气锚分气机理及分气效率进行了探讨性研究,研究了不同类型气锚的结构特性、分气原理;通过对其内流体速度场及气泡受力的分析,推导出简化的气泡分离数学模型,尝试提出了不同类型气锚的理论分离效率的公式;为实现井下气液分离器内流场的数值模拟计算,在气液两相流的基础上,针对不同类型气锚,建立了以液相为连续相、气相为分散相的三维流动模型,确定了相应的控制方程组及方程的离散化方法;应用计算流体力学软件FLUENT对重力式气锚和螺旋式气锚内气液两相流流动进行了数值模拟,得到了气锚内流体的流场分布情况,并对气锚结构参数及操作参数对气锚分气效率的影响进行了敏感性分析。流场仿真结果与气锚内流场分布规律的理论分析基本一致,从而为井下气水分离器的结构参数设计以及工况参数的优选提供了一定理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 气锚的应用情况
• 1.2.2 气液两相流模型的研究进展
• 1.2.3 数值模拟研究进展
• 1.2.4 存在的问题
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 气锚分离机理研究
• 2.1 气锚分气原理概述
• 2.2 常见气锚及其工作原理
• 2.2.1 重力分离型气锚
• 2.2.2 离心分离型气锚
• 2.2.3 其它类型气锚
• 第3章 气锚分气效率研究
• 3.1 垂直环空中气液两相流动规律
• 3.1.1 环空中气液两相流的研究概况
• 3.1.2 环空中气液两相流的流型判别
• 3.2 气锚的分离效率计算
• 3.3 简单气锚的设计计算
• 3.3.1 气锚内外径计算
• 3.3.2 气锚分离室长度计算
• 3.3.3 进液孔尺寸和气帽长度的确定
• 3.4 简单气锚油气分离的简化数学模型
• 3.4.1 气泡分离时的受力情况
• 3.4.2 单个气泡的分离
• 3.5 螺旋式气锚的分离系数
• 3.5.1 单个气泡在螺旋流道内的运动规律
• 3.5.2 螺旋分离系数
• 第4章 油气分离数学模型的建立
• 4.1 气液两相流计算模型
• 4.2 重力式气锚油气分离模型
• 4.2.1 基本假设
• 4.2.2 连续相数学模型
• 4.2.3 分散相数学模型
• 4.2.4 边界条件
• 4.2.5 数值求解方法
• 4.3 螺旋式气锚油气分离模型
• 4.3.1 基本假设
• 4.3.2 湍流模型
• 4.3.3 多相流模型
• 4.3.4 边界条件
• 4.3.5 数值求解方法
• 第5章 气锚油气分离仿真研究
• 5.1 FLUENT 软件简介
• 5.2 重力式气锚油气分离仿真模拟
• 5.2.1 建立几何模型和划分网格
• 5.2.2 模拟计算结果及敏感性分析
• 5.3 螺旋式气锚油气分离仿真模拟
• 5.3.1 建立几何模型和划分网格
• 5.3.2 模拟计算结果及敏感性分析
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢