喷射泵井工况诊断与调参技术研究

为了使喷射泵工作在最优工况，提高喷射泵采油系统的效率，给出一种根据地面测试数据推断喷射泵井工况并同时计算油井产能的方法，地面测试参数包括动力液和混合液的压力、流量、温度等，采用多相垂直管流的计算方法由地面测试数据得到井下动力液泵入口处和混合液泵出口处的流量、压力和温度，用喷射泵在非等密度体系中的特性方程计算得到喷射泵工作的压力比，由压力比计算得到泵吸入口处的压力，这样，就可以计算出诊断喷射泵井工况所需要的压力比，注量比和泵效等工况参数，泵吸入口压力还可用来计算油井的产能曲线，用这种方法对喷射泵系统进行工况诊断仅需在地面测试数据，避免了测试井下数据的困难，测试过程不需停泵，文中论述了喷射泵井生产系统主要故障形式和诊断方法，并给出了两口油井的诊断实例。     

蒸汽喷射泵举升稠油参数设计

应用气液两相流理论与传热学原理,建立了蒸汽喷射泵采油井井筒和油套环空中流体流动及传热耦合模型,以渐缩式喷嘴中蒸汽流动规律为基础,建立了以湿饱和蒸汽为动力液的喷射泵举升特性方程,应用节点分析方法,以井下喷射泵出口为求解点,形成了一套完整的蒸汽喷射泵采油工艺参数设计方法.计算结果表明:喷嘴喉管面积比相同时,引射系数增大,泵排出口压力降低;引射系数相同,减小面积比,泵排出口压力降低.     

利用漏失曲线计算抽油机井悬点静载荷

抽油机井示功仪测试的上、下漏失曲线反映了抽油杆在静止状态下的受力.本文提出了利用漏失曲线计算悬点静载荷的方法,分析了上、下漏失曲线的载荷组成;建立了测试上、下漏失曲线时抽油杆的受力平衡方程;通过对方程的分析,得到抽油杆自重、泵出口压力、液柱载荷以及抽油杆所受浮力的计算公式.分析了用传统方法计算抽油杆柱自重和泵出口压力时产生较大误差的原因.该方法测试数据简单,计算结果更符合实际.所得到的参数对油井工况诊断和油井工艺方案设计具有重要作用.     

液力反馈泵井悬点静载荷的测试与分析

抽油机井示功仪测试的上、下漏失曲线反映了抽油杆在静止状态下的受力,针对于液力反馈泵井的上漏失曲线的栽荷值由抽油杆柱自重、液柱栽荷、井口油压产生的载荷和沉没压力的作用力等组成,由液力反馈泵的工作原理得下漏失曲线的载荷值与上漏失曲线值是相近似的。在这些载荷中,只有井口油压引起的载荷与沉没压力产生的作用力可以通过计算准确获取。本文建立了测试上、下漏失曲线时抽油杆的受力平衡方程,并通过对方程进行分析。得到抽油杆自重、泵出口压力、液柱载荷的计算公式,并分析了用传统方法计算抽油杆柱自重和泵出口压力时,计算误差较大的原因。该方法测试数据简单,所得到的参数对液力反馈泵井工况诊断和油井工艺方案设计具有重要作用。     

定向井抽油杆柱纵横振动模型及其诊断

提出了用于分析定向斜半抽油杆系统工况的新的三维模型，建立了有杆泵系统动力模型的基本方程和数值求解方法，应用微分几何和变分原理，将杆柱的动力方程表示成一组耦合的偏微分方程及相应的边界条件，由此建立的计算程序可以完成对定向井井下工况诊断和地面工况的预测，实例计算结果与现场实侧结果能较好吻合，并通过实例计算讨论了用直井模型分析定向井所带来的较大误差。     

基于供排协调的抽油机采油井智能控制系统

抽油机采油井的产量取决于油井产能和抽油泵排量两个方面。根据抽油机井采油供排协调原理,分析油层子系统向井底的供油能力和抽油机采油子系统排出能力之间的协调关系,建立了以保持恒定泵沉没压力为限定条件的供排协调冲次自动调节模型。采用油井工作状况实时监测数据,计算得到沉没压力。根据与设定沉没压力比较的差值大小调节电机供电频率,自动控制冲次,实现油井恒定泵沉没压力条件下的供排协调,从而使采油系统自动适应产能变化,使油井处于稳定生产状态。采用研究的技术能够实现稠油热采井、二氧化碳吞吐井等产能变化油井智能自动调参生产。该技术在油田现场进行了试验,对油井应用实例进行了分析。     

水力射流排砂泵选型方法研究

应用最优化技术,在确定井的产能、井下装置类型、管柱尺寸和动力液介质等后进行射流泵设计计算,以选择合适的、效率最高的射流泵,为射流泵的选型提供了依据。     

不同抽油机井系统效率计算模型研究与节能效果

为降低油井生产能耗和提高系统效率,油田应用了多种新型节能抽油机,但缺乏节能抽油机特性与节能效果及其选型理论的研究。为此,基于常规游梁式抽油机、异相型抽油机、调径变矩抽油机、异型抽油机和皮带式抽油机的工作动态特性,建立了不同抽油机的油井地面效率计算模型,并运用抽油杆柱纵向振动的一维有阻尼波动方程,以悬点运动规律和井下泵的受力状况为边界条件,建立了抽油机井地面功图与泵功图的计算模型;井下举升效率和系统效率计算模型。研究不同抽油机井的系统效率和节电率,分析了不同井液黏度和不同下泵深度对抽油机井系统效率的影响。结果表明,与常规游梁式抽油机相比较,其它四种抽油机都能达到提高系统效率和节电节能的目的,其中皮带式抽油机的系统效率为最高,相对于常规游梁式抽油机井提高9.06%,节电率为22.36%;随着井液黏度的增大,油井生产系统效率均降低,皮带式抽油机井的下降幅度较小,适合于稠油井的应用;抽油机井存在油井生产系统效率最高的合理下泵深度(或合理沉没度)。     

潜油电泵油井工况诊断技术通过技术鉴定

我校开发系张琪教授等与胜利石油管理局无杆采油泵公司合作完成的“潜油电泵油井工况诊断技术研究”项目。于1993年3月25日通过胜利油田科委组织的技术鉴定.该技术建立了一套潜油电泵油井工况诊断和油井生产系统优化设计的理论模型和方法.首次建立了考虑电缆及井下机组增温效应的潜油泵井温度场计算的理     

游梁式抽油机悬点负载耦合动力学建模

建立了描述游梁式抽油机悬点负载动态特性的耦合动力学模型.采用多自由度的弹簧-质量-阻尼器机械动力学系统描述抽油杆柱振动特性.综合考虑有杆泵抽汲过程中泵腔内气体可压缩性、泵腔压力变化、泵阀局部阻力等因素的影响,建立了泵腔压力、进泵流体流量、泵腔内液体体积与柱塞运动之间相互关系的数学模型,得到一组描述有杆泵动态抽汲过程的新模型,确定了求解抽油杆柱振动模型的井下边界条件.采用时步有限元方法对所建杆-泵耦合动力学模型进行仿真计算.油田现场应用表明,所建模型具有较高精度,可用于抽油井负荷、泵效、扭矩和平衡度等工况参数预测及故障诊断.     

前混合磨料水射流连续加料系统设计与实验研究

针对现有前混合磨料射流系统不能实现磨料连续供给的问题,提出利用射流泵原理抽吸和混合磨料实现连续加料的新思路,即利用有压水从射流泵喷嘴以一定速度喷出而引起的负压场卷吸磨料进入射流泵内的混合腔,并与水混合后经喉管和扩散管进入高压胶管,最后经切割喷嘴加速后喷出,形成连续磨料水射流。为使系统性能最优,分析了连续加料系统的结构组成及工作原理,并设计了系统的结构与尺寸;运用数值模拟方法对影响连续加料与射流性能的主要因素——切割喷嘴与射流泵喷嘴面积比进行优化设计,分析了其对系统性能的影响规律,确定了其最优取值范围;通过室内压力测试、连续加砂及切割试验对系统性能进行了验证,结果表明,在合适的面积比结构下,该连续加砂系统在磨料入口能形成负压及足够的压力梯度,将磨料吸入并加速,且在切割喷嘴端仍然保留足够的静压转化为动能,实现前混合磨料水射流的连续高效作业。     

蒸汽喷射制冷系统喷射器工作特性的实验研究

为确定喷射器的工作特性,评估数值模型计算精度,完善喷射泵抽气理论,构建了小型水蒸气喷射制冷实验系统.实验研究了水蒸气喷射泵性能与工作蒸汽压力、被抽蒸汽压力、背压的关系.实验结果表明,随着工作蒸汽压力的上升,被抽蒸汽流量和引射系数均呈先升高,达到最大值后下降的趋势.随着被抽蒸汽压力的升高,被抽蒸汽流量和喷射器引射系数均增加.在一定背压范围内,喷射器引射系数保持不变,当超过临界背压后,引射系数急剧下降.研究结果对于了解喷射泵抽气特性、改进喷射泵结构和性能优化有参考价值.     

亚临界气体喷射器的设计计算

计算气体压缩喷射器可达到喷射系数的研究已很成熟，但对亚临界气体喷射器可达到喷射系数，大多采用气体喷射压缩器的方法进行计算。针对亚临界气体喷射器的特性，给出了3种计算方法：气体喷射压缩器计算方法；喷射泵计算方法；气体喷射器计算方法。研究表明：对膨胀比和压缩比都小于临界压力比的亚临界气体喷射器，膨胀比较大时，工作介质的弹性影响不能忽略；压缩比较小时，引射介质的弹性影响应该忽略；进而得出在膨胀比和压缩比都接近临界压力比时，适宜采用把工作介质视为弹性，引射介质视为非弹性的气体喷射器计算方法：而在膨胀比和压缩比都非常小且接近于1时，应该采用把工作介质和引射介质都视为非弹性的喷射泵计算方法。     

一种喷射泵系统装置和工艺参数的优化匹配方法

以喷射泵系统在给定的工作条件和井底流动压力变化范围内,在满足生产要求的前提下,平均工作效率最高为目标函数,取喷嘴—喉管面积比、地面泵功率和压力、油管尺寸共四个设计变量,从喷射泵复杂的迭代计算过程中确定出气蚀、系统工作性能等限定的十二个约束条件,建立系统优化模型。用约束非线性混合离散优化方法对喷射泵系统装置进行优化匹配。该优化匹配方法可为工程前期系统装置的总体规划和匹配提供理论依据。     

基于Galerkin有限元方法的射流泵流场数值模拟

以原参数形式的Navier-Stokes方程为基础,采用Galerkin有限元迭代解法和时间推进解法,在Baldwin-Lomax二层代数湍流模型下,对射流泵内部轴对称流场进行数值模拟,求解过程中引入波阵解法,提高了计算效率;采用混合插值函数避免了压力振荡;采用简化迎风有限元技术,避免了解的非物理振荡和发散,以大峡大电站顶盖排水射流泵为实例进行计算分析,得到了全流场的速度、压力分布,与实验结果基本一致。     

页岩气井射流泵排水采气工艺下泵深度优化设计

为了恢复页岩气井的正常生产,本文通过提出一种新型射流泵排水采气工艺设计思想,该设计是以常压高气液比页岩气井的产气量能够满足携液要求时的井筒动液面为分析目标,从气井产能和临界携液流量两个方面进行分析,研究确定射流泵的下深。该工艺在XX区块XX井开展了现场试验,措施后页岩气井的平均日产气量为14.86×104m3,平均日产液量12.39m3,现场生产结果表明：本设计对XX区块常压高气液比页岩气井射流泵的下入深度的确定提供了新的理论指导。     

射流附壁振荡器能效分析与提升

通过分析、数值模拟和实验考察,揭示出射流附壁振荡器的能量损失大部分源于激励流的总压不足和持续性差.依靠主射流分流反馈激励的各种自激励方式皆无法达到较理想效果.提出并验证了从外调制引入与主射流同源的高总压气体作为激励流,是大幅提升附壁振荡器能效的有效方法.数值模拟和实验结果表明,新型外激励振荡器具有很高的能效指标,膨胀比为2的情况下,总压保持率K可达85%,尺寸参数和激励流量优化后可高达90%,远高于音波式自激励振荡器的75%和反馈式振荡器的65%的水平,且其振荡频率易控.     

蒸汽喷射泵稠油举升参数优选

蒸汽喷射泵是以水蒸汽代替普通喷射泵的动力液为原油举升提供能量,并可用来提高井筒内原油的温度。根据热力学原理和井筒举升理论,研究了井底流压和喷射泵喷嘴组合变化时井筒压力、温度和干度的变化规律。研究结果表明,在注入蒸汽干度一定的情况下,油井产液量越高,所需蒸汽量越大;在油井产量相同的情况下,井底流压越高,所需蒸汽量越少;利用同心管注蒸汽比用平行管注蒸汽所需的蒸汽量少。     

基于废热的制冷循环系统研究与设计

针对废弃热量利用率低的问题,深入研究喷射制冷循环系统的工作原理和主要的内部结构,对喷射制冷循环系统的工作过程进行建模分析,得出系统中主要工作参数之间的数学关系。然后引入蒸汽压缩制冷原理,设计一个增压喷射制冷循环系统,对系统的性能特点进行详细分析,并给出在不同现实需求下的改进优化策略。测试结果表明设计的增压喷射制冷循环系统可以提高低品味的热量的利用率。     

移动式流体喷射试验装置的研制

根据液体喷洒和射流研究的需要,设计并试制了一套能够方便地对压力、流量、时间进行控制和记录的移动式流体喷射试验装置.该装置由供水系统、监测系统、行走系统组成,能自动显示和记录主要工作参数,设计了电动机和内燃机2种动力配置,自备水箱,有多个压力液体输出接口和自流接口,能够方便地进行喷洒、射流试验,能够牵引移动至田间进行试验.该装置的研制成功,为喷洒、射流元件研发提供了基础平台,填补了农业工程中流体元件研究领域的一个空白.