在天然氣開采中,針對(duì)出水氣井開采過(guò)程中出現(xiàn)的井底積液現(xiàn)象,本論文考慮在有水氣井開采中后期通過(guò)環(huán)形射流泵來(lái)提高氣井?dāng)y液能力,以降低井底積液,從而保證天然氣的正常開采。環(huán)形射流泵在應(yīng)用上具有抗腐蝕性強(qiáng),過(guò)流部件使用壽命長(zhǎng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行平穩(wěn)的特點(diǎn),同時(shí)環(huán)形射流泵的吸入通道位于泵的中心,吸入流體不與泵的內(nèi)壁接觸且不需要改變流動(dòng)方向,特別適合于抽吸含有液滴的氣液混合流體。本文以環(huán)形射流泵為研究對(duì)象,結(jié)合國(guó)內(nèi)出水氣田井下工況對(duì)其進(jìn)行了以下研究:首先對(duì)環(huán)形射流泵提高氣井?dāng)y液能力機(jī)理進(jìn)行了研究,從環(huán)形射流泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)入手,總結(jié)出環(huán)形射流泵的基本特性參數(shù)和基本方程。根據(jù)中國(guó)氣井的實(shí)際工況,確定出環(huán)形射流泵在出水氣井高壓工況下的邊界條件。通過(guò)對(duì)三種湍流模型的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,確定了標(biāo)準(zhǔn)K-ε模型是環(huán)形射流泵數(shù)值模擬最合適的湍流模型。通過(guò)對(duì)吸入氣體中有無(wú)液滴的模擬結(jié)果進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)極少量的液滴對(duì)環(huán)形射流泵內(nèi)部流場(chǎng)并沒(méi)有明顯影響,從而確定了環(huán)形射流泵內(nèi)部流場(chǎng)流體類型。利用Solidworks對(duì)環(huán)形射流泵進(jìn)行三維建模,并利用ICEM對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,通過(guò)對(duì)環(huán)形射流泵系統(tǒng)的進(jìn)行數(shù)值模擬,從泵內(nèi)流場(chǎng)入手,優(yōu)化其結(jié)構(gòu)提高該系統(tǒng)在氣井高壓工況下的效率。通過(guò)對(duì)不同的流量比心相對(duì)喉管長(zhǎng)度lt/Dt、吸入室收縮角α和擴(kuò)散管擴(kuò)散角β進(jìn)行數(shù)值模擬,得到泵內(nèi)流體速度和壓力分布云圖,對(duì)不同結(jié)構(gòu)尺寸的環(huán)形射流泵流場(chǎng)性能進(jìn)行比較分析,以效率最高為基本原則,得出較優(yōu)的結(jié)構(gòu)尺寸組合�？紤]到各個(gè)因子之間的相互影響,其中流量比q和相對(duì)喉管長(zhǎng)度lt/Dt的交互作用最為顯著。對(duì)流量比q=0.4～0.6和相對(duì)喉管長(zhǎng)度lt/Dt=4～5兩個(gè)因子進(jìn)行聯(lián)合模擬分析,得出環(huán)形射流泵在氣井高壓工況下,最高效率為29.9%;最高效率下的結(jié)構(gòu)組合為:流量比q=0.55,相對(duì)喉管長(zhǎng)度lt/Dt=4.25,吸入室收縮角α=14°,擴(kuò)散管擴(kuò)散角β=4°。
【學(xué)位單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE37
【部分圖文】：

統(tǒng)的中心射流泵，環(huán)形射流泵吸入通道順暢，被吸入流體不需要改變?cè)瓉?lái)的流??動(dòng)方向，更適合用于輸送氣液兩相混合流體。??環(huán)形射流泵是一種多股流體通過(guò)接觸混合來(lái)傳遞能量的流體機(jī)械。圖２．１??是環(huán)形噴射泵的工作原理示意圖，從圖中可以看出，環(huán)形射流泵主要由噴嘴，??被吸管道、吸入室（混合室）、喉管、擴(kuò)散管以及出口管道組成的。工作時(shí)，??地面加壓設(shè)備產(chǎn)出氣經(jīng)過(guò)環(huán)形噴嘴形成高速射流，使其成為一股壓能較低速度??較大的氣流，因此會(huì)在環(huán)形射流泵的混合室（噴嘴與喉管之間位置）形成一個(gè)??低壓區(qū)，則混合室與吸入通道入口之間出現(xiàn)一個(gè)負(fù)壓差區(qū)，吸入流體受壓力作??用被加速吸入混合室，并與高速的工作氣流接觸，兩股流體經(jīng)由混合室進(jìn)入喉??管后相互接觸混合在一起，在相互混合的過(guò)程中也進(jìn)行著能量的傳遞，形成具??有一定壓能的同速氣液混合流體一起經(jīng)擴(kuò)散管離開環(huán)形射流泵。??工絲體一???－??被吸寵體?＾？混含涴體?＾??工臟體一＾?—?＇?—????ｙ形噴嘴

結(jié)果得出環(huán)形射流泵的效率可提高至３６％，比傳統(tǒng)中心射流泵效率高的??基礎(chǔ)上，可大大縮短其整體長(zhǎng)度。同時(shí)也計(jì)算出吸入室收縮角《在１８°？３０°，面??積比；《＝１．７５時(shí)，環(huán)形射流泵的效率較高，對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖３．１所示（圖中??陰影為壁厚６＝２ｍｍ）。??§?Ｏ?＾?ｎ?Ｒ?????ｐ＿＿＿????［＿??＿?Ｌ?七?＾??圖３．１環(huán)形射流泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)圖??Ｆｉｇ．?３．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?Ｃｈａｒｔ?ｏｆ?Ｒｉｎｇ?Ｊｅｔ?Ｐｕｍｐ??鄢恒飛和曾慶龍分別采用不同的優(yōu)化方法結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)該結(jié)構(gòu)??進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，所得最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表３．１所示。??１４??

圖３．４不同湍流模型下環(huán)形射流泵特性曲線??Ｆｉｇ．?３．４?Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ａｎｎｕｌａｒ?ｊｅｔ?ｐｕｍｐ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ?ｍｏｄｅｌｓ??由圖３．４可以看出，三種不同的湍流模型進(jìn)行的數(shù)值模擬得出的結(jié)果和試驗(yàn)??結(jié)果都是比較吻合的，但是三種模型中，標(biāo)準(zhǔn)ｈｅ模型（ＳｔａｎｄａｒｃＵ－ｅ模型）曲線??與試驗(yàn)曲線吻合情況最好，表明應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)ｙｕ？模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算分析環(huán)形射??２５??
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