基于Simulink的抽油泵泵閥運(yùn)動(dòng)規(guī)律仿真

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石??油??機(jī)??械

CHINAPETROLEUMMACHINERY

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2011年??第39卷??第1期

??設(shè)計(jì)計(jì)算??

基于Simulink的抽油泵泵閥運(yùn)動(dòng)規(guī)律仿真

吳建軍??綦耀光??劉新福??王??霞??李延祥

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(1??中國石油大學(xué)(華東)機(jī)電工程學(xué)院??2??中石油煤層氣有限公司)

????摘要??煤層氣排采作業(yè)中,低沉沒度對(duì)有桿抽油泵泵閥的正常打開提出了更高的要求。通過對(duì)泵閥的開啟壓差進(jìn)行精確計(jì)算,借鑒往復(fù)泵泵閥的理論研究成果,建立了泵閥運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型與

仿真模型。通過Simulink對(duì)抽油泵泵閥進(jìn)行仿真,得到泵筒內(nèi)的液體壓力變化規(guī)律曲線、泵閥打開高度曲線及泵閥運(yùn)動(dòng)速度曲線。分析仿真結(jié)果認(rèn)為,閥球的打開與開啟壓差有著重要關(guān)系,并不完全由沉沒壓力決定;閥球的打開與有桿抽油系統(tǒng)的沖程、沖次及泵的結(jié)構(gòu)有關(guān),隨著有桿泵抽油系統(tǒng)沖程或沖次的增大,泵閥的升程高度相應(yīng)增大,反之減小。????關(guān)鍵詞??煤層氣??抽油泵??泵閥??Simulink??運(yùn)動(dòng)規(guī)律??仿真????目前,煤層氣排采的主要設(shè)備是有桿泵,而煤層氣的排采工藝與石油開采工藝是不完全相同的。煤層氣是在低沉沒度下開采,沉沒度一般幾十米,而油井的沉沒度一般都為幾百米。低沉沒度對(duì)有桿抽油泵泵閥的正常打開提出了更高的要求。國內(nèi)外在抽油泵泵閥運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究方面還不全面,相應(yīng)的研究結(jié)果較少。筆者通過對(duì)泵閥的開啟壓差進(jìn)行精確計(jì)算,借鑒往復(fù)泵泵閥的理論研究成果,即往復(fù)泵的閥隙過流面積和閥的工作表面的計(jì)算方法

[1-2]

作用力為:

??2

p=dp+

41下

r-

1??2

dp上42

式中??p下??????研合密封弦以下閥球所受的液體壓力,MPa;

??p上??????研合密封弦以上閥球所受的液體壓力,MPa;

??d1??????閥球下端承壓面直徑,mm;??d2??????閥球上端承壓面直徑,mm。若不考慮閥球的慣性力,閥球的開啟壓差為:??p=p下-p上=12G/??(d1+d1d2+d2)

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,建立了泵閥運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型與仿真模型。通

過Simulink對(duì)抽油泵泵閥進(jìn)行仿真,得到抽油泵泵

筒內(nèi)的液體壓力變化規(guī)律曲線、泵閥的打開高度曲線及泵閥的運(yùn)動(dòng)速度曲線,為研究低沉沒度下煤層氣有桿泵排采設(shè)備的選型和改進(jìn)提供了依據(jù)。

1??抽油泵泵閥的開啟壓差計(jì)算

抽油泵泵閥的開啟和關(guān)閉對(duì)泵正常工作有著重要的影響,建立合理的泵閥壓差計(jì)算公式對(duì)泵閥仿真模型的建立至關(guān)重要。泵閥根據(jù)閥座口(密封部分)結(jié)構(gòu)形式可分為3類:帶護(hù)錐式、不完全研合式和圓倒角式。目前主要以不完全研合式閥口結(jié)構(gòu)為主。

[3]

對(duì)于不完全研合式閥口,閥球所受的液體

*基金項(xiàng)目:國家科技重大專項(xiàng)??大型油氣田及煤層氣開發(fā)??

(2)

式中??G??????閥球自重,N。

2??泵閥運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的建立

對(duì)球閥運(yùn)動(dòng)的仿真做以下假設(shè):??不考慮流體在泵筒內(nèi)的摩阻損失;??假設(shè)泵內(nèi)液體在各點(diǎn)處的壓力與密度相等;??不考慮閥的滯后性。

(2009ZX05038-004);中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目

(09CX04014A);山東省重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目(2009GG10007008)的部分研究內(nèi)容。

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