基于Simulink的抽油泵泵閥運動規(guī)律仿真

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石??油??機??械

CHINAPETROLEUMMACHINERY

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2011年??第39卷??第1期

??設計計算??

基于Simulink的抽油泵泵閥運動規(guī)律仿真

吳建軍??綦耀光??劉新福??王??霞??李延祥

1

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1

2

*

(1??中國石油大學(華東)機電工程學院??2??中石油煤層氣有限公司)

????摘要??煤層氣排采作業(yè)中,低沉沒度對有桿抽油泵泵閥的正常打開提出了更高的要求。通過對泵閥的開啟壓差進行精確計算,借鑒往復泵泵閥的理論研究成果,建立了泵閥運動數學模型與

仿真模型。通過Simulink對抽油泵泵閥進行仿真,得到泵筒內的液體壓力變化規(guī)律曲線、泵閥打開高度曲線及泵閥運動速度曲線。分析仿真結果認為,閥球的打開與開啟壓差有著重要關系,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、沖次及泵的結構有關,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增大,反之減小。????關鍵詞??煤層氣??抽油泵??泵閥??Simulink??運動規(guī)律??仿真????目前,煤層氣排采的主要設備是有桿泵,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。低沉沒度對有桿抽油泵泵閥的正常打開提出了更高的要求。國內外在抽油泵泵閥運動規(guī)律研究方面還不全面,相應的研究結果較少。筆者通過對泵閥的開啟壓差進行精確計算,借鑒往復泵泵閥的理論研究成果,即往復泵的閥隙過流面積和閥的工作表面的計算方法

[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)

2

2

,建立了泵閥運動數學模型與仿真模型。通

過Simulink對抽油泵泵閥進行仿真,得到抽油泵泵

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

1??抽油泵泵閥的開啟壓差計算

抽油泵泵閥的開啟和關閉對泵正常工作有著重要的影響,建立合理的泵閥壓差計算公式對泵閥仿真模型的建立至關重要。泵閥根據閥座口(密封部分)結構形式可分為3類:帶護錐式、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構為主。

[3]

對于不完全研合式閥口,閥球所受的液體

*基金項目:國家科技重大專項??大型油氣田及煤層氣開發(fā)??

(2)

式中??G??????閥球自重,N。

2??泵閥運動數學模型的建立

對球閥運動的仿真做以下假設:??不考慮流體在泵筒內的摩阻損失;??假設泵內液體在各點處的壓力與密度相等;??不考慮閥的滯后性。

(2009ZX05038-004);中央高�；�本科研業(yè)務費專項資金資助項目

(09CX04014A);山東省重點攻關項目(2009GG10007008)的部分研究內容。

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