煤層氣排采專用泵優(yōu)化設計與仿真研究.pdf

1、在煤層氣排采過程中，由于排采擾動及鉆井時引起煤層失穩(wěn)破壞，一部分煤粉及砂粒不斷被攜帶到井筒中，細煤粒（砂）在自身重力的作用下，會不斷沉積下來，造成卡泵、砂埋管柱等現(xiàn)象，縮短了檢泵周期和排水泵的使用壽命，嚴重影響煤層氣井的生產(chǎn)效率。因此開展煤粉（砂）在泵筒中分布規(guī)律研究、完成專用防堵排水泵研制具有重要的理論意義和實用價值。
　　本文通過研究排采過程中煤粉產(chǎn)生機理，分析煤粉顆粒在常規(guī)抽油泵內的運動和分布規(guī)律，優(yōu)化常規(guī)抽油泵泵閥和柱塞結

2、構，設計出新型煤層氣專用防堵排水泵。主要內容如下:
　　(1)結合煤層氣的儲藏特性和排采不同階段特征，研究煤層氣井中煤粉的產(chǎn)生機理，分析排采過程中的卡泵、砂埋管柱影響因素。
　　(2)在固液兩相流理論基礎上，分析垂直圓管內不同水流形態(tài)下，單顆粒球形煤粉的受力、沉降末速及分布情況，建立常規(guī)抽油泵泵筒與抽油桿環(huán)空部位及固定閥部位的網(wǎng)格模型;運用FLUENT軟件進行不同排采強度下的流場仿真，分析體積分數(shù)為5％的煤粉顆粒群在模型內的

3、運動和分布規(guī)律。
　　(3)根據(jù)煤粉在泵內的分布特點，對普通排水泵進行結構優(yōu)化，提出煤層氣專用防堵排水泵的設計方案，確定新型泵的具體參數(shù)，完成結構設計，利用PRO/E軟件建立實體模型。
　　(4)建立新型排水泵關鍵零件的有限元模型，運用ANSYS軟件進行泵筒強度計算及錐閥接觸應力計算，保證零件的強度可靠性。
　　(5)運用FLUENT軟件對新型泵固定閥部位進行流場仿真，驗證設計的合理性，保證煤層氣專用排水泵的使用可靠性