可控定量配注器恒流阀恒流特性数值研究.pdf

2 0 1 4年 8月 第 4 2卷 第 1 6期 机床与液压 MACHI NE T0OL HYDRAUL I CS Au g ． 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ．1 6 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． i 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 1 6 ． 0 2 6 可控定量配注器恒流阀恒流特性数值研究 王超 ，李明 ，刘廷峰 ，梁伟 ，李啸南 ，张卫东 ，逯国成 1 ．胜利油田分公 司采油工艺研究院，山东东营 2 5 7 0 0 0； 2 ．中海油田服务有限公司油田生产研究院，天津 3 0 0 4 5 0 ； 3 ．胜利油田分公 司井下作业公司，山东东营 2 5 7 0 0 0 摘要胜利油田具有丰富的稠油资源，为了提高蒸汽吞吐采收率 ，根据分层注汽工艺原理设计的可控定量配注器可以 实现分层注汽工艺技术的可控定量要求。为进一步认识可控定量配注器恒流阀阀内流场和确定维持恒流的压差范围，利用 F L U E N T流体力学软件对恒流阀内流场进行了数值模拟研究。研究结果表明对于流体介质为水的阀内流动，最高流速出 现在浮子与固定孔板之间的缝隙处，且在缝隙下游形成回流 ，下游区域发生流体分离现象，形成两个旋涡，消耗了主流运 动的能量，导致压降和能量的降低；维持恒定流量 Q 0 ． 5 m ／ h所需出、入口压差 △ p 在 9 0 0 7 4 0 0 P a 之间。 关键词恒流阀；恒流特性 ；F L U E N T数值模拟 中图分类号T H 1 3 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 1 6 0 8 2 4 Nume r i c a l Re s e a r c h o n Co n s t a nt ． Fl o w Cha r a c t e r i s t i c s o f Pe r ma ne nt Fl o w V a l v e i n C o n t r o l l a b l e Q u a n t i t a t i v e I n j e c t i o n A l l o c a t o r WANG C h a o ，L I Mi n g ，HU T i n n g ，HAN G We i ，U Xi a o n a n ，Z HAN G We i d o n g ，L U G u o c h e n g 1 ． O i l P r o d u c t i o n T e c h n o l o g y R e s e a r c h I n s t i t u t e ， S i n o p e c S h e n Si O i l fi e l d B r a n c h C o m p a n y ， Do n g y i n g S h a n d o n g 2 5 7 0 0 0，Ch i n a； 2 ． C h i n a O i l fi e l d S e r v i c e s L i mi t e d ，T i a n j i n 3 0 0 4 5 0，C h i n a ； 3 ． D o w n h o l e O p e r a t i o n B r a n c h ， S i n o p e c S h e n g l i O i l f i e l d B r a n c h C o m p a n y ， D o n g y i n g S h a n d o n g 2 5 7 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t S h e n g l i o i l fi e l d h a s r i c h r e s o u r c e o f t h i c k e n e d o i l ．I n o r d e r t o i mp r o v e t h e r e c o v e r y r a t i o o f s t e a m h u ff a n d p u f f ，t h e c o n t r o l l a b l e q u a n t i t a t i v e r e q u i r e m e n t o f l a y e r i n g s t e a m i n j e c t i o n t e c h n o l o g y c a n b e r e a l i z e d b y t h e c o n t r o l l abl e q u a n t i t a t i v e i n j e c t i o n al l o c a t e r d e s i g n e d a c c o r d i n g t o t h e p ri n c i p l e o f l a y e ri n g s t e a m i n j e c t i o n t e c h n o l o g y ． I n o r d e r t o f u r t h e r u n d e r s t a n d t h e fl o w i n s i d e t h e v al v e a n d c o n f i r m t h e p r e s s u r e d i f f e r e n t i al r a n g e r e q u i r e d f o r ma i n t a i n i n g t h e c o n s t a n t fl o w，F L UE NT h y d r o me c h a n i c s s o f t w a r e w a s a p p l i e d t o c o n d u c t t h e n u me ri c al s i mu l a t i o n s t u d y o f t h e i n t e r n a l fl o w fi e l d o f p e rm a n e n t fl o w v alv e ．T h e r e s e a r c h r e s u l t s s h o w t h a t a s for t h e fl o w i n s i d e v a l v e w i t h t h e fl u i d me d i u m o f w a t e r ，t h e p e a k fl o w r a t e o c c u r s a t t h e g a p b e t we e n t h e fl o a t e r an d fi x e d p o r e p l a t e；a n d u n d e r t h i s g a p，t h e b a c k f l o w i s f o rm e d ．T h e fl u i d i c d i v e r g e n c e p h e n o me n o n O c c u r s i n t h e d o w n s t r e a m a r e a ；t wo s wi ds a r e f o rm e d a n d c o n s u me t h e e n e r gy o f ma i n s t r e a m mo v e me n t ，w h i c h w i l l l e a d t o t h e p r e s s u r e d r o p a n d e n e r gy r e d u c t i o n ．T h e v a r i a t i o n r a n g e o f o u t l e t a n d i n l e t d i f f e r e n t i al p r e s s u r e △ p r e q u i r e d f o r ma i n t a i n i n g t h e c o n s t ant fl o w r a t e Q0 ． 5 m ／ h i s 9 0 0～ 7 4 0 0 P a ． Ke y wo r d sP e rm a n e n t fl o w v alv e ；Co n s t a n t f l o w c h a r a c t e ri s t i c s ；F L UE NT n u me ri c a l s i mu l a t i o n 胜利油田具有丰富的稠油资源，其 9 8 ％的动用 储量是靠蒸汽吞吐开发 ，而平均采收率并不高。由于 储层纵向各层物性及原油黏度的差异，致使各层的吸 汽能力 差异较 大 ，笼统注汽方式可能造成部分小层注 入量不足或过多，无法满足实际配注的要求，从而导 致纵向动用不均 ，严重影响注汽效果。目前胜利油田 单5 6等区块的分层注汽工艺主要采用打孑 L 筛管及均 匀注汽配注器来 实现 ，在实 际应用过程 中仅能满足注 气量均匀分布而无法实现各层注汽不同定量的要求。 根据分层注汽工艺原理设计 的可控定量配注器 ，可实 现各储层间的注汽分配 ，满足各储层注汽量不 同的需 求，从而达到分层注汽的目的。 恒流阀作为可控定量配注器的核心部件，它的主 要作用在于当油管、地层或气液两相流 的压力发生波 动时，通过自动调节保持配注器流量在一定范围，进 而保证各层的注汽效果。文中利用 F L U E N T流体力学 收稿 日期 2 0 1 3 0 7 1 8 基金项 目中国石油化工股份有 限公 司项 目 P 1 2 1 2 3 作者简介王超 1 9 8 6 一 ，男，硕士，工程师，从事稠油热采技术研究工作。E ma i l w a n g c h a o l 9 8 6 0 9 0 7 1 6 3 ． c o rn。 第 1 6期 王超 等可控定量配注器恒流阀恒流特性数值研究 8 5 8 7 O 0 0． 0 - 0 ． 0 ． 媾 0 ． O 2 4 6 8 1 0 1 2 压 差， k Pa 图 7 出、入口压差 卸 图8 流量与压差 △ p关系 与弹簧压缩量关系 4结论 利用 F L U E N T流体力学软件，采用 R N G k一 湍 流模型和增强的壁面函数模拟了恒流阀内流场，得到 如下结论 1 恒流阀内最高流速出现在浮子与固定孔板 之 间的缝 隙处 ，且在缝 隙下 游形成 回流 。下游区域发 生流体的分离现象 ，形成两个旋涡，消耗 了主流运动 的能量 ，导致压降和能量的降低。 2 在维持流量恒定的条件下 ，随着弹簧压缩 量不断增加 ，缝隙拐角处旋涡尺度不断增加，旋涡中 心基本保持与浮子下表面平齐且流线不断加密导致旋 涡强度增加 ，而缝隙下游旋涡尺度不断减小，流线持 续变疏导致旋涡强度减小。 3 对于流体介质为水的阀内流动，维持恒流 所需出、人 口压差 △ p在 9 0 0 7 4 0 0 P a 之间。 参考文献 [ 1 ]高红． 溢流阀阀口气穴与气穴噪声的研究[ D] ． 杭州 浙 江大 学 ， 2 0 0 3 ． [ 2 ]Y A K H O T V， O R Z A G S A ． R e n o r mal i z a t i o n G r o u p A n a l y s i s o f T u r b u l e n c e B a s i c T h e o r y [ J ] ． J S c e n t C o m p u t e ， 1 9 8 6 1 31 1 ． [ 3 ]李万平． 计算流体力学 [ M] ． 武汉 华中科技大学出版 社 ， 2 0 0 4 ． [ 4 ]王桂 良， 周秦源 ， 向言丽． 基于 F l u e n t 的复杂流道比例阀 的数值模拟[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 9 ， 3 7 2 1 4 71 4 9 ． [ 5 ]C H E N H C， P A T E L V C ． N e a r ． w a l l T u r b u l e n c e Mo d e l s f o r C o m p l e x F l o w s I n c l u d i n g S e p a r a t i o n[ J ] ． A I A A J o u rna l ， 1 9 8 8 ， 2 6 6 6 4 1 6 4 8 ． [ 6 ] 韩 占忠， 王敬， 兰小平． F l u e n t 流体工程仿真计算实例与 应用[ M] ． 北京 北京理工大学出版社， 2 0 0 4 ． [ 7 ]练章华 ， 刘干， 易浩， 等． 高压节流阀流场分析及其结构 改进[ J ] ． 石油机械， 2 0 0 4， 3 2 9 2 2 2 4 ． [ 8 ]周元春， 杨曙东 ， 罗博， 等． 基于 F l u e n t 的大通径滑阀压 力流量特性研究[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 1 ， 3 9 1 9 1 0 3 1 0 5． 上接第 6 6页 5结论 由于翅柱的细节特征尺寸很小，限制了网格的尺 寸 ，难以对整个水冷散热器建立完整模型进行仿真计 算 ，因此 ，文中采取了先对流体区域进行计算 ，对 比 分析有、无泄压槽对 3个支路流量分配的情况 ，发现 泄压槽方式可 以有效调节 3个支路 的压力和流量 ，使 得 3个支路的流量基本上相等。基于流量相等的计算 结果 ，可以充分利用对称性来建立热仿真模型进行散 热性能的仿真 ，得到了水冷散热器在不同入口流量下 的芯片最高温度和 I G B T元件安装面最高温度变化曲 线。该方法的应用 ，大大降低了对计算机资源的需 求，有效解决和实现了复杂问题的仿真计算。 参考文献 [ 1 ]H A N Mi n s u b ， L E E S u - 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