水下螺旋轴流式多相混输泵的设计研究

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1、逐渐增加，而我国油气资源的供需缺口则日渐明显。同时，国内陆上油气资源却日益减少，而经权威机构初步估算，我国海洋领域的油气资源相当丰富，尤其是在南中国海区域。但是，由于技术装备水平不足等多种因素的影响，目前我国只对南中国海部分的区域进行了开采。因此，开辟南海油气资源勘探开发领域以寻求新的资源是我国当前油气开发的重点。由于海底环境比较苛刻，要利用常规开采技术对水下油气资源进行开采，需要投入大量的基建资金和操作资金，使得经济效益微乎其微。但采用海底多相混输开采技术对海底石油进行开采时，可以降低油井井口的回压，提高油井的采油率，从而大大降低工程投资，这就吸引

2、越来越多的科研机构对该项技术展开研究。而这项技术中的关键装置则是多相混输泵，目前的多相混输泵主要有双螺杆式泵、单螺杆式泵(PCP)、活塞式泵、隔膜式泵等容积式泵和螺旋轴流式泵、多级离心泵等旋转动力式泵。根据国内外水下生产系统现场安装应用情况表明，螺旋轴流式多相混输泵和双螺杆多相混输泵的性能较为优越。螺旋轴流式多相混输泵的工作原理是气液等多相混合物在流经随轴高速旋转的叶轮时获得动能，再在流经导轮时将多相混合物的动能转换为压能；多相混合物中的气相在导轮叶片的剪切作用下产生破碎，从而在一定程度上调整了下级叶轮入口处多相混合物的流动状态，这样保证了下一级压缩

3、单元的正常工作；同时，螺旋轴流式多相混输泵中的叶轮和导轮迫使多相混合物沿轴向运动，有效地阻止了多相混合物在流道内的相态分离。同时，根据查阅的相关资料可知，螺旋轴流式多相混输泵具有如下独特的结构及性能特点：考虑到多相混合物的可压缩性，叶轮采用锥形轮毂；为减少增压单元内多相混合物的相态分离，叶、导轮采用较长的方形通道和较大的流道曲率半径；采用开式结构，能够适应多相混输泵入口处的段塞流，也提高了多相混输泵的容砂能力；多相混输泵在大中流量、中高增压能力下更能显出其结构紧凑、重量轻等优点，这对大流量和近海应用特别有吸引力；在低吸入压力或高含气率(94％．96％

4、)条件下能正常工作，短时间内可以在100％含气率的工况下工作而不会出现机械故障。而双螺杆多相混输泵是通过容积腔室的周期性变化，来实现液体的增压和输送。将螺旋轴流式多相混输泵和双螺杆多相混输泵相比可知，采用螺旋轴流式多相混输泵具有以下优点：结构简单，体积小、第一章绪论重量轻；由于采用开式结构，对固相杂质的适应性较好；适应范围广，可用于大中流量，中低扬程的场合而且适应的油气比范围大。因此，本课题对水下螺旋轴流式多相混输泵进行设计研究【㈨。螺旋轴流式多相混输泵在开采高含气原油时有着其它常规采油机械无可比拟的优势，但螺旋轴流式多相混输泵的设计不像单相泵和压缩

5、机有一套成熟的设计方法，其设计时具有一定的盲目性，而水下螺旋轴流式多相混输泵更是如此。目前，国内对螺旋轴流式混输泵的增压单元做了一定的研究，但关于其密封、轴向力平衡等研究的相关文章还较少，对这些方面的设计研究将会对螺旋轴流式混输泵的研制开发起到推动作用。1．2国内外研究现状及存在的问题1．2．1国内外研究现状1、国外研究现状螺旋轴流式多相混输泵的研究始于1984年的“海神计划"，这一计划是由法国道达尔、法国研究总院和挪威国家石油公司三方合作投资完成的。第一台P300螺旋轴流式多相混输泵于1987年开始设计，并于一年后完成了全部制造工作，并分别于198

6、8年和1990年分别进行了环道试验和现场试验，其试验结果令人满意。1992年，螺旋轴流式泵的研制者将其水力设计转让给法国的SULZER和挪威的FRAMO公司，至此核心为螺旋轴流式多相混输泵的多相混输技术在理论研究和工业应用中都有了很大的发展。1994年，螺旋轴流式多相混输泵在挪威GullfaksA平台和法国道达尔石油公司Pecorade油田的安装使用，标志着螺旋轴流式多相混输泵正式进入工业化阶段‘71。目前，水下螺旋轴流式多相混输泵已在国内外海上油田现场得以应用，而且运行良好。部分相关工程介绍如下【24】【8】：(1)SMUBS(ShellMulti

7、phaseUnderwaterBoosterStation)工程1994年，SMUBS工程中的核心装置是由ShellInternational和Norske提供技术、经济资助，并由Framo公司制造的海底增压泵，该增压泵安装在Draugen地区水深270米处，这代表着世界第一台商业化水下多相增压泵的成功安装。该工程的作用是将油井产出物增压输送至9km处的平台上。在据平台6km处安装了一个注水模块，并将水下螺旋轴流式多相混输泵集成在该模块上。水下多相增压泵的驱动方式采用的是液力驱动，驱动液是注水模块中水。在使用SMUBS生产系统期间，油井产量约增加了5

8、000桶／日，平均每天的利润增加了9000美元。由于受油田条件的限制，该生产系统只运行了几个2中国石油大学(