基于amesim的全液壓抽油系統(tǒng)仿真分析

0水力4.1抽油裝置隨著油田的開發(fā)和地層壓力的逐漸降低，傳統(tǒng)的自噴開采法必須轉(zhuǎn)化為機(jī)械開采法。為了將原油轉(zhuǎn)移到地面，必須手動(dòng)補(bǔ)充地層中的石油能量。水力活塞泵(hydraulicpump)是一種液壓傳動(dòng)的無桿抽油設(shè)備,它由地面動(dòng)力泵將動(dòng)力液增壓后經(jīng)油管或?qū)Ｓ猛ǖ辣萌刖?驅(qū)動(dòng)馬達(dá)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng),將高壓動(dòng)力液傳至井下驅(qū)動(dòng)油缸和換向閥,來幫助井下柱塞泵抽油。而由于水力活塞泵采用全液壓系統(tǒng)完成抽油工作,與通過抽油桿來傳遞能量的抽油系統(tǒng)相比,避免了抽油桿的偏磨現(xiàn)象;同時(shí),水力活塞泵抽油系統(tǒng)對(duì)高氣油比、出砂、高凝油、含蠟、稠油、深井、斜井、及水平井具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。本文運(yùn)用AMESim軟件對(duì)液壓抽油系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析研究1高壓控制液作用下的關(guān)閉狀態(tài)井下全液壓抽油系統(tǒng)包括液壓動(dòng)力源部分、井下雙管管柱、套管封隔器、井下插裝式兩位四通換向閥組、井下雙作用液壓柱塞泵、液壓泵吸排液閥,以及由機(jī)械定位機(jī)構(gòu)和先導(dǎo)球閥組成的位置反饋換向裝置,如圖1所示(圖中略去液壓動(dòng)力源部分)。在圖1所示2位4通先導(dǎo)球閥位置時(shí),換向閥組中的2、4插裝閥在高壓控制液作用下,處于關(guān)閉狀態(tài);1、3插裝閥的控制口接通低壓回油管線而處于開啟狀態(tài)。液壓油或乳化液經(jīng)液壓動(dòng)力源增壓后,經(jīng)插裝閥3進(jìn)入液壓柱塞泵下驅(qū)動(dòng)腔,驅(qū)動(dòng)活塞及活塞桿組上行,液壓柱塞泵上驅(qū)動(dòng)腔的液體經(jīng)過插裝閥1、雙管柱中的副管(低壓管線),回到地面油箱。這一過程中,井下液壓驅(qū)動(dòng)柱塞泵上增壓腔通過單向閥吸液,下增壓腔通過單向閥排出高壓井液,并通過油套環(huán)空、井口裝置,進(jìn)入集油管線。當(dāng)液壓柱塞泵的活塞及活塞桿組上行至最上端時(shí),液壓缸中的下活塞推動(dòng)機(jī)械定位機(jī)構(gòu)使得先導(dǎo)球閥換向,換向閥組中的1、3插裝閥在高壓控制液作用下,處于關(guān)閉狀態(tài);2、4插裝閥的控制口接通低壓管線而處于開啟狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的正確換向。2amesim軟件介紹并安裝了插裝閥的模型2.1建立仿真及分析軟件AMESim軟件是法國(guó)IMAGINE公司于1995年推出基于鍵合圖的液壓、機(jī)械系統(tǒng)建模仿真及動(dòng)力學(xué)分析軟件?？梢酝ㄟ^該軟件的應(yīng)用庫(kù)來設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng),所有的液壓元器件都可以在軟件中建立相應(yīng)的模型,使得工程師從繁瑣的數(shù)學(xué)建模過程中解放出來,僅關(guān)注于物理系統(tǒng)本身的設(shè)計(jì),最終可以迅速達(dá)到建模仿真的目的2.2快速換向機(jī)液壓元件模型本系統(tǒng)運(yùn)用的插裝閥組是由四個(gè)二通插裝閥組成,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,流通能力大,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,密封性能好以及抗污染能力強(qiáng)等;插裝閥組能夠在極短的時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)地開啟和關(guān)閉,以滿足井下大流量液壓抽油系統(tǒng)快速換向的工作要求,插裝閥組連接如圖2所示。AMESim軟件庫(kù)包含許多液壓、機(jī)械模型,但并非所有的元器件模型都能找到;軟件提供基礎(chǔ)模塊,使用者可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求搭建所需的模型,插裝閥在軟件庫(kù)中就沒有現(xiàn)成的模塊可調(diào)用。液壓元器件模型建立步驟(1)確定壓力作用面;(2)確定可獨(dú)立運(yùn)動(dòng)部件;(4)確定可變?nèi)莘e。根據(jù)上示插裝閥組連接,運(yùn)用AMESim軟件建模,如圖3所示。3asmsim-32系統(tǒng)的建模ASMSim是一個(gè)圖形化的應(yīng)用界面,根據(jù)軟件系統(tǒng)自帶的HYD、HSV及HCD等庫(kù)可完成液壓系統(tǒng)建模。3.1建立系統(tǒng)模型運(yùn)用AMESim軟件建立液壓系統(tǒng)模型按如下步驟可以作出所需的仿真結(jié)果(1)從不同的應(yīng)用庫(kù)中選取現(xiàn)存的圖形模塊或自定義非標(biāo)準(zhǔn)模塊來建立系統(tǒng)的模型;(2)為系統(tǒng)中每個(gè)圖形模塊選取相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,且每個(gè)數(shù)學(xué)模型皆為給定合適模型;(3)設(shè)置系統(tǒng)中每個(gè)圖形模塊需要的特定參數(shù);(4)運(yùn)行仿真并根據(jù)要求得出相應(yīng)的仿真參數(shù)及結(jié)果。根據(jù)井下液壓抽油系統(tǒng)的工作原理可以建立如圖4所示的系統(tǒng)AMESim模型。3.2關(guān)鍵元件參數(shù)說明為系統(tǒng)每個(gè)模型選擇相應(yīng)的數(shù)學(xué)子模型,即可根據(jù)要求進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。在AMESim軟件仿真過程中,軟件提供所有元器件模型的相應(yīng)參數(shù)設(shè)置,在這里根據(jù)液壓系統(tǒng)實(shí)際的物理模型結(jié)構(gòu)尺寸及要求,就關(guān)鍵的元器件參數(shù)加以說明,列舉如下參數(shù),其他不影響系統(tǒng)仿真結(jié)果的參數(shù)按軟件推薦的經(jīng)驗(yàn)值選取1)插裝閥組參數(shù)阻尼孔直徑:5mm,彈簧剛度:1N/mm,閥芯質(zhì)量m=0.003kg,閥塊直徑D2)液壓驅(qū)動(dòng)柱塞泵參數(shù)活塞塊質(zhì)量m=0.005kg,活塞直徑D=10mm,活塞桿直徑d=5mm,對(duì)稱分布。3)其他參數(shù)動(dòng)力源壓力:200bar,二位四通換向閥換向時(shí)間:1/60s,柱塞泵吸排油口阻尼直徑:4mm,仿真時(shí)間:5s,采樣間隔時(shí)間:0.1s。3.3液壓驅(qū)動(dòng)柱塞泵的控制部分運(yùn)行液壓系統(tǒng)AMESim模型,得出相應(yīng)仿真結(jié)果。圖5和圖7是液壓驅(qū)動(dòng)柱塞泵的吸油腔和排油腔的壓力變化圖,圖6和圖8是吸油腔和排油腔壓力相應(yīng)的快速傅立葉變換(FFT)圖。4抽油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通過對(duì)全液壓井下抽油系統(tǒng)的仿真研究,根據(jù)仿真結(jié)果曲線可