差动式井下增压器的工作机理研究及系统仿真

　　在油田开发后期,为了保持地层压力,保持油层能量,通常采用向地层注水的方法。目前大多数油田采用大型多级离心泵或柱塞泵通过配套管网注水以保持足够的地层压力,由于地面管线异常复杂,使得井口压力很难满足配注的要求,另外很多油田区块要求地面输入压力越来越高,而注水系统一旦建立,再升压会影响整个系统的运行,采用提高注入系统压力越来越难以满足这类区块的注入压力。针对以上问题,国内外专家做了井下增压装置的研究[1~3]。在系统全面增压困难、运行成本高的情况下,可以有选择性地对重点难注水井采取单井装增压器的井下增压注水方式,为此设计了差动式井下增压器并进行了系统液压仿真试验,实验表明差动式增压器满足了要求的增压比,节约了注水成本。

　　1　差动式井下增压器的工作机理

　　这种增压器是产生连续射流的双作用液动增压器式发生装置,泵打出的带压液体,经过滤器过滤后进入二位四通的电磁换向阀和增压活塞缸的高压区的补液流道5。在图1所示状态下,过滤后的液体经流道1. 1进入活塞缸的上腔a和a′,由于活塞缸下腔b和b′通过流道2. 2和流道6通向油箱,此时下腔的压力比上腔的压力约低18 MPa。在压差作用下,活塞缸下行,将下高压区的液体通过大活塞推动小活塞,根据损失流量增加压力的原理增压后排入流道3。该液体经单向阀进入高压喷嘴,以高压水射流的形式排出。在活塞缸下行的同时,增压活塞缸的高压区的补液流道5内的液体填补高压区的空隙进入上高压区,为上行程做好准备。当活塞接近设定的冲程极限时将向电磁换向阀发出换向指令,使电磁换向阀换向。这时泵打出的带压液体经流道2. 1进入活塞缸b和b′,而a和a′将通向油箱,在压差作用下,活塞上行,将液体增压后从上高压区经流道4进入水射流的高压喷嘴。此时下高压区和活塞缸内b和b′空间又被液体补充完毕,电磁换向阀换向后就可以进行下冲程的增压过程。如此重复实现不间断的增压以及排出高压液体的过程。

　　2　差动式井下增压器的数学模型

　　根据图1所示的增压原理图建立系统的数学模型,该系统的主体实际是由4个液压缸组成,其中2个液压缸是并联在一起的双作用增压活塞缸,另外2个液压缸是高压柱塞缸。在上行程(或下行程)中, 2个活塞缸同时出力推动柱塞杆上行(或下行),柱塞杆的面积相对于2个活塞的面积来说小得多,因此从柱塞缸里排出的液体的压力可以升得很高。当活塞运动到上行程(或者下行程)末的时候,触发行程开关使电磁换向阀动作,从而实现上下行程之间的切换。

　　2. 1　活塞缸的数学模型