潜油电泵检测装置保温结构优化设计

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1、第9卷第l4期2009年7月科学技术与工程Vo1．9No．14July20091671—1819(2009)14—4140—03ScienceTechnologyandEngineering@2009Sci．Tech．Engng．潜油电泵检测装置保温结构优化设计刘立君刘晓燕李晓庆(大庆石油学院土木建筑工程学院，大庆163318)摘要潜油电泵性能检测试验装置的保温效果是试验得以进行的前提条件。根据各种保温材料的特性进行了复合保温结构的优选，并利用共轭梯度法对复合保温结构各层保温厚度进行了反演。优化设计结果保证了在总保温厚度不变的情况下，保温结构达到了最佳的保温效

2、果。试验结果表明，通过地面循环管道的复合保温结构以及空气夹层的井筒保温，保证了系统中的试验循环水从室温加热到180℃仅需约10h。关键词保温结构潜油电泵共轭梯度法反演中图法分类号TE358；文献标志码A随着我国石油工业的发展和油田开发的不断到试验温度(180oC)所需时间过长，甚至出现很长深入，电动潜油泵已成为油田主要的机械采油设备时间仍达不到试验温度的现象。因此，地面管线保之一。近年来，油田开采深度不断增加，电动潜油温及设备保温设计是高温高压电动潜油泵性能检泵机组在油田的应用范围也不断拓宽，新规格、新测系统中的重要组成部分之一。型号的机组相继出现，基本形成了

3、比较完备的系列1保温结构设计产品，许多高温高压的电动潜油泵相继问世。但目前，与电动潜油泵新产品发展的迅猛势头相比，其我国所使用的绝热材料主要有珍珠岩制品、微性能检测手段却相对落后，已不能完全满足生产的孔硅酸钙制品、岩棉和矿棉制品、硅酸铝纤维制品。要求，其中特别突出的就是高温高压型电动潜油泵除上述几种材料外，也使用一定数量的玻璃棉制机组的性能检测问题。品、橡塑海绵制品和硅酸镁涂料及制品等。这些保电潜泵性能检测试验是在高温环境下进行的，温材料各有优缺点，硅酸铝纤维等高温保温材料具在整个试验过程中，散热损失很大，这不仅浪费能有耐高温、高温导热系数较低等特点，但其导热

4、系量，有时甚至不能达到试验所需温度，因此必须对数普遍偏高；而橡塑海绵等材料虽然具有较低的导该系统进行合理的保温设计。根据试验要求，试验热系数和吸水性，但耐高温性较差，在高温时容易系统内热水温度需达到180~C。电动潜油泵高温监发酥，使隔热性能降低。测系统中有约60m的管线、l2个阀门及井口设备潜油电泵检测系统结构紧凑，保温空间较小，处于高温状态。如果不进行合理的保温，将导致散因此要求保温结构应该在保温厚度较小的情况下热损失严重，并且管线或设备表面温度过高，很容达到最佳的保温效果。同时，在试验过程中为防止易烫伤试验人员，并造成实验室内气温太高；另外，保温结构破损

5、，避免水滴漏造成保温结构失效，要如果保温效果较差，会使试验介质(水)从常温升高求保温结构具有保护层和防水层I2l3]。根据各种保2009年4月15日收到温材料的使用条件及物理特性，潜油电泵检测系统第一作者简介：刘立君(1974～)，男，硕士，讲师，黑龙江大庆人，研地面管网及设备的保温，创新性地选用一种双层复究方向：油田节能技术、多相流以及辐射换热反问题等方面。E．合保温结构：硅酸铝纤维(内层)+橡塑海绵(外mail：lijun—liu@126．coin。层)。内部的硅酸铝纤维具有较低的高温导热系数，l4期刘立君，等：潜油电泵检测装置保温结构优化设计为外层的低温

6、保温材料——橡塑海绵的使用创造了Ot一外表面和环境的总换热系数，W／(m·K)；合适的温度环境，外层的橡塑海绵不但导热系数低，。一热介质温度或管壁表面温度，oC；tk一环境温同时其较好的材料闭孔性及机械强度代替了保温结度，cI二；r0一裸管半径，m；r，r2——保温后各保温层外构外面的保护层及防水层，并且在同样的保温效果情表面半径，m；q一保温层外表面的热流密度，W／m。况下减小了保温层厚度。这种复合保温结构表面平保温层厚度反演的解可以通过以下目标函数整美观，耐水性好。同时，内层的硅酸铝纤维弥补了最小化来获得：橡塑海绵难耐高温的不足，两者结合使用，安全可靠、m

7、in矗．，(R)=minq(R)一q(R)(2)R‘。、美观实用，保温性、耐高温性及耐水性均可得到良好(2)式中，q(R)是在一个估计的未知边界形状下通保证。管道保温结构如图1所示。过正问题得到的第i个测量点的热流密度，冠是待反演的保温层厚度。其循环方式如(3)式。R“=R一d(3)(3)式中，R：r。，r，是步长，d是下降方向，此方向为d=VJ(R)+d(4)(4)式中：l一橡塑海绵；2一硅酸铝纤维；3一钢管管壁P一VJ(R)黼．，(R)且p。(5)图1管道保温层示意图行向量，定义为：VJ=ar2)(6)2保温层厚度设计它是目标函数的梯度，其各项为对于上述的

8、保温结构，为了达到最佳的保温效-2[。