基于流固耦合的LW350离心机适应性分析

为了研究离心机的流场特性及其关键结构的力学特性,以LW350型离心机为研究对象,建立了离心机流体域和螺旋输送器的模型,通过数值模拟得到离心机流场的情况,并对螺旋输送器进行了流固耦合分析,得到各参数对结构强度的影响规律。研究结果表明:在高转速下,分离效率主要受转鼓转速的影响,转鼓内不同径向截面的周向速度具有对称性,径向速度受湍流的作用影响物料扩散,轴向速度正负分层明显,利于液相回流;压力场表现为沿径向压力增大,轴向压降减小,利于沉降固相;通过单向流固耦合分析,螺旋输送器满足刚度和强度的要求,各参数对结构变形和应力大小有一定的影响。研究结果可为离心机的安全高效运行提供参考。     

4 200 r/min卧螺离心机转鼓和螺旋输送器结构参数优选

为满足钻井液高效分离的需求,亟需研制高转速卧螺离心机。针对中高转速卧螺离心机转鼓破裂、螺旋输送器叶片断裂的技术难题,以3 200 r/mim离心机的转鼓和螺旋输送器结构参数为基础,利用有限元法分析转速提高到4 200 r/mim时卧螺离心机转鼓和螺旋输送器的最优参数。为提高计算精度,首先对转鼓和螺旋输送器的网格进行无关性分析,推荐转鼓和输送器的网格数分别为250 000和600 000。另外,以应力变形和安全系数为评判依据,利用有限元法分析转鼓壁厚、螺旋叶片螺距、厚度和倾角的结构参数,得出螺距、厚度为螺旋输送器的敏感参数,建议优选螺距为116 mm、厚度为7.5 mm,其余结构参数影响不是特别明显。建议根据螺旋输送器的振动特性和固液分离特性进一步优选结构参数,为高速离心机研制提供参考。     

钻井液离心机螺旋输送器三维有限元分析

钻井液离心机螺旋输送器实体建模与有限元分析对离心机在实际使用中有着重要的指导意义.针对离心机CAD、CAE技术的现状和发展趋势,应用Pro/E对川庆钻探公司在川渝地区常用的JL40-DZ型离心机螺旋输送器进行了三维建模.在ANSYS中采用soild45单元划分网格生成有限元模型,分别对螺旋输送器的几种载荷条件进行静力分析,最后使用Lanczos法计算螺旋输送器前4阶模态.分析结果表明,转鼓在正常工况下的强度和刚度均满足要求;在正常的转速范围内不会发生共振现象,从而验证了离心机的安全性,为离心机在现场安全使用提供了理论依据.     

钻井液净化系统发展方向探讨

钻井液净化的实质是利用重力或离心力实现固相颗粒的自然或强迫沉降。在使用不分散体系钻井液以及推广水平钻井工艺的情况下，主张开发中速大排量离心机以取代旋流除泥器及高速离心机，形成高效振动筛，大直径旋流除砂器和中速离心机组成的钻井液净化新流程。     

泥浆螺旋沉降离心机的研究方向

通过对泥浆螺旋沉降离心机设计与使用问题的系统分析，提出了泥浆螺旋沉降离心机的研究方向，包括：泥浆固相含量及其粒度分布，离心机转鼓内流场、性能参数实验、几何参数优化、转鼓及螺旋叶片磨损机理、传动装置及经济性评价等七个方面研究内容，供从事泥浆净化设备的研制和应用技术人员参考。     

钻井液净化用离心机分离因数的选择

通过对钻井液中固相粒度分布、固相颗粒在离心力场中的沉降速度、固相分离所需的最小分离因数，以及分离因数与离心机分离中点的关系等方面的分析，探讨了离心机分离因数的选择。指出钻井液净化用螺旋卸料沉降离心机的主要任务是清除钻井液中2～74μm的无用固相；分离因数Fr是衡量离心机性能特征的一个重要指标，从离心机的维修费用、制造成本和使用寿命等方面综合考虑，在满足工艺的条件下，应尽量选用小的分离因数，即一般应使Fr≤1200；当Fr≤1200时，提高Fr会显著提高离心机的分离效果；Fr＞1200时，提高Fr对分离效果的影响较小。     

提高泥浆固相分离速度方法探讨

通过对离心机的行星差速器的传动原理和离心机的工作过程分析,得出离心机的辅机旋转方向与主机旋转方向相反时,可增加转鼓与螺旋输送器的转速差,提高排除泥浆固相的速度,使溢流更加清洁。     

重晶石回收系统评价体系研究与应用

长城钻井液在页岩气井三开采用高密度油包水钻井液,重晶石回收系统是钻井液维护的关键固控设备,但现场缺乏对该系统的评价体系,设备运行效率低下等问题较为突出。重晶石回收系统主要由两台中、高速离心机组成,原理是重晶石和低密度固相在离心机内受到的离心力不同,可以实现分级沉降。对双离心机系统的评价要求是:中速离心机的底流分离的低密度固相、溢流低密度固相分离效率越低越好,高速离心机的底流分离的低密度固相、溢流低密度固相分离效率越高越好。根据要求建立数学模型和评价方法,并在威204H7-6井的水平井段进行实验,中速离心机在2 200 r/min条件下,底流分离出了3.2%的低密度固相,溢流损失了20.74%的低密度固相,没有达到评价要求;把中速离心机降至2 000r/min,底流只分离出了0.15%的低密度固相,溢流只损失了4.6%的低密度固相,基本达到评价要求;高速离心机转速为2 805 r/min,低密度固相分离效率为61%,实现了高效运转。      

钻井液离心机螺旋输送器三维有限元分析

应用Pro/E对JL40-DZ型钻井液离心机的螺旋输送器进行了三维建模。在ANSYS中采用soild45单元划分网格生成有限元模型，分别在几种载荷条件下进行静力分析，使用Lanczos法计算螺旋输送器前4阶模态。分析结果表明，转鼓在正常工况下的强度和刚度均满足要求；在正常转速范围内也不会发生共振现象，从而验证了离心机的安全性，为离心机的结构设计与性能改进提供了理论依据。     

钻井液用离心机传动方案设计与评价

目前,石油矿场钻井液固控系统所用离心机均为卧式螺旋沉降离心机,其使用效果主要取决于分离因数和转鼓与螺旋的转速差。利用功能原理设计理论对其传动和差速装置进行改进和创新,提出多种传动方案;采用模糊综合评判对不同的传动方案进行了评判,得出双电机变频同步齿形带传动方案具有较好的综合性能。该研究可为钻井液用离心机的改进设计和新产品的开发提供参考。     

离心机分离固相测定分析方法及其应用

离心机是现场钻井液净化处理常用装置,也是使用效果比较稳定的固相控制装置,目前钻井现场常用型号多为LW355和LW450型2种,考虑到处理量提高问题,也有配置LW600型的。但无论哪种型号的离心机,其分离效率以及底流产物固相组分的变化都不大,造成这种情况的原因主要是对于密度、黏度一定的浆液,离心机存在一个比较理想的固相颗粒分离点,由于现场钻井液成分以及性能参数处于不断变化中,加之现场维护工艺也在根据情况随时调整,导致离心机的"理想分离点"也会不断变化,目前的离心机尚不具备自行调节"分离点"至理想范围的能力。这就需要对离心机排放物（底流或溢流）的固相组分进行分析,以便实时掌握离心机分离效率变化情况,根据分离产物中各类固相的含量及时调节离心机工作参数,尽可能使离心机分离效率处于理想状态。来自国内各地不同井的离心机底流产物固相分析结果表明,离心机对于高、低2种密度固相的分离效率存在比较显著的差别,这主要是离心机在工作状态时,由于进料状态的不断变化导致离心机的"分离点"也处于随机性的动态变化中。系统地对离心机排放物进行固相成分分析,有助于离心机的技术进步和提高离心机使用效率。      

高密度钻井液加重剂回收工艺及装置设计

现有的工艺流程中，一般都没有把钻井液中的加重剂进行回收利用，而是直接排入废渣池，这就造成了大量的经济损失和资源浪费。在现有固控系统的基础上，设计了一种高密度钻井液加重剂的回收工艺，采用双离心机分离回收系统。通过改进高密度钻井液加重剂回收工艺，使现有的固控系统能够更好地处理钻井液。该工艺可回收大部分的加重剂，并将其循环利用，而且还可以清除进入循环系统中的有害固相。为达到最佳分离效果，所有新增装置能快捷地与原有系统的装置配合，通过变频器对离心机进行变频调速，使离心机在处理不同密度的钻井液时，能够适时调整到合适的转速，从而使该工艺得到更大范围的应用。     

高密度油基泥浆串联离心机固控系统设计分析

针对低速离心机无法回收利用高密度油基泥浆中的重晶石粉,高速离心机处理量低且容易堵塞的问题,设计了低速-高速离心机串联固控系统。通过计算及分析,得到泥浆中固相颗粒在离心力作用下的运动规律。结合试验结果,分析了离心机转速对分离固相粒径的影响规律,确定了高、低速离心机的最佳转速。串联的低、高速离心机分别分离出钻井液中的10～50 μm颗粒,1～10 μm颗粒,既实现重晶石的回收利用、降低含油固相排放率,又提高了高速离心机去除小颗粒有害固相的效率。该系统已在南川某平台4号井应用,在泥浆密度1.5～1.6 g/cm³的条件下,节省重晶石用量150 t,含油固相排放率降低38.6%。     

LW380×1400D-BP型大处理量超高速钻井液离心机设计

高速离心机主要用于分离钻井液中2μm级的超细固相颗粒。常规高速离心机的分离因数和转鼓尺寸较小,对钻井液中超细固相的分离效果不佳,且处理量与中速离心机的流量不匹配。研制了LW380×1400D-BP型大处理量超高速钻井液离心机,其转鼓直径为380 mm,最高工作转速为4 000 r/min,最大分离因数为3 400 g。设计了双级减振结构、轴承自动油气润滑系统、进液量自适应调节系统等,解决了转鼓直径增大和转速提高带来的振动烈度增加、关键零件寿命降低等问题。工业试验结果表明,工作转速3 800 r/min时,处理后钻井液固相的中值粒径D₅₀达到2μm,对应处理量5～6 m³/h,进液量自适应调节可靠。该超高速离心机完全满足了钻井工艺对钻井液中超细固相的净化和处理量的双重需求。     

轴流式气-液旋流分离器分离特性

针对内部设有中心体的轴流式气-液旋流分离器,根据液滴在分离器内部旋流场的受力情况,建立分离器分离效率模型。实验发现,当液滴直径大于10 μm时,通过理论模型求得的液滴粒级分离效率与实验值吻合较好;在一定气速范围内,减小导流叶片出口角、增加中心体直径以及减小排气管直径均能够提高分离效率,即对于一定结构的分离器,存在相应的临界气速能够使分离器的分离效率达到最大值,随气速继续增大,分离效率呈下降趋势。根据实验结果提出分离器在不同工况下的设计准则,当气速高于临界气速时,为保证分离器分离效率,维持较低压降,设计导叶出口角为45°,中心体直径与筒体直径比为0.5,排气管直径与筒体直径比为0.85,分离器长度与筒体直径比为3。当入口气速低于临界气速时,可根据理论模型对分离器结构参数进行调整。     

油品脱水用碟式离心机的流场及分离性能

研究对象为油品脱水用碟式离心机，通过CFD模拟研究了碟式离心机碟片上螺旋型筋条对碟片间两相三维流动的影响规律。结果表明，同一径向位置上，相邻两碟片间液流的周向速度在平行于转轴的面内呈抛物线分布，接触碟片表面处流体跟随碟片旋转，远离碟片处流体的周向速度大于碟片的周向速度；螺旋型筋条能够有效地减小这种滞后性，而且能够有效地减小碟片间流动的湍流强度；不同碟片间的分散相体积分数分布不一，顶层和底层中的高，中间层内的低；同一碟片间，中性进料孔和定距筋条附近有水相浓集现象。螺旋型筋条能够有效地提高分散相分布的均匀性和分离效率，研究发现，螺旋型筋条的碟片结构能使碟式离心机实现航空煤油的高精度分离。     

振动剪切式原油脱水装置及分离性能实验研究

油田常用添加破乳剂的方法处理油水乳化液,费用高,且污染环境。为此,设计了一套产生交变剪切力场的振动剪切式原油脱水装置。以26号白油与清水按1:1的比例配制的乳化液作为实验介质,在0～17Hz的交变频率下进行油水分离实验,处理量为2.4L/min。采样分析表明,剪切振动可使分散相液滴界面膜强度降低,促进了液滴的聚合,能有效提高油水乳化液的分离效率。在实验范围内,振动频率越高,分离效率也越高。但乳化液在分离装置内停留时间过长或过短时,剪切振动对油水分离的作用不明显。     

分离超细催化剂颗粒的微型固液旋流器

以研制适用于脱除炼油和石油化工工程中的工艺物流中残留的超细催化剂微粒的微型固液旋流器为目的,提出了以进料动量为核心的、判别旋流器分离性能的微分分离动力数判别准则。采用直径10mm的微型固液旋流器,取平均粒径16μm的超细催化裂化催化剂粉末为固相、水为液相,进行超细微粒固液分离的实验。实验结果表明,在微型固液旋流器进料流量为3.2～3.5L/min、原料中固体的质量分数为0.520%～1.330%的范围内,修正总分离效率达到96.6%～97.5%;在原料固体质量分数为0.520%时,顶流中固体的质量分数可降至0.018%,平均粒径为5.6μm。实验结果验证了微分分离动力数判别准则的正确性。