油井管特殊螺纹设计技术分析

概述了油井管特殊螺纹设计技术在国内外的发展情况,以及油井管对特殊螺纹接头的性能要求。重点从油井管特殊螺纹的连接螺纹、密封面和扭矩台肩3个方面介绍了常见特殊螺纹的设计特点,对不同设计方式的特殊螺纹接头性能进行了对比分析,同时提出了优化特殊螺纹性能的基本设计原则和思路。     

导流板对旋风分离器内非轴对称流动的影响

采用雷诺应力模型(Reynolds Stress Model,RSM)对环形空间设有导流板的旋风分离器内的气相流场进行模拟研究,分别考察了导流板径向、周向位置和导流板半径、数目对旋风分离器内气相流动的影响。结果表明:导流板半径和导流板数目对气相流动的影响最大;导流板数目为2时,可有效抑制非轴对称流动,但导流板数目进一步增多会使流场的轴对称性变差;导流板半径越大,流场的轴对称性越好;外旋流区的切向速度越大,越有利于提高分离器的性能。     

PDVSA EM-18-00/10 J55钢级HFW套管的开发

针对海外某HFW套管项目技术要求远高于常规API标准要求的特点,分析用户附加标准PDVSA EM-18-00/10,提出J55钢级HFW套管的材料要求、工艺路线及检(试)验要求,并对制管和检(试)验结果进行分析。分析认为:生产的成品具有良好的塑性、强度和韧性,较小的残余应力,较好的抗沟槽腐蚀性能,各性能满足API Spec 5CT—2011标准和用户附加技术要求。     

新型顶驱下套管装置传动缸优化设计

利用Ansys Workbench软件对新型顶驱下套管装置的传动缸进行了拓扑优化和尺寸优化设计。基于变密度法和中心复合设计法,分别建立拓扑优化设计和尺寸优化设计数学模型,并给出了拓扑优化和尺寸优化流程。按照建立的数学模型和设计流程对顶驱下套管装置传动缸进行结构优化,得到其最优尺寸组合。分析结果表明,优化后的传动缸在满足应力要求的条件下质量减轻了20%,节省了制造材料。     

幂律流体偏心环空流动中的波动压力修正模型

在石油钻井过程中,井眼环空中的流动多为幂律流体偏心环空流动.Burkhardt公式仅适用于同心环空流动,用来计算偏心环空流动中的波动压力时存在较大误差.通过CFD数值计算,分析了环空比和偏心度对幂律流体偏心环空中波动压力的影响.结果表明:在大环空比的情况下,波动压力随偏心度增大而减小;在小环空比时波动压力随着偏心度增大而出现先增大后减小的趋势.建立了Burkhardt公式中的常系数和泥浆粘附系数与环空比和偏心度之间的函数关系,从而扩展了Burkhardt公式的适用范围,使之可以计算幂律流体偏心环空紊流流动的波动压力.将扩展型Burkhardt公式的计算结果与文献中的数据进行了对比,误差＜9％.     

幂律流体偏心环空流动中钻井液粘附系数研究

为了研究偏心环空中钻井液的粘附系数,建立了幂律流体偏心环空理论模型,用有限元软件Fluent对所建模型进行了模拟计算,分析了在环空紊流模型下钻井液粘附系数与套管运动速度及偏心距之间的关系,并对比分析了钻井液粘附系数和波动压力随偏心距的变化趋势。模拟中紊流计算采用κ-ε模型,假设幂律流体做稳定不可压缩流动。分析结果表明,当偏心距从0增大到完全偏心时,钻井液粘附系数减小值大于52%,受套管运动速度的影响较小,可以忽略;钻井液粘附系数和波动压力随偏心距具有相同的变化趋势,随着偏心距的增大,环空中波动压力逐渐减小,且从同心环空到完全偏心波动压力减小了74%。     

静电分离器中电场和电流体特性试验研究

利用静电分离技术从空气中分离平均直径为2μm的油滴,对小尺度的线—板式静电分离器的电晕放电特性和流型特征进行试验研究,放电电极接高压电源正极。测试在不同的气体流速、油滴浓度条件下分离器的伏安特性曲线。利用高速摄像机对其中的电流体流型特征进行可视化研究,试验测定进口流速为0.2 m/s、0.3 m/s、0.4 m/s,施加电压从0～16 kV条件下电流体流型的变化,得到在不同的施加电压和气体流速下的流型分布图。试验表明,进口流速对分离器的电场影响并不明显,而油滴浓度对电场有很大的影响,在相同的施加电压下电流密度随着油滴浓度的增大而降低。电流体流型的变化取决于进口流速和施加电压的相互作用。得到在不同的描述惯性力和电场力关系的量纲一参数雷诺数和电流体数下5种代表的电流体流型。     

新一代螺旋轴流式多相泵的外特性试验研究

多相混输技术使得未经处理的多相井流或其它多相流体能够在无需分离的前提下实现长距离输送。作为多相混输核心技术之一,螺旋轴流式多相泵与其它多相泵相比具有独特优势,诸如排量大,结构简单、紧凑,对固体颗粒不敏感等。在创建新试验台的基础上,本文以中国石油大学（北京）自主研发的新一代螺旋轴流式多相泵为研究对象,在不同工况下对其进行外特性试验研究。叙述了新一代螺旋轴流式多相泵试验样机的基本特征及新试验台架的基本特点,通过试验测定了多相泵的运行稳定性及多相混输性能。实验表明,新一代螺旋轴流式多相泵能够输送单相或多相流体,并且测定了转速、进口含气率、吸入压力等参数对多相泵性能的影响。多相泵的性能随着转数和进口吸入压力的提高得到明显改善：增压提高,高效区变宽,最优工况对应的流量增大。当含气率升高时,多相泵内两相流体产生速度滑移,泵内流型发生转变,导致多相泵振动、性能不稳定,多相泵的增压能力降低。通过和前几代多相泵进行对比,总结了本多相泵性能的特征,为今后多相泵的设计提供了依据。试验研究发现入口气液混合程度的好坏对泵的外特性及工作稳定性有很大影响,文章最后讨论了在多相泵入口设置均混器的必要性以及试验所用均混器的基本特征。     

螺旋轴流式多相泵试验及相似性能研究

对研制的多相泵样机做了相似设计,并对相似设计结果进行优化,以便开发出拥有更高性能参数的新一代螺旋轴流式多相泵。对第3代叶片式多相泵在转速3900、4200、4500r/min下做了现场试验,对试验结果进行了讨论,验证第3代多相泵在纯水和气液混输工况下的相似性能。结果认为,在设计转速周围,不同转速下纯水工况无量纲化扬程系数-流量系数曲线基本重合,多相泵基本满足相似设计;在多相混输工况下,含气体积分数从0～90%变化过程中,不同转速下扬程系数-流量系数曲线基本重合,第3代螺旋轴流式多相泵在气液混输工况下满足相似性能。     

油气混输多相泵的密封技术研究

多相混输技术使未经处理的多相井流或其它多相流体能够在无需分离的前提下实现长距离输送,这对边际油田、卫星油田以及深水油田的开发有着重要意义。采用多相混输技术不仅能够节约基建投资,而且还能增加油田产量、延长老油田的寿命,为油气田的开发另辟了一条经济实用的途径。多相泵作为多相混输技术的核心设备之一,其工作条件十分恶劣。输送气液两相流体的增压设备本身对密封就有特殊要求,而多相泵不仅要输送气液混合物,还要承受断塞流工况所产生的交变的冲击载荷,更容易导致密封失效、密封液泄漏增加,这就给多相泵的机械密封提出了更苛严要求。本文针对多相泵的常见工况及在多相密封中遇到的问题,探讨目前多相泵常用的机械密封的技术要求、材料选择、密封机理、典型密封装置及应用效果,为今后多相泵机械密封的设计提供参考。