基于CFD的排屑管路弯头局部冲蚀磨损研究

排屑管路弯头磨损失效是气体钻井中的常见问题,严重影响钻进效率。为深入研究弯头磨损机理,采用计算流体动力学CFD软件对弯头内气固两相流场进行了数值模拟研究。研究结果表明,高速气流携带岩屑经过弯头时,受惯性力作用,岩屑颗粒在外壁面一侧汇聚,造成管壁冲蚀磨损,磨损区域位于弯头30°⁶0°转角位置,弯管磨损速率的最大值远高于其平均值,说明弯管局部刺漏要远早于弯管的整体磨损失效。根据弯头磨损分布特点,对排屑管路弯头进行结构改进,在壁面主要磨损位置设置挡板。现场试验结果表明,连续钻进80 m,弯管没有刺漏,钻进效果显著提高。     

天然气管道弯头冲蚀失效机理研究

冲蚀是天然气管道弯头失效的主要原因之一。本文利用计算流体动力学(CFD)对天然气管道弯头的冲蚀失效机理进行了研究,分析了弯头的速度场和压力场,得出了弯头大弧面处为危险面的结论。提出了避免和减缓弯头冲蚀失效的预防措施。     

浓硫酸管道弯头的冲蚀分析与预防对策

通过对浓硫酸管道弯头的腐蚀情况分析,确定了弯头腐蚀的原因是由于浓硫酸的强腐蚀性造成的化学腐蚀和电化学腐蚀;因流速过快,存在的气泡可能会造成弯头的气蚀,以及流动加速腐蚀和冲蚀磨损等。结合生产实际提出了解决问题的预防措施和优化方案。     

基于磨屑收集的套管磨损监测技术

我国西部和海上油气田钻井过程中的套管磨损问题十分突出,套管磨损监测是协助解决套管防磨的关键技术。目前基于磨屑收集的套管磨损监测方法由于缺乏系统的理论指导,监测指标单一和监测方法不统一等原因,不能满足套管磨损现场监测工作的需要。通过理论分析,建立了循环钻井液中磁性磨屑生成与浓度分布模型和磨屑收集的套管磨损监测的总体工作流程,根据磨屑浓度分布规律来确定最佳的监测位置和合理的监测参数。所确立的套管磨损量定量计算方法,结合了磨屑收集与钻杆检测方法,能更准确地计算井下套管线性磨损量。     

水力喷砂器流态分析及冲蚀磨损研究

在水平井压裂施工中,随着施工排量和加砂量的增加,喷砂器的磨损问题也随之加剧。建立喷砂器的理论模型,模拟喷砂器的流场形态,分析流态、速度及含砂量等对结构表面的影响。建立冲蚀模型,并将冲蚀模型应用到CFD得到的流场中,借助Fluent中的散相模型,计算喷砂器结构在不同速度下及含沙量下的最大冲蚀磨损量。根据最大冲蚀磨损量计算出了对应管道的最大冲蚀磨损量,并预测了对应情况的维修时间。分析了影响冲蚀的基本参数,实现了对流态模拟及冲蚀磨损的预测,对现场具体操作有指导意义。     

基于CFD的旋风分离器壁面磨损数值预测

针对旋风分离器在工业应用中存在的磨损问题,采用数值模拟的方法对其壁面的磨损问题进行了预测和分析。颗粒轨道计算时只考虑颗粒与气相之间的相互作用和颗粒的湍流扩散,选用相间耦合的随机轨道模型来计算分离器内颗粒的运动。流场计算采用Fluent中的QUICK差分格式和Simplec算法,选用325目的滑石粉作为模拟计算的对象。结果表明,旋风分离器壁面磨损呈不均匀分布,主要的磨损部位有分离器顶板、环形空间上部以及锥体的端部附近,随着入口速度的增加,各部分的磨损量都有不同程度的增大,且总体趋势一致。     

基于气固两相流的割缝筛管冲蚀模拟研究

目前对气井中防砂筛管的冲蚀研究较少,在设计过程中主要采用经验法来选择筛管精度及气井的生产参数。采用计算流体力学(CFD)方法对气井中割缝筛管的单缝的内部流动规律进行分析,并引入 Tulsa大学冲蚀与腐蚀联合研究中心(E/CRC)提出的冲蚀模型,分析不同生产压差下割缝筛管缝隙的冲蚀特征及最大冲蚀量。结果表明:①筛管梯形缝口窄边处的流速最大,且冲蚀速率最大。随着生产压差增大,穿过筛管缝隙进入筛管内环空的粒子数增多。在流速激增的作用下,增大了粒子对筛管缝隙的冲蚀破坏程度; ②割缝筛管的冲蚀量随着生产压差增大而增加,两者呈指数关系; ③筛管的冲蚀区域主要集中于割缝的两端处,随着生产压差的增加,上端的冲蚀剧烈区域逐渐增大,但下端冲蚀的剧烈区域逐渐缩小。在气井的生产过程中合理设定生产压差,对于长效防砂及提高筛管的使用寿命至关重要。     

基于FLUENT的输油管道弯头冲蚀模拟分析与防控措施研究

针对输油管道弯头冲蚀失效的问题,依据现场实际工况,利用FLUENT模拟软件建立相应的物理模型,再将模型应用到输油管道弯头的固液两相流冲蚀规律研究中.数值模拟结果表明:随着集输压力和颗粒直径的增大,弯头的冲蚀率逐渐减小;随着进口流速的增加,弯头的冲蚀率逐渐增大.通过对输油管道弯头冲蚀规律的研究,在管道弯头运行过程中采取相...     

基于Fluent的弯头结构改进

弯头是改变流体流动方向的典型管道配件,除了用于改变介质运动方向外,还起到提高管路柔性,缓解管道振动和约束力,对热膨胀起补偿作用等。在管道系统的事故案例中弯头的失效率最高,而且弯头的失效又有明显的局部性和突发性,特别是在石化、建材系统中,管道运行工况苛刻、复杂,而且介质腐蚀性强。文章以90°弯头为例,通过FLUENT流体仿真软件对弯管中的流体运动情况进行仿真,进而提出一种弯管改进方法,以提高弯管结构的使用寿命。     

气体钻井排屑管线的技术改造与应用

针对气体钻井排屑管线存在安装拆卸工作量大、管线(特别是弯头)使用寿命短等问题,对气体钻井排屑管线进行了技术改造。通过增加管线通径,缩短单根长度,增加管线支撑,采用快速连接装置以及缓冲装置的方法,彻底改变了气体排屑管线的使用现状。现场使用情况表明,更换弯头时间由原来的1.5h缩短到0.5h,弯头使用寿命明显延长,优化了井场布置,提高了钻井实效,具有显著的经济效益。     

基于CFD技术的离心泵汽蚀性能优化

以TSY500-400-895型离心泵为研究对象,采用ANSYS CFX软件进行离心泵内部流动的数值计算与汽蚀模拟,预测了设计工况(Q=2 700 m³/h)下离心泵的临界汽蚀余量(NPSH_r)。在此基础上对离心泵叶轮的结构参数进行了优化设计,优化后泵的临界汽蚀余量降低了1～1.5 m,汽蚀性能得到了有效改善。在试验台上对优化前后的离心泵进行汽蚀性能试验,并与数值模拟的预测结果进行比对,结果显示,NPSH_r预测值与试验值基本吻合,表明利用流体动力学(CFD)软件进行汽蚀分析,可以有效地指导工程实践。     

基于Fluent的天然气运输管道弯头冲蚀模拟分析与防控措施研究

针对天然气运输管道的典型弯道冲蚀问题,依据现场实际生产情况,基于Fluent流体模拟软件建立相应的物理模型,选用standard k-ε模型、DPM离散相模型和冲蚀速率方程,分析讨论了固体颗粒直径、气体流速以及弯管角度对弯管冲蚀磨损的影响规律。结果显示:流体流速越快,颗粒对弯道的冲蚀越明显,流速与冲蚀率呈正相关;在同一流速下,随着颗粒粒径的增大,冲蚀率逐渐减小,最后趋于稳定;不同角度的弯头受到的侵蚀是不同的,应根据现场操作环境的差异,设计合适角度的弯头。模拟分析结果表明,天然气流速和固体颗粒直径是影响管道弯头冲蚀率的主要因素,并根据模拟结果提出了冲蚀防控措施。     

水下应急封井装置内部冲蚀磨损数值模拟

水下应急封井装置是一种应急抢险设备,用于水下井控失败后的抢险救援。为了解水下应急封井装置在不同工作状态下的磨损情况,对不同工况下应急封井装置的内部流动进行了CFD数值模拟。通过分析5种工况下内部管道的磨损率分布,确定磨损较严重的位置,并对其结构进行了优化。分析结果表明:主垂直管开启(工况1和工况2)时,最大磨损率较小,磨损主要分布在主垂直管的分流孔附近;主垂直管关闭时,最大磨损率明显增大,磨损严重的位置位于直角管下游管道外侧壁面,以及直角管内侧拐角处;将直角管结构改为盲三通可以显著减小该处的磨损率。所得结果可为水下应急封井装置的结构设计和优化提供一定参考,有助于加快我国水下应急装备的研究进展。     

节流管汇冲蚀磨损研究及结构改进

提高节流管汇的抗冲蚀能力、减少节流管汇的失效概率,对于成功控制溢流、实现井控安全有重要意义。从冲蚀磨损机理、数值模拟仿真和结构改进等方面开展了节流压井管汇防冲蚀磨损研究。模拟结果认为,随着开度的增大,钻井液冲蚀速度在不断降低,但钻井液速度仍高于临界冲蚀速度,冲蚀区域主要发生在下游管路入口和出口附近的管壁上。针对数值分析结果,提出了节流管汇结构改进方案。改进后的节流管汇现场试验时,防冲刺短节内部无明显的冲蚀现象,防刺效果较好,满足现场使用要求。     

液固两相流对活动弯头的冲蚀研究

为了探究流体在输送中对活动弯头的冲蚀规律,以76. 2 mm (3 in) 10型长半径活动弯头为研究对象,建立了该型号活动弯头的物理模型。利用Fluent软件进行仿真分析,分别针对活动弯头的安装角度、流体进口速度、固体颗粒质量流量及固体颗粒直径等因素进行了数值模拟。研究结果表明:流体对活动弯头的冲蚀速率随着安装角度的增加呈现出先增大后减小的变化规律,并且在安装角度为3π/8时冲蚀速率达到最大值;随着流体进口速度的增大,其对活动弯头的冲蚀速率逐渐增大,其增长速率也逐渐增大;冲蚀速率与固体颗粒质量流量呈线性正相关关系;当固体颗粒直径增大时,冲蚀速率呈现出先减小后增大的变化规律,在颗粒直径为150μm时达到最小值,在颗粒直径大于500μm时,冲蚀速率的增长趋于平缓。研究结果可为活动弯头的进一步优化设计提供参考。     

基于CFD的三缸柱塞泵泵阀失效机理研究

针对柱塞泵易损件泵阀使用寿命短,制约钻井泵向高压、高冲次、大排量方向发展的现状,利用CFD相关软件对泵阀排出端3种开度下的内流场分布进行了仿真计算。结果表明,在排出端,流过阀隙的流体速度较大,且在阀盘两底角处速度最大,该处密封圈容易被撕裂造成泄漏。另外,在流体流经腔体内部时,产生了部分涡流和回流,因此最高冲次下的流体可能会对排出腔产生一定的影响,该结论与实际情况吻合。该项研究结果对泵阀的优化设计及延长泵阀使用寿命有重要的指导意义。     

基于CFD的旋流器尾管段尺寸优化

在保持旋流器模型其他结构尺寸不变的情况下,改变尾管段结构尺寸,在CFD中建立相应旋流器三维实体模型,并对其内流场进行模拟计算与分析。在CFD后处理（Postprocessor）模块中,对其分离性能进行对比分析,得出较优的旋流器模型,为传统的结构设计提供了一种新方法。     

潜孔钻头排屑槽布置方式对井底流场影响的研究

在勘探钻井过程中,现场应用的潜孔钻头存在排屑能力差、井壁冲蚀破坏严重的问题,这与钻头井底沈场分布有着密切关系,而钻头排屑槽的布置方式又对井底流场的分布及流体的排屑能力起着重要作用.本文充分考虑了钻头排屑槽的布置方式对井底流场的影响,建立了与实际相接近的潜孔钻头井底流场物理模型,在计算流体力学软件Fluent中将CAD模型转换为相应的CFD井底流场模型,运用k-ε两方程模型,对钻头排屑槽布置方式对井底流场的影响进行了数值模拟研究,找到了钻头排屑槽布置方式对井底流场的影响机理,为设计排屑能力强、对井壁冲蚀破坏小的新型潜孔钻头提供了理论依据.     

压裂液返排期间放喷油嘴的磨损规律研究

压裂液返排期间,由于支撑剂的回流返吐导致放喷油嘴磨损严重,不仅增加了更换油嘴的成本,而且影响压裂施工效果。为了延长放喷油嘴的使用寿命,基于光滑粒子流体动力学(SPH)和有限元(FEM)的耦合方法,对压裂液返排期间放喷油嘴的磨损规律进行数值模拟研究。以磨损速率为判断标准,优化设计了放喷油嘴的内流道结构,优选了油嘴材料,探讨了支撑剂质量分数和粒径对油嘴磨损程度的影响。研究结果表明:放喷油嘴收缩段与直线段的过渡段和出口处的磨损最严重,优选油嘴的内流道结构为流线形,收缩段长度为25 mm,整体长度为42 mm,材料为陶瓷;随着支撑剂质量分数和粒径的增加,放喷油嘴的磨损速率均呈现先增大后减小的规律;优化的放喷油嘴耐磨性强,使用寿命长,可保证压裂液返排施工高效进行。研究结果可为高压高含砂条件下的耐磨油嘴设计提供参考。     

潜孔钻头排屑槽布置方式对井底流ε场影响的研究

在勘探钻井过程中,现场应用的潜孔钻头存在排屑能力差、井壁冲蚀破坏严重的问题,这与钻头井底流场分布有着密切关系,而钻头排屑槽的布置方式又对井底流场的分布及流体的排屑能力起着重要作用。本文充分考虑了钻头排屑槽的布置方式对井底流场的影响,建立了与实际相接近的潜孔钻头井底流场物理模型,在计算流体力学软件Fluent中将CAD模型转换为相应的CFD井底流场模型,运用k-ε两方程模型,对钻头排屑槽布置方式对井底流场的影响进行了数值模拟研究,找到了钻头排屑槽布置方式对井底流场的影响机理,为设计排屑能力强、对井壁冲蚀破坏小的新型潜孔钻头提供了理论依据。