磁-流场耦合气-固流化床气含率的模拟

在内径0.16 m、高2.0 m的磁-流场耦合气-固流化床内,以空气为气相、掺杂铁粉的纳米SiO_2(平均粒径16 nm和48nm)为固相,应用Fluent软件将磁场模型与Fluent软件中的传统模型结合,模拟研究磁-流场耦合气-固流化床内磁场强度对局部气含率、平均气含率和轴向压力波动均方根的影响规律。模拟结果表明,随磁场强度的增加,局部气含率和平均气含率均增大,局部气含率径向分布的非均匀性增大;在一定磁场强度下,随颗粒粒径的增大,局部气含率及其径向分布的非均匀性均增大;在低磁场强度作用下,床内的局部气含率变化明显,多处出现大气泡;在高磁场强度作用下,床中局部气含率变得较均匀;随磁场强度和床层轴向高度的增加,床层内局部压力波动均方根增大。     

气-液-固三相相平衡热力学模型预测石蜡沉积

在油气开采过程中,当体系的温度、压力或组成等热力学条件发生改变时,油气体系内的蜡质、胶质、沥青质等有机固相物质将会从体系中析出而沉积,给油气田生产带来严重的危害.采用状态方程和溶液理论相结合而建立了能模拟石蜡沉积的气液固三相相平衡热力学模型.根据正规溶液理论描述固相混合物的非理想性,采用状态方程描述气相和液相的相态.运用该模型对某一含气原油进行了蜡固相沉积模拟计算,计算结果表明,压力对蜡沉积有较大的影响,压力对蜡沉积点温度的影响在低于饱和压力下比高于饱和压力下的影响更为显著.     

气-液-固三相相平衡热力学模型预测石蜡沉积

在油气开采过程中,当体系的温度、压力或组成等热力学条件发生改变时,油气体系内的蜡质、胶质、沥青质等有机固相物质将会从体系中析出而沉积,给油气田生产带来严重的危害.采用状态方程和溶液理论相结合而建立了能模拟石蜡沉积的气-液-固三相相平衡热力学模型.根据正规溶液理论描述固相混合物的非理想性,采用状态方程描述气相和液相的相态.运用该模型对某一含气原油进行了蜡固相沉积模拟计算,计算结果表明,压力对蜡沉积有较大的影响,压力对蜡沉积点温度的影响在低于饱和压力下比高于饱和压力下的影响更为显著.     

控压钻井节流阀液-固两相流冲蚀预测及验证

运用欧拉-拉格朗日法和离散相模型,预测了节流阀内部粒子运动和分布规律,利用半经验冲蚀模型求解了颗粒对阀芯的冲蚀率,并设计相关实验验证了数值模拟的准确性。结果表明,数值模拟能够较为精确地预测节流阀阀芯的冲蚀轮廓;5 h以内的预测冲蚀损失量与实验数据贴合度很高,5 h以后的预测数据经合理修正后与实验结果相近,随冲蚀时间增长,预测误差逐渐减小,最终达到1% 以下;该模型能够用于预测控压钻井节流阀复杂流场的冲蚀,有望为控压钻井节流阀的进一步优化设计提供参考。     

投球式滑套球座液-固两相流冲蚀预测及验证

针对水平井投球式滑套分段压裂技术在现场施工中极易出现压裂液中固相颗粒对球座冲蚀磨损问题,文章提出在球座表面喷涂硬质合金涂层和碳化钨涂层的方法,探索球座的耐冲蚀性能;运用欧拉-拉格朗日法、浓密离散相模型和半经验冲蚀模型求解了颗粒对球座的冲蚀速率。结果表明,数值模拟能够较为精确地预测不同涂层球座冲蚀后的轮廓;与碳化钨涂层相比,硬质合金涂层更耐冲蚀,随着冲蚀时间延长,球座质量损失逐渐增加。该模型能够用于预测球座复杂流场的冲蚀,有望为球座进一步优化设计提供参考。     

组合气-固环流床与常规气-固环流床流动特性的比较

针对石油炼制装备中所涉及的组合气-固环流床和常规气-固环流床,通过大型冷模实验对二者整体流动特性和局部流动特性进行了对比研究。结果表明：在导流筒区表观气速、环隙区表观气速和床层内颗粒静床高度相同的条件下,组合气-固环流床和常规气-固环流床的导流筒区整体平均固含率、环隙区整体平均固含率及两区整体平均固含率差差别较小,组合气-固环流床内的颗粒环流速度较大。在床层各区域局部流动特性上,在分布器区和导流筒区下部,组合气-固环流床的局部固含率和颗粒速度均较大;在导流筒区中部,二者的局部固含率和颗粒速度均差别较小;在导流筒区上部和气固分离区,组合气-固环流床的局部固含率较小,颗粒速度较大;在环隙区,二者的局部固含率差别较小,而组合气-固环流床的颗粒速度较小。     

S32205不锈钢弯管在气固两相流下的冲蚀模拟研究

页岩气开发时,其高压气流携带颗粒对传输管线弯头的冲蚀给页岩气的安全集输带来严重威胁。为了页岩气管道安全,使用CFD-DPM模型,选取砂配比、流速及压力等因素进行正交实验,研究了S32205双相不锈钢材质的90°弯管在气固两相流环境中的冲蚀情况,分析了弯头部分的流场变化。结果表明：S32205不锈钢的最大冲蚀率为5.30×10^-3mm/a,最小冲蚀率为3.87×10^-4mm/a;在多项参数中,流速对弯管的冲蚀影响较大,砂配比次之,压力对弯管的冲蚀影响最小;流场分析结果可知,气流在弯头外侧压力较高、流速较低,在弯头内侧流速较高、压力较低。     

突扩突缩管内液-固冲蚀的数值模拟

采用数值模拟的方法研究了突扩突缩管内的紊流及液-固冲蚀过程。计算得到的管内流场特征与实验数据吻合较好,验证了所采用的湍流模型和计算方法的准确性。在流场模拟基础上,应用自定义函数(UDF)的方式修正了计算流体力学软件(Fluent)中的固有冲蚀模型,并重新模拟计算了突扩突缩管内的冲蚀过程。结果表明,修正后的冲蚀模型计算得到的冲蚀速率与实验数据吻合较好,较为准确地预报了管内冲蚀过程,可以用于管道及设备冲蚀的工程预报。     

提升管反应器不同喷嘴角度的气固流动特性研究

在大型循环流化床冷态模拟试验装置上对喷嘴与提升管竖直方向的不同夹角进行了考察。对3种不同夹角结构下的颗粒浓度轴径向分布、瞬时颗粒浓度信号以及概率密度进行了分析研究，结果表明：在预提升段和输送段3种结构并无明显差别，颗粒浓度以及瞬时信号波动的差别主要集中在喷嘴上方附近区域；相比于传统等径提升管而言，变径提升管内床层固含率增加，颗粒浓度分布更加均匀，颗粒浓度梯度减小，有利于气固两相的混合与接触；在变径提升管内，随着喷嘴角度的增大，气体在整个截面上的扩散速度增加，径向分布更加均匀，气固分离现象得到了有效抑制，气固湍动剧烈，接触效率较高。     

套管壁面颗粒冲蚀预测及减弱措施研究

为了准确预测套管壁面的冲蚀及制定相应的减弱措施,采用离散颗粒硬球模型来描述颗粒的运动,用半试验关联式来计算颗粒的冲蚀速率。提出在套管壁面设置一定数量的肋条来减弱冲蚀的方法,并对肋条的几何参数进行优化。结果表明,颗粒在油套环空内的分布呈现不均匀特征;设置肋条不仅可降低套管壁面附近连续相的流速,还可使颗粒以较低速度沿套管壁面聚集,将60%以上颗粒的冲击速度降低到0.5m/s以下,降低颗粒与壁面碰撞的平均速度,极大地提高了套管壁的抗冲蚀性能;当肋条高度为4mm、肋条宽度与间距相同(5mm)时,布置10个肋条就可以收到相对最佳的抗冲蚀效果。     

固态流化采掘天然气水合物藏的水平管段固相颗粒运移特征

为了弄清在固态流化采掘条件下,海洋非成岩天然气水合物(以下简称水合物)藏固相颗粒在水平管段内的运移规律,基于液固两相流模型,采用Fluent软件耦合EDEM软件模拟了在水平管段不同液相速度、不同粒径、不同丰度下的水合物固相颗粒运移特征,并采用大型固态流化采掘物理实验模拟工具对数值模拟结果进行验证。研究结果表明：①单颗粒水合物在水平管段中的运移方式以跃移和蠕移为主,水合物颗粒群在水平管段中的运移方式受水合物丰度、液相速度、管径、水合物固相颗粒粒径影响较大;②当水合物丰度较低、颗粒粒径较大、液相流速较低时,固相颗粒运移方式主要以跃移、蠕移为主;③当水合物丰度较高、颗粒粒径较小、液相流速较大时,固相颗粒运移方式主要以悬移为主;④提高液相进口速度是提高水平管内净化效果的有效手段。结论认为：①选取破碎效果较好的二级破碎工具可以提高水平管段固相颗粒群的净化效果;②水合物固态流化开采水平管段内压力降主要受液相流速影响较大,在满足举升泵设备负荷前提下,应调整注入排量来达到合适的液相流速。     

随机时空地震载荷下长输埋地压力管道的响应分析

传统长输管道的抗震研究仅考虑随时间变化的一致地震激励,而客观上长输管道遭受的地震载荷是随时间和空间同时变化的四维时空激励。为此,从统计学的角度将其作为随机过程和随机场进行研究,考虑场地类型的影响,基于随机过程的随机地震功率谱模型——Clough-Penzien模型的正交展开和随机场的半理论半经验模型,建立了适合于实际工程的随机时空地震载荷的数学模型,进行多点激励下的管道响应分析,结合von-Mises第四强度理论进行埋地压力管道的应力分析,并以某长输埋地压力管道为例,进行了数值模拟与分析。研究结果表明:(1)对于长输管道而言,非一致地震激励下的响应大于一致激励下响应的影响;(2)四维时空地震场域的耦合响应可以基于地震数据和模型处理后再进行分析;(3)地震作用下长输管道的响应具有随机时空的特性。结论认为:长输埋地压力管道在遭受地震载荷时,科学合理的分析设计方式需要同时考虑时空效应的影响;所建立的随机时空地震载荷模型,对于长输管道抗震设计具有重要的参考价值。     

阿姆河右岸酸性气田井口冲蚀及对策

中亚土库曼斯坦阿姆河右岸气田群为高含H_2S和CO_2的碳酸盐岩气藏,单井产量高,井口设备均出现了不同程度的腐蚀。初步分析认为其原因是生产过程中仅考虑酸性介质对气井井口的化学腐蚀,而没有考虑气体流速对井口的冲蚀作用,极大地影响了气田的安全生产。为此,通过对节流阀上下游阀道、法兰面均出现明显坑状腐蚀的进一步分析,明确了化学腐蚀和气体冲蚀的交互作用是井口磨损的主要影响因素,气流冲刷腐蚀坑的化学腐蚀产物会加速冲蚀损害;进而借鉴冲蚀与腐蚀运行环境下的多相管流管道的磨损计算理论,计算了该运行环境下的冲蚀极限速度,得到了不同生产工况下节流阀的抗冲蚀流量;最后,根据气田生产情况,针对性地提出了按气井配产要求来选择采气树类型、节流阀通径及类型冲蚀的技术控制策略。此举为气田安全生产提供了工程技术保障。