旋带式负压振动筛上固相颗粒运移规律研究

负压振动筛作为一种新型的固控振动筛,应用越来越广泛。MUDCUBE旋带式负压振动筛作为负压振动筛的一种重要形式,其结构、运行原理及运移规律有别于其他负压振动筛。介绍了MUDCUBE旋带式负压振动筛工作原理; 建立了固相颗粒物在筛面上的力学模型; 描述了固相颗粒物在筛面的运移规律,其主要运动形式有抛掷运动、相对滑动、相对静止3种。抛掷运动有利于钻井液与岩屑的分离,是振动筛筛上物的主要运动形式。分析了不同工艺参数对固相颗粒物运移的影响规律。现场实际运行情况表明,旋带式负压振动筛处理后固相的含液率比传统振动筛减少了89%左右。     

基于DEM的钻井振动筛筛面固相颗粒运移规律

基于软球模型和Hertz-Mindlin接触模型建立了钻井振动筛的DEM分析模型,结合三维离散元分析软件EDEM对固相颗粒群在筛面上的运移过程进行仿真。选取了6种不同粒径颗粒,针对固相颗粒在筛面上的抛掷运动、运移速度及透筛率进行了分析。分析结果表明,固相颗粒在筛面主要通过抛掷运动来实现向前运移,且抛掷指数是一个动态变化值;随着振动筛工作的进行,颗粒运移速度逐渐趋于一个稳定值,粒径对运移速度的影响很大,粒径越小,运移速度越小;透筛率在颗粒入口处最大,且沿着筛面逐渐降低,因此在入口处应该让颗粒通过抛掷运动尽快向前运移,以减少颗粒堆积情况,降低透筛率。     

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双轴变椭圆振动筛的主要特点是筛面抛掷指数从泥浆入料端到出料端 由大到小递减，在泥浆入端具有较大的抛掷指数，能有效地提高固液分离速度，减少钻井液沿筛面的流程分布；出料端抛掷指数较小，可减少岩屑颗粒的硫碎和透筛量；同时，岩屑沿筛面的运移速度基本保持不变，可保证岩屑顺利排除，并避免了平动筛在出料端输送能力过剩。因此提高了振动筛的处理能力。文章介绍了该筛的工作原理，筛面运动参数的仿真，讨论了力心与质心的相对位置关系对筛面运动规律的影响。给出的结论可以直接指导双轴变椭圆振动筛的设计和研究。     

钻井液振动筛固相运移动力学分析

在推导钻井液振动筛按圆、直线和平动椭圆三种运动轨迹振动方程的基础上,分析了钻井液固相颗粒在非淹没状态下相对于振动筛面做后滑、抛掷、静止和前滑四种状态下的运移动力学条件,即固相颗粒速度和位移的动力学方程。按方程仿真计算得到的固相颗粒运移速度与实测的运移速度相比,相对误差小于15％,吻合较好。综合分析认为,钻井液固相颗粒在平动椭圆振动筛的运移速度高于直线振动筛,在直线振动筛上的速度又高于圆型振动筛。     

复合轨迹振动筛的工作原理及计算机模拟

为了提高钻井液振动筛的工作效率,设计了一种复合轨迹振动筛。根据钻井液振动筛动力学的基本原理,分析了该筛的工作原理,并采用计算机模拟对其筛面运动进行分析。模拟计算结果表明筛面上各点可实现不同的直 线运动轨迹,且在筛箱入口端有较大的抛掷指数,以加速钻井液中固相和液相的分离,在出口端有较大的输送速度,以加速把固相岩屑输送出筛面,防止固相岩屑透筛。该筛可提高振动筛钻井液的处理能力和分离效果;设计时激振力作用线应向筛箱入口端移动,且不能超过极限位置,同时,激振力作用线不能向筛箱出口端移动。     

筒式网振动筛固相运移动力学研究

介绍了一种用于钻井液振动筛的新型筒式结构筛网,这种筛网工作时与筛箱一起振动,同时还绕自身轴线作为旋转运动,具有自洁作用,可大大提高筛分效率。为了定量分析固相颗粒在筒式筛网上的运移规律,对固相颗粒在筒式筛网上的受力情况进行了分析,建立了固相运移动力学模型,提出了筒式筛网的抛掷指数、抛掷运移速度及其计算方法,讨论了筒式筛网的旋转角速度对固相运移速度的影响,给出了旋转角度的极限值计算公式。理论计算结果与试验结果吻合较好。     

不同振型振动筛的岩屑运移和堵筛规律研究

为降低钻井振动筛堵筛率并提高岩屑处理量,对不同振型下振动筛堵筛率和椭圆振动筛不同运动轨迹下岩屑运移规律开展研究非常必要。鉴于此,基于离散元法与振动筛运动理论,建立了不同轨迹振动筛运动模型,对岩屑在筛网上运移过程进行仿真。分析了振动筛不同振型时的岩屑堵筛规律,研究了椭圆振动筛不同长轴方向角与椭圆度时岩屑的运移速度和透筛率的变化规律。研究结果表明:椭圆振动筛的脱筛能力最强,圆振动筛其次,直线振动筛最弱;椭圆振动筛振幅大小一定,轨迹椭圆长轴方向角为45°时,岩屑运移速度最大;椭圆振动筛X方向振幅一定时,岩屑运移速度随轨迹椭圆度的减小而增大,透筛率随轨迹椭圆度的减小而减小。研究结果对提高振动筛筛分性能具有一定意义。     

单轴椭圆型振动筛动力特性的理论分析

单轴椭圆型振动筛是一种结构简单和使用维修方便的钻井液固控设备。常规的单轴椭圆型振动筛具有完全对称的结构，工作状况常常不能令人满意。从理论上对非对称单轴椭圆型振动筛进行了探讨，给出了非对称单轴椭圆型振动筛筛面上各点的运动轨迹、速度及加速度，并对固相颗粒在筛面上的运移机理作了分析。指出尽管非对称单轴椭圆型振动筛更有利于钻屑的排出，运动更趋合理，但在进行结构设计时，激振中心的偏离位置不能超过极限状态，否则会导致钻屑后退。     

波浪形筛网固相运移规律研究

根据钻井液振动筛振动力学的基本原理,通过对波浪形筛网面上的固相受力分析,建立了固相运移动力学模型,分析了颗粒在波浪形筛网面上的基本运动规律,讨论了振动频率、筛面倾角、振动方向角等因素对固相颗粒运移速度的影响。分析结果表明,这种新型波浪形筛网虽然避免了平板筛网的"马蹄铁"效应,但其颗粒运移速度却有所降低。     

筒式筛网振动筛颗粒群运移模型

通过研究筒式筛网上固相颗粒的运移规律 ,可为筒式筛网振动筛的动力学参数选择和结构设计提供指导。根据筒式筛网非淹没区固相运移的实际情况 ,在拟流体假设基础上 ,建立了固相运移颗粒群模型 ,并给出了模型求解方法。在筒式筛网筛筒转速n =8 6r/min下 ,得到颗粒群的平均运移速度试验值为 0 0 90 17m/s ,而其计算值为 0 110 6m/s,表明试验装置的计算结果与试验结果能够吻合。提出的颗粒群运移模型对筒式筛网振动筛的进一步研究具有较大的参考价值。     

钻井筛处理量的数学建模和试验研究

钻井筛的处理量是由钻井液中固相和液相的各自含量决定的。引入固相-筛网干涉系数和筛网固相载荷系数。来计算钻井液中临界、大尺寸固相颗粒对处理量的影响；在综合考虑固相运移速度、钻速、井眼尺寸、钻井液流量、固相的粒度分布和筛孔面积等参数对处理量影响的基础上。建立了钻井筛处理量的实用计算模型。现场试验表明，该计算模型具有较高的精度。对钻井筛的选用具有指导作用。     

节流器内液-固两相流固体颗粒冲蚀数值模拟

建立了考虑颗粒碰撞的颗粒冲蚀计算模型,该数学模型包括:在Eulerian坐标系下求解连续相流场;在Lagrangian坐标系下运用离散颗粒硬球模型求解颗粒碰撞;应用半实验关联式求解颗粒冲蚀速率。对水力加砂压裂施工中节流器内液-固两相流的固体颗粒运动和冲蚀特性进行了数值模拟。计算结果表明,固体颗粒密集于节流器入口到出口的一段狭长区域内,冲蚀速率随流体速度呈指数性变化。颗粒直径越大,冲蚀速率也越大。节流器内冲蚀最严重的位置发生在距离节流器出口上边缘10mm以内的局部区域。     

粒子冲击钻井中粒子回收技术研究

粒子冲击钻井技术中的回收系统是一套独立于原钻机所配套的固相控制系统,主要目的是回收钻井液中粒子并实现粒子的循环使用。通过粒子注入量和岩屑量的计算得出粒子冲击钻井过程中粒子量比岩屑量多。通过粒子筛分试验和磁选机室内试验,选用湿式磁选机作为粒子与岩屑的分离设备,同时选用脱磁机作为粒子的去磁设备。基于粒子回收技术的整体分析,构建了完整的粒子回收方案,设计了粒子回收技术装备的整体安装、连接三维图。针对粒子易生锈的特点,采用水基防锈剂作为粒子储存与保护的方法。     

Numerical simulation of predicting and reducing solid particle erosion of solid-liquid two-phase flow in a choke

Chokes are one of the most important components of downhole flow-control equipment. The particle erosion mathematical model, which considers particle-particle interaction, was established and used to simulate solid particle movement as well as particle erosion characteristics of the solid-liquid two-phase flow in a choke. The corresponding erosion reduction approach by setting ribs on the inner wall of the choke was advanced. This mathematical model includes three parts： the flow field simulation of the continuous carrier fluid by an Eulerian approach, the particle interaction simulation using the discrete particle hard sphere model by a Lagrangian approach and calculation of erosion rate using semiempirical correlations. The results show that particles accumulated in a narrow region from inlet to outlet of the choke and the dominating factor affecting particle motion is the fluid drag force. As a result, the optimization of rib geometrical parameters indicates that good anti-erosion performance can be achieved by four ribs, each of them with a height （H） of 3 mm and a width （B） of 5 mm equaling the interval between ribs （L）.     

基于电场和流场耦合的FCC油浆脱固性能分析

基于有限元分析方法,建立了静电分离场的三维数值仿真模型,模拟得到电场和流场耦合作用下催化剂颗粒的运动轨迹,分析了静电分离器内催化裂化(FCC)油浆流场对催化剂颗粒运动和吸附的影响,颗粒受力与其速度间的关系,以及电压、进口流速等对粒子吸附效率的影响。结果表明：静电分离器中催化剂颗粒的主要吸附位置是填料球接触点处;静止流场中颗粒速度与所受介电泳力之间存在正相关关系,同一电压下,颗粒在静止流场中的分离效率高于在运动流场中的分离效率;颗粒分离效率随施加电压增加而提高,随颗粒在电场入口流速增大而降低。研究结果可为提高FCC油浆静电分离效率和建立连续运行静电分离系统提供参考。     

海上钻井井控期间液气分离器处理能力研究

钻井液气分离器是钻井过程中重要的井控设备，如果使用不当导致可燃气体到达平台，将威胁人员及设备的安全。针对目前钻井井喷期间井喷最大流量主要靠经验来估算，钻井所用分离器主要借鉴油气生产分离器的相关标准等问题，根据多相流理论，给出了钻井井控期间气体和液体的最大流量估算方法；通过对液气分离器的结构和工作原理的研究，考虑分离器的内径和高度、连接管线的尺寸、液封段的高度、钻井液性能、分离器内部气液流速以及分离器的冲蚀，得到钻井井控期间分离器失效的关键因素，指出分离器的失效存在4种形式:钻井液被气体携带排出，气体从排液管排出，钻井液从排气管排出和分离器冲蚀等，结合井喷条件给出了多因素融合的分离器评估方法，以案例的形式给出了老旧分离器改造的措施，保证钻井井控期间分离器的合理安全的使用。