基于CFD的浓密机给料井停留时间分布模拟

采用CFX软件对浓密机给料井内的流体流动进行模拟,附加无反应组分输运方程研究流体停留时间分布(RTD),并考察了操作参数和结构的变化对RTD的影响。结果表明,随着给料流量的逐渐增大,给料井内的死区会减少,混合流与柱塞流会逐渐增多。此外,隔板安装高度的变大与过流面积的减少都会减少给料井内的死区区域,提高给料井的利用效率。     

井筒内煤粉对单相流煤层气井井底流压的影响

根据煤层气井井底流压的分段计算方法,考虑井筒内煤粉含量和流体流动对井底流压的影响,建立了上行气固两相压差模型和下行液固两相压差模型,给出了考虑井筒内煤粉和流体流动的井底压力计算方法,并分析了井筒内煤粉对井底压力的影响,结果表明:井筒内煤粉对煤层气井井底压力的影响不可忽略。通过实例分析,当井筒内煤粉含量为3%时,由煤粉和流体流动引起的压差最大为0.147MPa,平均压差为0.13MPa。根据实测的井底流压通过该计算方法可以反求井筒内煤粉的含量,即根据井底压力的变化可以监测井筒内煤粉浓度的变化;依据煤粉排出量,可以得到未排出煤粉的量,进而估算未排出而沉积井底的煤粉量,得到埋泵所需时间,为修井作业提供参考。     

新型水力分级机数值模拟及试验研究

传统水力分级机给料方式通常为垂直给料,容易造成分级腔内流场紊乱,特别是高速给料时流场恶化尤为严重,导致分级精度低、分级效率低等问题。为此,提出一种切向进料、带有W型反射盘的新型水力分级机。采用计算流体动力学软件对新型水力分级机内部流场进行了数值模拟分析。结果表明:新型分级机通过设置切向进料管结构,物料以螺旋下降方式进入分选腔,下降速度降低,物料分散更充分;通过在给料口设置W型反射盘后能够产生向上折返流,减缓了物料与上升水流的对冲,内部流场分布更均匀;适当增加给料速度后,对新型分级机分级腔内湍动能影响不大,有利于物料分级,提高分级精度。对粒径小于0.075 mm的铁粉进行分级对比试验表明:新型分级机分级效率是传统型分级机的1.25倍,溢流产率是传统型分级机的1.46倍。相比于传统分级机,新型分级机在分级效率和产率2方面都得到了有效改善和提高。     

复合曲线型进料体旋流器数值分析和试验性能探究

水力旋流器是一种常见的固液分离设备,但由于其自身结构的限制,致使旋流器分级精度不高。进料体作为多相流进入旋流器的首要通道,对旋流器分级性能有着重要影响,但进料体内高湍流场引起的湍流扩散以及颗粒间的相互碰撞挤压造成的颗粒分级精度低等问题亟待解决。因此,本文设计了一种复合曲线式进料体结构旋流器,通过对进料体内部流场和颗粒运动调控,降低细颗粒进入底流的比例,从而达到提高分级精度的目的。采用数值分析法探究了直线式进料体、渐开线式进料体、涡状线式进料体、直线导流式进料体以及复合曲线式进料体五种进料体结构旋流器内的流场特性和分级性能特性,突出了复合曲线式进料体旋流器的优越性,分别从压力场、速度场、分级效率等方面进行了全方位探究,最后对其进行了试验探究。结果表明：复合曲线式进料体结构相比于其它进料体结构具有更好的细颗粒分级性能,且内部流场更加稳定,同时等压面分布呈规律性变化,颗粒运动更加平稳。复合曲线式进料体的切向速度明显高于其它进料体结构,颗粒获得更大离心推动力,颗粒更易分级。通过试验探究发现,复合曲线式进料体旋流器的质效率为46.32%,比常规进料体质效率提高了7.32%,复合曲线式型底流中-24μm颗粒含量比常规型降低了15.07%。溢流中-24μm颗粒含量比常规型提高了3.39%,颗粒分级精度大幅提升。     

不同进料流量下深锥浓密机给料井流场特性可视化试验研究

全尾砂颗粒群在深锥浓密机给料井内的絮凝沉降行为是固液分离的关键环节。为探究给料井内流场特性,从而提高尾砂深度脱水性能,基于给料井亚克力相似模型、粒子成像测速技术和絮团示踪技术,设计了一套深锥浓密机给料井内流场特性可视化试验系统,并对不同进料流量下给料井原位絮凝体系下的全尾砂颗粒群流场进行了可视化研究。研究结果表明：随着进料流量的增加,相对停留率和湍动能衰减率整体上逐渐增大并趋于稳定,且进料流量存在极限最优值;当进料流量过小时,进料初始动能不足,全尾砂无法充分在给料井内做螺旋运动,絮凝效果较差;当进料流量过高时,给料井出口湍动能仍较大,破坏已完成絮凝的颗粒群,絮凝效果也较差。     

煤层气井两相流多参数探测技术

为充分认识煤层气排采过程中井筒气水两相流参数变化特征及流动规律,研制了煤层气井流体参数监测仪。该监测仪可对煤层气垂直井下油套环形空间气水两相流体压力、温度、液位、流速、密度分布以及气泡形态进行实时监测,为预测井下流体参数变化特征,研究气藏及井筒气水两相流动规律提供实测值。从监测仪的原理与结构出发,建立了井筒两相流关键参数(密度分布、气泡形态、流速)的探测方法。基于此,煤层气井流体参数监测仪在煤层气/页岩气排采,智能调控排采工况方面具有应用前景。     

煤直接液化减压进料阀组数值模拟与优化

以煤液化减压塔进料前的角阀、球阀及相联管道(简称“减压进料阀组”)的冲蚀磨损失效为研究对象,采用RNG 湍流模型、蒸发-凝结模型、随机轨道模型,结合高温冲蚀磨损实验修正建立的冲蚀磨损模型,数值计算了角阀典型开度下流速、相分率和壁面磨损率等参数的分布规律,并结合实际损伤形貌验证了冲蚀磨损数值方法的正确性。研究结果表明：角阀流道为缩放结构,阀芯头部流速增加,压力降低,发生汽-液转换形成局部空化;空化引起阀组流道内有效传输面积减小,流体介质速度提高,对固相颗粒的拖曳加速效应显著,高速的颗粒碰撞壁面是造成球阀端面及出口管道冲蚀磨损的主要原因。基于等磨损速率对比分析角阀不同入口角度与球阀位置的对应关系,以此提出优化方法。本研究有望为含固多相流介质节流设备的耐磨损优化设计和防控提供参考。     

有关巨厚及超厚煤层试井的研究

基于流体渗流的基本微分方程和流体在煤层中渗流压降公式,讨论了巨厚煤层、超厚煤层打开后流体的半球形流动、球形流动方式,以及如何识别半球形球形流动阶段,并指出半球形球形流动特征在双对数图上是一条斜率直线,在球形流直角坐标系中是一条m斜率直线,同时结合现场实例对全部打开或部分打开巨厚超厚煤层试井出现的各个流动阶段进行说明。研究结果表明,部分打开巨厚特厚煤层试井大多数情况下半球形流动阶段会出现,但是部分径向流阶段不一定出现;同时建议巨厚特厚煤层部分打开后做注入/压降试井。     

通风机扩散器结构与风速场形成相关性分析

目前人们对通风机扩散器内的空气流动和出口处的流场分布情况还缺乏深入研究,因此无法为通风机结构的合理设计、材料的选用及分布流提供理论依据。通过ANSYS有限元分析软件对通风机扩散器内的空气流动进行仿真分析,得到流体的速度并对风机出口处的速度场进行了数值模拟,为风机的优化设计提供了依据。     

煤层气井关井井底压力恢复模型

为了准确拟合煤层气井关井井底压力变化,基于煤层流体渗流规律和流体稳定流动能量方程,依据煤层气井情况分阶段建立了井底压力恢复模型。依据韩城WL1井地层参数,得到了关井时井底压力动态变化规律。结果表明:井底压力恢复双对数曲线中气水两相流阶段和单相水流动阶段斜率不同,分别为0.3919和0.0682,其后期曲线趋于水平,类似于压裂井二开二关压力恢复试井双对数曲线。随着井底压力的恢复,储层渗透率和解吸半径逐渐减少。当井底压力由1.1MPa恢复到2.36MPa时,解吸半径由11.97m减少到4.46m,产气量由3200m3/d减少到444.25m3/d。     

充填采煤固体物料垂直投料井施工工艺研究

为了提高充填采煤固体物料垂直投料井施工速度及成孔质量,基于固体物料垂直投料井结构特征,分析了投料井成井技术难点,并研究了投料孔施工、投料管安装,以及投料孔测斜等一整套施工工艺.结果表明,采用多级钻进扩孔、浮板法下管和多种测斜相结合的工艺可确保投料井施工质量.该工艺在我国某煤矿进行了应用,投料井钻进速度达6 m/d,垂直度为1‰.     

煤层气直井井筒环空压力模型

为实现煤层气直井排采各阶段井筒环空压力分布的计算,为煤层气井的控压排采提供指导。结合国内煤层气井的生产实际,研究了以油管排水、环空产气为生产方式的煤层气直井,在排采各阶段的井筒内流体分布状态。提出了环空内的纯液流仅出现于煤层气解吸产出前;气液两相流阶段的环空内仅产生泡状流与段塞流;环空内气体上升不携液。基于此,采用水动力学方法,建立了3个井筒环空压力模型,分别为环空液体单相压力模型、环空气液两相压力模型以及环空气体单相压力模型,并给出了模型间的过渡条件及模型求解步骤,从而实现煤层气直井排采各阶段的环空压力分布计算。经41口井、共71组实测数据验证,所建立的3个环空压力模型,其计算结果与实测值的平均误差依次为:2. 70%,7. 96%及3. 80%,对煤层气直井井筒环空压力的计算具有一定准确性与实用性。     

新型水文水井管结构设计与优化研究

为解决中深孔水文水井围填滤料的难题,提出一种管内填砾新技术,并重点介绍其核心元器件“一种新型井管投砾结构”的设计原理与过程。通过Fluent多相流分析模型及Ansys静力分析模块,对不同导向弧板坡度及不同井管开孔尺寸的模型进行了砾料填充过程及井管强度的仿真,得出砾料速度及井管最大应力对相关参数的灵敏度曲线。基于仿真结果,拟合出双目标(砾料速度与井管最大应力)对三因素(水平、竖直开孔尺寸和导向弧板的斜坡角度)的CCD响应曲面。最后以砾料速度及最大应力为目标函数,通过满意度函数优化求解新型井管核心元器件的最佳开孔结构及导向弧板的斜坡角度。     

湿喷机喷嘴内液固两相流数值模拟

为研究喷嘴结构设计是否合理,根据喷嘴几何参数建立物理模型,运用多相流理论对喷嘴内混合流体建立数学模型,得到喷嘴出口处混合流体的压力和速度。采用欧拉模型和RNG湍流模型对喷嘴内液固两相流进行数值模拟,得到喷嘴内混合流体速度场、压力场、相体积分数的分布情况。以出口混合流体成分均匀度为标准,利用统计学中均值和标准差对混合均匀程度做定量分析。研究结果表明,仿真得到的出口处压力和速度与理论分析相一致,喷嘴出口混合流体成分均匀度达到99.99%,验证了现有喷嘴结构设计的合理性。此研究方法及结果对今后湿喷机喷嘴的优化设计与工程应用具有重要参考价值。     

基于共形映射的裂缝井流动问题研究

随着人们对能源需求的日益迫切,更要求对油气田进行高效合理的开发。面对低渗透、高含水、非常规等越来越复杂的渗流问题,应该通过加强对渗流基础求解方法的研究,推动渗流、试井、数模等手段的革新,从而大大提升油气田开发计算问题的速度和精度。共形映射能够将复杂区域(坐标平面)上的工程问题转换到简单区域(坐标平面)上去讨论,从而大大降低了问题的难度。本文运用共形映射的相关理论,针对裂缝井的渗流问题,从流场分布的角度研究了映射前后流线和等势线的对应情况,并且用两种变换方法分别求解得出了裂缝井的产量,两种计算结果一致,验证了求解的正确性。裂缝井流动问题的研究也能为水平井多级压裂、体积压裂等复杂流场下的产能计算提供参考。     

单入口水力旋流器内速度分布特性的数值模拟

旋流分离是在离心力场中利用介质问的密度差,将分散相从连续相中分离出来的一种技术方法．其中分散相可以是固体颗粒也可以是液滴,连续相可以是液体也可以是气体。旋流分离没备虽结构简单,但其中的流动与分离过程却相当复杂。不仅是典型的多相湍流而且是有四流的强旋流动。为了揭示旋流分离管中的流动规律,进而对其技术特性进行较为科学的预测或评价,长期以来人们在实验模拟和外特性研究方面已做了大量研究。近年来数值计算和湍流模拟的迅速发展,为人们从流体运动的基本方程出发,利用数值模拟的方法更加系统深入地研究旋流管中的复杂流动等提供了新途径。对旋流器内流速分布的充分了解对于描述分散相粒子的运动轨迹、并依此来从理论上预洲分离效率是非常重要的,也为旋流器的结构和尺寸优化提供了可靠的依据。本义利用数值模拟技术、通过有限元分析软件Fluent在单相流情况下主要研究了旋流器内的切向、轴向以及径向的速度分布。     

具有W型反射盘的新型干扰床分级机性能分析

针对传统干扰床分级机分级精度和分级效率低等问题,提出了一种带W型反射盘、切向进料的新型干扰床分级机。利用计算流体动力学方法,数值模拟研究了分级机进料口入料速度和给水室进水速度对分级机内部流场特征及分级性能的影响规律,并进行了试验验证。结果表明:在一定的进水速度和进料速度区间内,新型干扰床分级机分级腔内的流场更稳定,更有利于颗粒的沉降和分级效率的提高。当进料速度为1.6 m/s时,料浆分级效率可达70.8%,产率可达35.6%。当进水速度为0.9 m/s时,料浆分级效率可达58.7%,产率可达34.6%,研究结果对揭示分级机分级机理具有一定的参考价值。     

脉冲来流下自激振荡喷嘴仿真研究

保证自激振荡喷嘴结构参数不变,利用FLUENT软件对脉冲来流喷嘴的振荡特性仿真分析。通过设定不同来流频率和来流速度,分析了腔内压力和速度变化趋势。仿真结果表明,脉冲来流会显著提高射流振荡效果,且当来流频率接近喷嘴装置固有频率时,出口压力峰值最大可提高3.2倍;来流速度与喷嘴结构存在一个最优匹配关系,使射流出口压力峰值达到最大。仿真结果与基于涡旋理论的自激振荡发生机理结论相符,对自激振荡喷嘴优化设计具有一定的指导意义。     

管道结构对煤泥水絮凝沉降的影响

提高药剂分散程度是改善煤泥水沉降效果的基础,在管道中利用流体紊动进行药剂分散可降低能耗。设计制造了3种结构的管道进行药剂分散的研究试验,结果表明,折流和紊流板型的2种混合器都能在较短的管道内实现药剂的分散,但考虑到其结构的适应性,紊流板最优。     

宽域水力旋流器内液相流场的模拟与分析

提出了一种可同时分离重质和轻质固体颗粒物的宽域水力旋流器,并利用CFX流体软件,对旋流器内在流量为25m3/h试验参数下的切向速度、轴向速度、径向速度及其对颗粒运动分离的影响进行了模拟与分析。结果表明:旋流器内流场是一种三维非轴对称的湍流旋转流场,但在锥体底部,流体流动具有一定的对称性;切向速度对称性较好,使得内部流场较稳定,径向速度的分布规律性不强;在旋流器内存在一个最佳径向速度分布利于分散相颗粒沉降。