压裂作业中高压管汇谐响应分析

为研究压裂泵出口高压管汇整体的振动特性,对3000型压裂泵的排出管汇进行了流固耦合模态分析与谐响应分析,得到高压管汇固有振动模态、流固耦合模态以及高压管汇在泵头体位移激振作用下的振动响应特性。分析结果表明:考虑流固耦合时,压裂液的作用与管汇振动相互叠加使压裂管汇的各阶固有频率有所升高,对应振幅增加11%～28%,各阶振型基本相似;当激振频率为40、52、72、96、168及176 Hz时,管汇位移响应出现极值,极值点频率基本与空管前6阶模态频率相对应,其中3阶固有频率(72 Hz)激振下,位移响应最大;对危险点施加固定约束后,直管与弯管的位移响应得到明显改善,不仅管汇系统刚度得到有效提升,而且能有效避免管汇由低频外界激励作用导致的共振。研究结果可为现场高压管汇减振提供理论依据。     

高压作业下管汇的空间流固耦合分析

高压作业中管汇的振动问题对实际工程作业的安全性和设备寿命造成了很大影响,而流固耦合是造成管道振动的重要原因之一。因此,以单作用三缸往复式压裂泵为研究对象,通过改变约束位置和约束方式选取几种可行的约束方案,进而使用有限元分析软件ADINA对高压管汇进行流固耦合分析,仿真模拟出不同方案下的振动情况及应力应变结果。分析结果表明,固定约束能够有效缓解振动,但容易造成应力集中;相对而言,弹性支撑对振动的缓解稍弱,但不易产生应力集中现象,有利于延长管汇寿命。因此,合理地组合使用2种约束方式能够达到较好的减振效果。研究结果可为实际高压管汇作业中支撑方案的选取提供参考。     

压裂泵脉动流速对高压管汇振动特性的影响

压裂过程中高压管汇的运行稳定性对于保障油气田开采具有重要意义,很有必要对高压管汇的流固耦合振动特性进行研究.为此,采用ANSYS Workbench软件对高压管汇模型进行振动特性分析.分析结果表明:最大振幅位置处z方向振幅最大,x、y方向振幅相对较小,实际施工时应对z方向进行约束;随着入口平均流速增大,管汇的最大振幅和...     

深水钻井船高压管汇设计关键因素分析

钻井船上的泥浆立管管汇、固井管汇和节流压井管汇在钻井、固井以及油气井压力控制作业中发挥着重要的作用,其配置的合理与否直接影响到作业的顺利实施。总结了钻井船用高压管汇遵循的设计规范,分析了管汇的基本功能。结合钻井船项目设计了高压管汇的流程,并指出了管汇布置的要点,为类似钻机高压管汇的设计提供参考。     

高压管汇冲蚀磨损规律研究

针对高压管汇在压裂作业时内壁受冲蚀作用导致磨损破裂失效的问题,基于固液两相流和冲蚀磨损理论,利用FLUENT软件研究了高压管汇内壁的冲蚀磨损率和冲蚀离散量分布规律,分析了高压管汇的弯管段曲率半径、弯曲度和管汇内壁直径对管汇冲蚀磨损规律。研究结果表明:高压管汇的弯管出口处发生冲蚀磨损最严重,离散量集中分布在弯管处至直管出口处,而在直管段冲蚀磨损率很小;随着管汇的内壁直径、弯管曲率半径和弯管段弯曲度的增大,管汇的最大冲蚀磨损率和平均冲蚀磨损率减小;随着进口流速的增加,管汇的最大冲蚀磨损率和平均冲蚀磨损率增大。研究结果可为高压管汇的失效、预防以及安全防护提供参考依据。     

海洋钻机管汇设计与计算

海洋钻机管汇与海洋钻机安全和海洋环境保护密切相关,是海洋钻机重要的组成部分.为改进管汇的设计质量、提高管汇设计与相关标准的符合度,对海洋钻机管汇常用的标准、规范作了分析,提出了管汇设计的一般要求和注意事项.利用管汇应力分析软件对海洋钻机管汇进行了应力计算与模态分析,得到了管汇系统的规范应力和阀门组固有频率,进而分析得出不同用途管汇的设计关注点,以及钢架对管汇阀门组的固有频率影响.通过标准、规范分析和应力计算,使海洋钻机管汇满足了标准及规范要求,提高了设计质量,也为陆地钻机管汇设计、计算和使用提供了借鉴     

基于CFD技术的高压管汇系统布局优化设计

为了减少由流通性能和流量分配等问题产生的高压管汇窜动、振动和开裂等问题,基于计算流体动力学技术,在考虑管道边界层效应的情况下,以时均N-S方程为基本控制方程,采用可实现κ-ε双方程湍流模型,对不同排出口位置、联通管汇位置和排出口三通结构的井工厂高压管汇系统进行了三维全流场数值仿真研究。仿真结果表明,随着高压管汇的入口增加,主管内部平均流速向排出口方向逐渐增加,且在每个入口处均有速度峰值;主管汇流量从排出口有效面积较小的管汇向排出口有效面积较大的管汇串流,串流方向与主管汇流量大小无关;y形三通的排出口流量比约为1.5∶1.0,不能起到流量均分作用,且容易引起锐角冲蚀,从安全性考虑,应优先考虑T形三通。研究结果可为高压管汇系统的安全使用提供参考。     

页岩气压裂地面高压管汇两类布置模式的冲蚀磨损研究

本文对页岩气开发"井工厂"拉链式压裂,地面高压管汇两类布置方式的冲蚀磨损进行研究。基于液—固两相流模型和冲蚀理论,建立两类管汇布置模式的冲蚀模型,利用该模型对两类管汇布置模式进行冲蚀磨损的数值研究。     

SJX5270TYG压裂管汇车的研制

在对原压裂管汇车的软管框固定方式、高压管汇及直管管架的结构、液压系统和整机尺寸进行改进设计的基础上,研制了新型SJX5270TYG压裂管汇车。新型管汇车在移运性、安全性和吊装方便性等方面都有较大的提升,能更好地满足油田压裂现场的作业需要。室内试验情况表明,该管汇车试压作业安全、吊装方便;能很好地适应各油田的路况,可经受恶劣工况的考验,运行性能稳定;可节省管汇连接时间,减轻工人劳动强度,降低作业成本。     

刚性圆柱体涡激振动响应模态特性研究

基于改进的尾流振子模型对刚性圆柱体涡激振动响应模态特性进行了研究。建立了刚性圆柱体与尾流振子的耦合模型,对耦合模型进行了线性简化,同时对简化后的模型进行解耦得到圆柱体的模态特性参数。对不同质量比情况下的刚性圆柱体频率、相位角以及主导模态等参数进行了分析。分析结果表明:圆柱体涡激振动响应模态可分为结构模态及流场模态,以流场模态为主导模态;结构模态频率分布在圆柱体固有频率附近,而流场模态频率则分布在斯脱哈尔漩涡泄放频率附近。     

L管气液两相内流致振的流固耦合数值模拟

为研究气液两相混输管道的内流导致管道破坏的机理,利用ANSYS Workbench软件,建立L形弯管有限元模型和气液两相CFD模型,进行L形弯管内流致振的流固耦合数值模拟。研究结果表明:流体水平冲向弯头后动量发生改变,最大压力出现在弯角处;加载预应力的管道模态计算的频率比不加预应力的管道模态计算的频率略有增大,但幅度甚微;两相流动在垂直方向(y)上产生的振动最小,在水平方向(x)上的振动幅度次之,最大振动出现在没有固定约束的z方向;最大位移点应力随时间周期性变化,且变化幅度逐渐减小;两相流频率接近管道的2阶固有频率,易产生共振,因此应在z方向加固定约束。研究结果有助于解决海上平台管路振动问题。     

船用阀门振动谐响应分析及阀盖结构优化

对船用截止阀进行模态分析,计算其固有频率与模态振型。在模态分析的基础上,施加激振载荷对阀门进行谐响应分析。结果显示,分析曲线与理论振动响应函数曲线吻合。探讨了阀门在正常工作状态下结构振动剧烈的区域并对其进行优化。研究结果表明,增大支架横截面尺寸易于改变截止阀的振动响应。     

钻机井架模态及谐响应研究

运用ANSYS软件对某公司ZJ40钻机K型井架建立有限元模型且进行模态及谐响应研究,通过模态分析得到前十阶固有频率和各阶主振型,结果表明,第2阶固有频率与钻机转盘II挡频率最接近,易发生共振,但可通过调节柴油机转速从而避免发生共振。井架承受最大位移为24.788 mm,最大弯矩为72 733 N·m,最大应力为-0.122 92×109Pa,满足井架结构设计要求;通过谐响应分析得到位移频率响应曲线,结果表明,井架系统的主振方向为Z(前开口)方向,其主振频率为1.300 0 Hz,接近模态分析2阶主振频率1.251 5 Hz,与实际情况具有一致性。从分析结果上看模态分析与谐响应分析结果一致,说明分析具有正确性,为以后选取配套钻机及对井架的故障诊断、预报、改进及优化井架结构提供了理论依据。     

超高压、大口径海洋钻井平台管汇

中国石油长庆油田公司机械制造总厂研制的超高压、大口径海洋钻井平台管汇主要用于钻井液的输送,分为泥浆管汇、固井管汇、生产管汇等。DSME海洋平台高压管线,工作压力达15000psi（105MPa）、试验压力达22500psi（157MPa）、管径Ф8in×壁厚2in,以上三项指标都为国内石油钻井用高压管汇首创,其制造的管线材料、加工、焊接、探伤、试压等技术,已经达到了国外发达国家的制造技术水平,由此结束了国内管汇一直依赖从挪威、美国、英国等发达国家进口的局面。     

管道清管器发球装置振动特性分析

为研究清管器发球装置在导流工况下的振动特性,以P6. 3 MPa DN800/DN700型清管器发球装置为例,建立了流固耦合数学模型,并基于ANSYS Workbench-Fluent软件,对输送介质分别为天然气和液体时的发球装置进行了流固耦合分析,探究结构参数和流体参数对其影响规律。研究结果表明:在气固耦合工况下,发球装置的固有频率比液固耦合时要高,在流固耦合工况下,低阶模态对应的固有频率比无耦合工况时低;对低阶模态振型分析发现,在发球装置的平衡管法兰连接处、放空管法兰连接处与L弯管段以及旁通U形管位置振动剧烈;壁厚、旁通管直径和工作压力对两种耦合工况下发球装置的固有频率影响较大,但流速对其影响很小,且两种耦合工况下固有频率的变化规律相似;随着壁厚和工作压力的增加,固有频率增大;随着旁通管直径的增加,前6阶固有频率变化很小,但在6～15阶,固有频率先减小后增大。研究结果对避免共振和管道强烈振动以及结构减振优化设计均具有重要意义。     

压缩机管线的减振措施

石油化工高压装置中压缩机管路系统的机械振动很大。管线振动是由压缩机工作产生振动、管线中的流体产生脉冲流动引起的。此外,高压管系的结构和支撑设计也决定了管系的振动效果。高压装置中压缩机管路系统中压缩机和流体产生的振动是客观存在的,但对于高压管系,结构设计不合理会加剧振动。因为压缩机产生的干扰力频率接近或等于系统的某一固有频率时,系统将会发生共振现象［1］。共振使钻柱系统响应振幅和响应内力变得很大,超过系统其它固有频率的振幅,结果使高压管系很快发生疲劳破坏,因此高压管系的减振设计非常重要。     

高压管汇冲蚀磨损磁记忆检测试验研究

鉴于现有高压管汇检测手段在评价管汇损伤程度方面的局限性,提出了基于金属磁记忆方法的高压管汇损伤检测评价方法。利用实验室自主研发的高压管汇冲蚀磨损试验机及磁记忆在线检测装置,开展了高压管汇材料30CrMo的冲蚀磨损磁记忆在线检测试验研究。采集信号经滤波处理后,二维重构冲蚀扫描区域的磁场梯度信号云图,观测云图可清晰地发现,在云图中心位置出现亮斑,并随着冲蚀时间的延长,亮斑面积逐渐增大,这与试样表面冲蚀坑大小的变化相符,说明磁记忆检测技术能够较好地识别高压管汇材料的冲蚀磨损状态,为进一步评价高压管汇的冲蚀损伤程度提供依据。     

CNG公交车高压供气管路共振隐患防控技术

为了消减压缩天然气(CNG)公交车高压管路的共振隐患,提高管路的安全性和可靠性,根据CNG公交车高压供气管路实际布局及约束特点构建仿真分析模型,进行了管路约束位置模态分析,然后基于平均驱动自由度理论,运用层次分析法对管路模态结果做出了评价,得出了针对管路约束位置的优化方案,并对比研究了优化前后的管路振动属性及动力特性。研究结果表明:①优化后的高压供气管路第1、2、3阶次的固有频率与发动机各工况转速激励频率不接近,管路发生共振的可能性极小;②管路其余阶次的固有频率都不在发动机各工况转速激励频率范围内,完全避免了管路共振;③优化后各约束位置的振动传递力有了明显减小。结论认为,该管路约束位置布局优化方案对控制CNG公交车高压供气管路振动特性、提高管路安全性和可靠性等都具有指导意义和实践价值。     

水下管汇阻力系数和附加质量系数的CFD计算

深水管汇下放是水下生产系统安全工作的关键技术之一。针对深水管汇下放时受到的水动力,即阻尼力和附加质量力进行分析研究。通过CFD软件Fluent建立管汇水动力计算模型和水下作业环境中绕流场的模型,计算管汇下放3个方向阻尼力及其阻力系数; 利用动网格技术模拟管汇在流场中的加速运动,求得管汇在水中的变速运动带动周围的流体一起做不定常运动所形成的附加质量系数。通过与现有DNV经验数据对比,计算结果误差较小,从而验证了此计算方法的正确性,为船-缆-体的耦合分析计算及下放安装的仿真控制提供参考。     

页岩气开发用高压管汇损伤机理及检测技术

对高压管汇在复杂工况下的损伤机理进行深入认识是开发高压管汇以及评估其使用安全性的重要基础。结合理论分析与试验研究探讨了高压管汇损伤机理,指出现有冲蚀理论在揭示高压管汇冲蚀行为方面存在的不足;通过检测试验,分析了磁记忆检测方法对于检测评价高压管汇安全性的意义;面向页岩气开发生产需要,提出了高压管汇损伤机理及检测评价技术的研究方向,即开发可在线、定量与定性评价的高压管汇损伤状况检测评价系统。