楔形节流阀冲蚀磨损规律研究

为了明确楔形节流阀冲蚀磨损规律,降低其工作过程中的冲蚀磨损速率,为现场施工提供开度-压降关系的理论依据,基于伯努利方程确定了楔形节流阀开度与节流速度、节流压降的关系曲线。运用两相流计算流体动力学,建立了流体携岩冲蚀楔形节流阀的CFD仿真模型,研究了楔形节流阀开度与冲蚀速率的关系。结果表明,节流阀开度小于40%时,节流压降和节流平均速度较大;开度大于60%时,节流压降和节流平均速度较小且与开度呈近似线性关系;楔形节流阀最大冲蚀磨损位于阀芯楔形面顶部和轴向导流面中间,同时对下游短节内壁面外侧造成强烈冲蚀;阀芯开度小于23%时,冲蚀速率较大且随阀芯开度减小迅速递增;阀芯开度大于23%时,冲蚀速率非常小且与开度呈近似线性关系。研究结果为降低楔形节流阀冲蚀磨损提供了理论依据。     

针型节流阀内部液固两相运动及壁面磨损研究

关于针型节流阀的相关研究和报道较少。为此,基于计算流体力学(CFD)方法,应用Fluent软件中的离散相模型和磨损模型,对节流阀的流量系数(C_v值)、内部液固两相运动和壁面磨损进行了模拟研究。研究结果表明,针型节流阀的开度越大,C_v值越大,对于流体的流通能力越强;C_v值的增长幅度随着开度的增大而减小;节流阀的压力及速度变化主要在节流口位置,流体速度随着流通面积的减小而增大,压降和速度在最小流通截面位置达到最大值;节流阀内腔和阀针的壁面磨损以局部磨损为主,阀针是整个节流阀内部最易被冲蚀的零部件;阀针壁面的最大磨损在最小流通面积上方5 mm,内腔壁面的最大磨损在最小流通面积上方8 mm;随着开度的增大阀针和内腔壁面的最大磨损呈现先增大后减小的趋势,在开度为15 mm左右时存在磨损峰值。所得结论可为针型节流阀的设计提供参考。     

钻井用节流阀抗冲蚀性能的实验评价

发生井喷事故时主要依靠节流阀来控制井内流体的流速,因而要求其具有较强的抗冲蚀能力,但目前的节流阀抗冲蚀能力评价大多都停留在有限元分析或流体流场模拟计算阶段,无实测数据,未进行定性、定量评价,给选型和使用都带来了较大的困难。为此,采取远程控制阀开启度调整实验压力和流体流速、氮气注入压力略高于实验压力来保证气体有效混入形成三相流体的实验思路,闭环模拟了不同流速、不同流体组分、不同压力条件下的井喷对孔板、圆柱和楔形3种节流阀的冲蚀情况。实验结果表明:①抗冲蚀能力依次为圆柱节流阀楔形节流阀孔板节流阀;②在实验压力范围内,楔形节流阀阀芯出现轻微蚀痕,下游短节发生单边冲蚀,抗冲蚀能力较弱;③当孔板节流阀开度约1/8时,实验泵压多次跌落回4 MPa,其阀芯后端受到严重冲蚀。进而依据实验结果,提出了改变楔形节流阀阀芯形状、优选材质、在孔板节流阀的阀芯侧面增加密封件等改进思路。结论认为,所形成的三相流体抗冲蚀评价方法可应用于类似结构节流阀的评价。     

脉冲注水工具设计及冲蚀特性仿真研究

为提高脉冲注水工具抗冲蚀能力,设计了一套实用可靠的脉冲注水工具。采用内部中空、无转动部件、不易藏垢的结构,应用CFD-DPM方法研究了不同开度和颗粒直径时两相流对导流孔-注水孔的冲蚀特性,分析了导流孔-注水孔的两相流和颗粒分布,明确了壁面的冲蚀分布规律和粒子数随冲蚀率的变化规律。当粒径增大时,沉淀效果显著,导流孔-注水孔内壁都发生了严重的冲蚀;导流孔-注水孔的最大冲蚀值随着颗粒大小的增加而呈指数级下降;粒子数对冲蚀程度起着主导作用。研究结果表明：在小开度的情况下冲蚀程度随着颗粒直径的增加而降低;当开度较大时,冲蚀程度先降低后增加。研究结果可为低渗油藏高效注水开发提供技术支撑。     

天然气携砂在90°弯管中的冲蚀磨损数值分析

针对天然气携砂弯管冲蚀问题,利用Fluent流体仿真软件进行气-固双相耦合,选用标准k-epsilon湍流模型、E/CRC冲蚀模型对固体颗粒的流场分布、冲蚀速率及冲蚀位置进行模拟,并针对4种不同重力场的流动特性进行分析。结果表明:颗粒质量流量较小时,冲蚀速率随流速呈线性变化,颗粒质量流量较大时,冲蚀速率随流速呈指数变化;冲蚀速率随颗粒直径的增大,呈现先增大后保持平稳趋势;最大冲蚀位置随流速的增加向后移动,随颗粒直径的增大略微向前移动;与重力方向相同的入口或出口位置,冲蚀较严重,和重力方向相同且二次流经过的位置,冲蚀现象最为严重。以上研究结果可为预防管道冲蚀提供理论依据和实际参考。     

高压液固两相流节流阀耐冲蚀特性研究

选择性能参数可靠的节流阀,对"三高井"(高压、 高含硫、 高产)合理控制井底压力起到关键作用,是成功建立二次井控的决定性因素之一.针对常用的筒式、 楔形和孔板3种节流阀,基于离散相模型开展了冲蚀数值模拟仿真,研究了不同节流阀的冲蚀损伤机制,分析了流体压力和颗粒运动速度等对阀芯冲蚀速率的影响,并利用现场试验对数值模拟结果...     

采气用笼套式节流阀阀芯尺寸和节流开度研究

笼套式节流阀具有多孔道的特点,可改善通过的高压高速天然气流场的分布,进而降低振动和噪声,在采气生产中广泛使用。分析了笼套式节流阀在气田开采中的常见故障及失效原理。根据流量与压力值的关系计算出阀芯的推荐尺寸。通过有限元软件分析了产出流量相同时,不同阀芯尺寸、节流开度对节流阀阀芯的速度场和压力场的影响。两种方法得到的结论相同,可指导笼套式节流阀的阀芯选型。     

钻井节流阀结构优化设计

本文在分析了国内外常用控压钻井节流阀结构特点的基础上,根据流体力学等理论设计了一种新型的节流阀,并模拟了不同开度下的节流压力及阀体内部流体流动状态,发现其控压线性关系较好,而且在节流截面产生的高速流体对阀体的冲蚀情况较少,大大延长了其使用寿命。     

天然气携砂气固两相流在弯管处冲蚀磨损分析

为了研究固体颗粒参数及弯管结构参数变化条件下弯管的冲蚀规律及最大冲蚀位置,基于CFD软件Fluent对弯管进行了网格无关性分析和入口段长度分析来确定最佳分析模型,选用Oka冲蚀模型和Forder壁面恢复模型计算弯管冲蚀,研究了颗粒直径和管径比对弯管最大冲蚀位置的影响。分析结果表明:颗粒速度对冲蚀速率的影响较大,二者呈指数关系,冲蚀速率随质量流量的增加比较均匀,当颗粒直径达到一定大小后,冲蚀速率增加较慢;管道直径和管径增大均会减小弯管的冲蚀速率,管径比对冲蚀速率的影响较大,二者呈现指数关系;颗粒直径基本不影响最大冲蚀位置,而最大冲蚀角度随着管径比的增大而减小。所得结果对管道设计及工程实际安全运营具有一定的指导作用。     

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。     

新型双层笼套式节流阀分析

为提高节流阀的节流效果,提出了一种新型双层笼套式节流阀。该节流阀由2个开有小孔的笼套同轴线地嵌套在一起,在1个节流阀内有2个节流元件,可对流体进行2次节流,从而起到2次节流的作用。探讨了笼套上小孔轴线重合和小孔轴线成45°角的2种不同结构的节流阀的节流情况,并分别对2种结构的节流阀进行了流场仿真分析,分析结果表明,轴线不重合的结构要比轴线重合结构的节流效果好,笼套受冲刷程度也相对较严重。     

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。     

平椭圆弯管冲蚀磨损数值模拟

为了研究天然气运输过程中含砂气体对弯管的冲蚀磨损特性并提高弯管的耐磨性,在充分分析圆管流体冲蚀特性的基础上提出了平椭圆管道。利用气固两相流冲蚀方程对平椭圆管道弯头进行冲蚀磨损分析,研究了不同长宽比的平椭圆管道的冲蚀速率和冲蚀区域形状,从中优选出合适的长宽比,并分析了不同质量流量、不同粒子直径及不同气体流速等工况下粒子对管道冲蚀的影响。分析结果表明:相比于普通圆管,平椭圆管能明显降低最大冲蚀速率,随着平椭圆管长宽比的增大,最大冲蚀速率逐渐下降;当长宽比达到1.4后,最大冲蚀速率下降的速度明显降低,因此认为平椭圆管最适宜的长宽比为1.4,此时最大冲蚀速率下降了21.9%;当粒子直径增大时,平椭圆管弯头处的最大冲蚀速率先升高、后降低、再升高,冲蚀区域基本保持不变。所得结论可为平椭圆弯管抗冲蚀措施的制定提供参考。     

FDT地层测试器节流控制阀数值模拟

为优化地层测试器节流控制阀结构,提高其工作性能,运用CFD软件Fluent对其在不同开度下进行了三维数值模拟分析。采用SIMPLE算法和κ-ε2方程模型进行求解,计算单相流体的定常流动,对阀内流场分布和节流阀的流量特性进行了分析研究,并以此为依据,对节流控制阀进行了结构优化设计,优化后的模型调节能力明显优于初始设计模型。分析结果对节流阀的优化设计有一定的理论指导作用。     

水力压裂工况对活动弯头冲蚀行为的影响

目的探究压裂施工参数对活动弯头冲蚀的影响,厘清不同工况条件下活动弯头冲蚀行为及冲蚀速率的演化趋势。 方法使用CFD软件建立通径为69.85 mm的双弯弧活动弯头模型,结合压裂实际工况,分别针对不同安装角度、支撑剂质量流量、压裂液流速及黏度条件下活动弯头冲蚀行为进行仿真计算。 结果不同工况条件下弯头最大冲蚀速率均出现在第二弯弧外拱侧出口处。在其他参数相同的条件下,活动弯头最大冲蚀速率在安装角度75°时出现极小值;支撑剂质量流量在4.2～25.2 kg/s 范围内,最大冲蚀速率呈线性增大,当支撑剂质量流量达到 33.6 kg/s 后,由于“屏蔽效应”导致冲蚀速率增速较略有降低;冲蚀速率随着压裂液流速增大呈近似指数型增长趋势;压裂液黏度在 10～40 mPa·s 范围内时,活动弯头最大冲蚀速率较为平稳,随着黏度逐渐增大,最大冲蚀速率也随之增大,并在 120 mPa·s 后趋于平稳。 结论研究结果与现场实际基本符合,可为压裂现场活动弯头布局及施工参数优化提供有效参考。      

钻井液连续循环短节结构优化设计与分析

阀式连续循环短节可实现钻井液连续循环,有效解决因常规钻井接单根过程中频繁开泵、停泵带来的各种问题。在钻井液含砂量较大时,短节侧阀阀板处容易出现冲蚀失效,不仅造成时间和经济损失,而且严重影响作业安全。根据侧阀结构特性,利用Fluent流体分析软件进行了侧循环时短节内部流场及冲蚀效果分析。根据侧循环不同流量、流体密度及含砂量条件下冲蚀模拟,完成了阀板结构优化设计。针对优化设计结果进行安全性研究。采用Ansys有限元软件模拟了侧阀关闭时的阀体力学行为,并通过理论计算进行了侧阀密封性分析与工作阈值流量分析。分析表明,装置优化设计结果安全可靠,可进行实际生产应用。     

高压天然气多孔节流效应及冲蚀特性分析

基于欧拉 拉格朗日多相流模型方法,采用RNG k ε湍流模型和Sutherland viscosity law可压缩流体黏度修正模型及改进的冲蚀模型,对高压天然气单孔和多孔节流过程进行数值模拟。通过高压天然气单孔节流数值模拟质量流率变化规律,与理论计算结果对比,验证了所采用的模型和计算方法的准确性,并考察了高压天然气流经单孔和多孔突缩结构的不同节流效应及冲蚀特性。计算结果表明,天然气流经多孔固定节流油嘴降压后,体积膨胀形成的最高流速值明显低于单孔固定油嘴,同时多孔均匀射流减少了单孔射流形成的卷吸冲蚀损伤,并在多股射流下的搅混作用下,冷核心能迅速混合,在后续油嘴腔体内更易实现压力回升和速度稳定现象,相比单孔节流可以有效地抑制冲蚀损伤及天然气水合物生成几率。     

油田注水机组流量调节阀的节能优化控制分析

对注水机组进行优化控制的方法有调速调节控制和节流调节控制。采用闸阀节流调节控制方法简单易行 ,投资少 ,若以泵水单耗最低为优化目标实施优化控制是可行的。具体做法是 :当相邻站注水量增加或注水井需水量减少时 ,可关小阀门 ,使泵出口压力提高 ;当相邻站注水量减少或注水井需水量增加时 ,可开大阀门 ,使泵出口压力降低。现场应用试验表明 ,采用闸阀节流调节控制方法 ,注水机组泵水单耗最高降低 12 %,平均降低 3%,具有明显节能效果。