空气钻井环空气固两相流动数值模拟

气体钻井是以空气、天然气等作为介质携带岩屑的钻井技术,因其机械钻速快,成本低,对储层伤害小,杜绝井漏等特点备受人们关注.基于流体的动力学原理,采用CFD软件,对垂直和倾斜井筒环空气固两相流动进行三维数值模拟研究.模拟发现,对于垂直井筒,空气和岩屑的流速、浓度沿轴向呈对称性分布,最大流速,最大浓度都位于环空的中心区域,越...     

空气钻井环空气固两相流动规律数值模拟

基于FLUENT软件中Euler模型,采用有限容积法建立了空气钻井环空气固两相流三维计算模型,分析了压力分布规律、流体分布规律、浓度分布规律。研究表明,从井底到井口压力逐渐降低;速度在钻铤内逐渐增大,在交界面处迅速降低,而后在钻杆内呈现增大趋势,岩屑速度在整体环空内逐渐降低;在交界面处形成漩涡,对岩屑进行了不同程度的清洗;同时空气浓度达到最大值、岩屑浓度为最小值;随着入口空气的逐渐增加,空气速度、岩屑速度变化率逐渐增大,而交界面处高空气浓度、低岩屑浓度区域逐渐增大,能较大程度的清洗岩屑。     

提升管内气固两相双组分颗粒流动的离散颗粒硬球模型的模拟

基于离散颗粒(DPM)硬球模型,数值模拟提升管内双组分颗粒气固两相湍流流动行为。应用Vreman的亚格子尺度（SGS）模型模拟气体湍流,建立考虑不同颗粒加速度效应的两颗粒碰撞最小时间计算模型。数值模拟预测了大颗粒和小颗粒的速度和浓度分布。研究结果表明小颗粒具有高的轴向速度和脉动速度,而大颗粒具有低的轴向速度和脉动速度。在床中心区域,小颗粒轴向速度分布出现3个峰值,对于大颗粒轴向速度仅出现两个峰值。在壁面区域大颗粒和小颗粒速度均出现两个峰值。沿床径向方向呈现床中心颗粒浓度低、壁面区域颗粒浓度高的环核流动结果。随着表观气速的增大,颗粒浓度沿径向和床高分布趋于均匀。在床中心区域模拟计算轴向颗粒速度、颗粒浓度和RMS速度与文献实验结果相吻合。在提升管内气体湍流对小颗粒流动具有一定的影响,颗粒间碰撞作用对颗粒相流动的影响大于气相湍流的影响。     

T型弯头不同工况的冲蚀磨损数值模拟研究

运用Fluent软件中的DPM模型对不同固体颗粒浓度和入口速度情况下的T型弯头冲蚀磨损进行数值模拟研究。通过数值模拟得出T型弯头中流场分布情况以及严重冲蚀部位。结果表明,在盲管区域产生旋涡,充当保护垫作用,减缓壁面冲蚀;在相同颗粒浓度情况下,T型弯管的冲蚀速率随着入口速度的增大而非线性上升,严重冲蚀区域的尺寸将发生变化;在相同入口速度下,T型弯头的冲蚀速率随着颗粒浓度的增加而接近于线性上升,严重冲蚀区域的尺寸几乎不变。     

Texaco气化炉流场特性的模拟计算

采用CFD软件对Texaco气化炉进行建模,计算不同工况条件下的冷态流场特性,讨论了气体入口流速对流场影响的规律。模拟结果表明,Texaco气化炉燃烧室内存在射流区、管流区、回流区,回流区是影响气化炉内流场的主要因素,其面积随着入口速度增加而增大,而管流区面积随入口速度增加而减小;在径向流速分布图中,回流区气体流速具有明显拐点,管流区气体流速无明显拐点。     

甲烷水蒸气重整制氢反应及其影响因素的数值分析

本文通过建立包含动量、能量、质量以及化学反应的多物理场耦合数值模型, 以多孔介质模型表征催化剂层, 对工业转化炉管中的甲烷水蒸气重整制氢过程进行了详细分析。计算得到了转化炉管内甲烷重整过程反应物及产物气体的速度、温度及浓度场分布, 以此分析了甲烷重整制氢过程的反应特性, 并阐明了转化炉管的壁面温度、原料气入口水碳比以及入口速度对甲烷转化率的影响。结果表明:水蒸气重整在转化炉管的入口区域反应迅速, 沿着气体流动方向, 反应速率由于反应物浓度的不断降低而减小, 导致混合气体流动速度和温度也逐渐趋于稳定;水碳比和转化管壁面温度的增加以及原料气体入口流速的降低, 都会提高甲烷的转化率。本文所得到的结论对于优化实际生产中甲烷水蒸气重整制氢反应的工况条件具有一定的参考和借鉴意义。     

空气钻井最小注气量的数值模拟

空气钻井是一种利用空气作为循环介质的新型钻井技术,其循环系统的压力分布、钻井机械的选择、钻井参数的配置都和传统的钻井技术有很大的差别,本文主要研究的是在空气钻井中,岩屑的受力分析及作用机理,然后利用CFD软件模拟在不用入口压力下,能实现环空钻井的最小注气量.     

气体通过纤维聚结模块的数值模拟研究

采用数值模拟的研究方法,利用Fluent软件,针对不同气速下的纤维聚结过程进行模拟研究,进而分析入口流速对其压力场和速度场影响的分布规律。发现在气体通过纤维聚结的过程中,纤维床层的压力场由入口至出口其数值缓慢降低,速度场呈现对称分布的趋势,且气体在通过纤维层时有明显的加速现象,气体在通过纤维层的间隙时速度最大。研究结论为聚结纤维模块的设计提供了科学的参考依据。     

竖直窄通道充分发展段液固流动特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,基于水-玻璃珠体系,对长×宽×高尺寸为240 mm×12 mm×1800 mm的竖直窄通道充分发展段内液固两相流动特性进行了数值模拟。结果表明,沿窄通道竖直方向0.7 m以上液固两相流动进入充分发展阶段,在充分发展阶段的窄通道截面上,狭长方向与狭窄方向各位置颗粒速度及浓度均呈中心区域高、贴近边壁区域低的分布趋势;随着入口液速提高,截面各位置颗粒速度均提高,而颗粒浓度在流道中心区域降低,在贴近壁面区域升高;随着初始固相体积分数增加,截面各位置颗粒浓度均提高,而颗粒速度在流道中心区域略有降低,在贴近壁面区域略有升高;在窄通道截面狭长方向两端靠近三边壁影响的区域存在颗粒增浓效应,在截面狭窄方向颗粒速度和浓度分布梯度较大的区域无量纲占比随着入口液速的提高而提高,随着初始固相体积分数的提高而减小。     

钻井过程中井筒温度分布影响建模研究

为掌握钻井过程中的井筒温度分布规律。建立了直井钻井过程中井筒和地层瞬态二维传热模型,研究了入口温度、钻井液导热系数和地温梯度对直井井筒温度分布的影响,实验结果表明,环空内钻井液和钻柱内钻井液温差最大在井筒温度等于地层温度处;入口温度影响井口附近井筒温度,但井深增加后地温影响更大;钻井液密度增加,井筒上部温差增大;钻井液导热系数增加,井筒上部环空内温度降低,下部升高。模型计算结果与现场温度数据吻合度高,最大相对误差仅为1.65%和0.79%,表明模型有效可靠,可为钻井作业提供指导。     

气体钻井关键点问题研究以及最小注气量计算

气体钻井技术不但具有避免井漏、泥页岩水化膨胀和储层污染等问题的优点,而且能够大幅度提高钻井速度,提高钻井速度4~8倍,有利于及时发现和有效保护储层及提高油气采收率和单井产量,特别对坚硬地层、致密储层勘探有着重要的意义。但是气体携屑困难、井眼堵塞等问题一直是阻碍该钻井方式推广的瓶颈问题,解决这些问题的关键技术之一就是最小注气量的确定。目前多数文献是用地层温度代替环空温度来进行最小注气量计算,但由于气体的PVT效应,温度受压力流速影响较大,若用地层温度代替环空温度存在较大误差。同时,以往最小注气量计算方法均将关键点设置为钻铤顶部,然而本研究中发现井筒内气体的携岩动能并非一定在钻铤顶部最小,井身结构和钻具组合对关键点位置的影响较大。应用温度-压力耦合计算方式,确定的气体钻井最小注气量与现场施工更加接近,在给定工况下,最小注气量误差在0.4%左右。     

考虑海拔和空气湿度对空气钻井流量的影响

本文重点讨论了空气钻井流量模型的建立,为空气钻井提供了必要理论依据,修正以往的模型,考虑地面海拔以及空气湿度对空气钻井流量的影响。根据所建立的模型编制应用软件,计算空气钻井最小流量。结合现场实践,达到指导实际空气钻井的目的。     

底部挡板与进气位置对水力喷射空气旋流器传质性能的影响

水力喷射空气旋流器(water-sparged aerocyclone,WSA)是一种利用液体射流在气体旋流场中雾化强化气液传质的新型传质设备,可广泛用于废水、废气处理等环境工程中。为了改进水力喷射空气旋流器结构,提高其气液传质性能,本文通过废水氨氮吹脱实验研究了进气口轴向位置以及底部挡板的设置对气液传质性能的影响。实验结果表明,进气位置与底部挡板对水力喷射空气旋流器的气液传质性能存在影响。在相同工作条件下,气相进口沿轴向下移对WSA内气液传质性能作用较小,但能够使其气相压降降低约为10%。在WSA主筒体底部液封区域设置挡板,能够强化WSA底部气液两相的混合,进而提高低液相循环流量下WSA内的气液传质性能,且随进气速度的增加,其效果越显著,研究结果可为设计传质性能良好的WSA提供设计依据。     

卧式甲醇合成反应器气体分布冷模试验简介

建立一套卧式甲醇合成反应器气体分布冷模试验装置,通过测定反应器内压力分布和气速分布来研究气体分布的均匀性,试验采用上方进气和侧面进气方式。研究结果表明,卧式甲醇合成反应器内气体均布性良好,而上方进气方式能使反应器内部气体分布更均匀。     

机械搅拌流场中制备闭孔泡沫铝过程的数值模拟

描述了机械搅拌条件下应用吹气发泡法制备新型功能材料闭孔泡沫铝的过程. 在双流体模型基础上,引入多重参考系法预测水平轴机械搅拌池内的气液两相流动. 应用RNG k-e模型模拟湍流效应,考察了桨叶转速及孔口气速对流场特性和局部气含率的影响,进而应用体积积分的方法预测平均气含率. 计算结果表明,预测结果与文献中的实验数据定性一致.     

吹风气旋风除尘器的计算与设计

介绍了为除去燃烧炉前吹风气尘粉而设计的吹风气旋风除尘器情况。通过分析吹风烟气的含尘状况,决定了旋风除尘器的选型和设计原则;以15μm作为临界粒径,进行了进口宽度计算和压降核算,确定了旋风分离器的筒体直径和需用个数;简介了分离器的制作、安装和使用情况。结果表明,改造后吹风气中可燃物和有害物质含量从5％降低到0．1％以下,无尘粒,达到环保标准。