混砂车螺旋输砂器输砂能力分析及优化

针对螺旋输砂器存在输砂能力没有理论公式来支撑,只能靠试验来确定,传统公式计算值与试验值相差甚远的问题,通过建立混砂车螺旋输砂器试验装置的方法,从统计试验数据出发,修正了混砂车输砂能力计算公式,并形成相应的经验公式。为混砂车的设计提供了理论依据。该经验公式的建立忽略了倾斜角度和输送介质的变化对充满系数的影响。在经验公式的基础上对螺旋输砂器的结构进行了优化,优化后的输砂器转速降到300r/min以下,有效地解决了最高转速时输砂泵振动大,密封部位寿命短的问题。     

混砂车用输砂器螺旋体固有频率理论分析

对螺旋输砂器的螺旋体进行简化,得到其物理模型,建立了振动方程。针对螺旋体的惯性矩难以计算的问题,提出采用有限元法先计算螺旋体的静挠度,再依据静挠度公式反算惯性矩的方法。以HS360混砂车用螺旋输砂器为例,利用振动学理论计算出螺旋体的固有频率及共振转速,为该型混砂车用螺旋输砂器的工作转速设计提供了理论依据。     

混砂车螺旋输砂器螺旋体动挠度分析研究

对螺旋输砂器螺旋体结构模型进行简化,利用振动学理论和边界条件推导出其振动方程和动挠度的计算公式.计算出HS360型螺旋输砂器螺旋体的动挠度为3.19mm,为螺旋输砂器螺旋体与壳体之间的间隙设计提供了理论依据.     

基于单质点法的大倾角螺旋输砂器理论建模与分析

针对目前大倾角螺旋输砂器输砂量尚无明确计算公式的问题,在分析物料运移规律的基础上,采用单质点法建立理论模型,分析物料在稳定状态时的力学与运动规律,得到了螺旋输砂器的临界转速和临界转速下的输砂量与倾角、叶片表面摩擦因数、筒壁摩擦因数、填充量、密度等参数之间的理论公式,提出在实物试验结果的基础上建立实际与临界状态下参数之间的函数关系,并以45°倾角螺旋输砂器为例进行了分析和验证。分析结果表明,采用该方法可建立任意倾角时输砂量的理论公式。研究成果可为高效节能螺旋输砂器的设计与计算提供依据。     

多相混输泵的数值模拟及与实验结果对比

采用数值分析方法对多相混输泵的内部流场及相应的运行特性进行了全面研究,建立了较为完善的计算流体动力学分析模型。计算过程采用非结构化网格,在三维时均N-S方程的基础上,应用标准κ-ε方程对混输泵内部三维湍流流动进行了数值模拟。利用数值模拟的结果分析了气液两相在泵内的流动状况,并对模拟结果和实验结果进行了对比。在设计工况时,数值计算得到的外特性与实验值吻合。远离设计工况时,预测的准确性下降,尤其在小流量工况下差别较大,原因是计算过程中残差出现振荡,很难达到收敛精度要求。     

热油管道停输温降数值模拟

将热油管道油品、管壁、土壤传热方程,结合边界条件、连接条件、初始条件等组成热油管道停输温降分析微分方程组,采用数值解法对方程组进行差分求解,构建差分方程组,采用高斯消元法对方程组进行求解,从而获得热油管道停输后的温度变化规律,对合理确定安全停输时间以及再启动所需的压力提供了计算依据。     

螺旋折流板换热器壳程流动与传热数值模拟研究

借助Fluent软件，建立了螺旋折流板换热器壳程通道的三维物理模型，采用RNG κ-ε模型，对壳程内的流动与传热进行了数值模拟研究，得到了不同雷诺数下换热器内的速度矢量、温度分布，即平均阻力系数及Nu数。结果发现，壳程的流动为近螺旋线流动，存在局部回流与流线短路；流体在折流板迎风侧的流动较理想，但背风侧流动需要进一步改善。类比定律分析表明，螺旋折流板换热器的流动虽然比弓形折流板理想，但还远没有达到理想的协同状态。     

混砂车搅拌罐流场和功率的数值模拟

为研究含砂体积分数、转速对混砂车搅拌装置流场和功率消耗的影响,指导混砂车的工况优化,依据计算流体力学理论,应用Fluent软件对混砂车搅拌的流场和功耗进行了数值模拟。定量研究了搅拌流场和转速的关系以及搅拌功率、转速与含砂体积分数的关系。研究结果表明,适当提高转速,可以使固液悬浮搅拌更均匀,搅拌效果更好;但随着转速的提高,功率会呈非线性关系不断增加,搅拌效果的加强以功率增加为代价;随着含砂体积分数的增加,功率会相应地增大,但增大的幅度较小,平均每增大10%的含砂体积分数,功率仅增大0.37 kW。     

混砂车搅拌罐流场和功率的数值模拟

为研究含砂体积分数、转速对混砂车搅拌装置流场和功率消耗的影响,指导混砂车的工况优化,依据计算流体力学理论,应用Fluent软件对混砂车搅拌的流场和功耗进行了数值模拟。定量研究了搅拌流场和转速的关系以及搅拌功率、转速与含砂体积分数的关系。研究结果表明,适当提高转速,可以使固液悬浮搅拌更均匀,搅拌效果更好;但随着转速的提高,功率会呈非线性关系不断增加,搅拌效果的加强以功率增加为代价;随着含砂体积分数的增加,功率会相应地增大,但增大的幅度较小,平均每增大10%的含砂体积分数,功率仅增大0.37 kW。     

水下热油管道停输温降过程的数值模拟

热油管道停输降温过程是输油管道中最常见的现象,掌握其降温规律对确定安全停输时间、再启动方案和停输检修安排都有着十分重要的意义.利用FLUENT软件对水下热油管道停输温降过程进行了模拟,分析了不同时刻管内油温及速度的变化,停输后10 h内管内存在自然对流作用,随后逐渐减弱至消失,之后管内油温逐渐下降,至80 h后全管凝结.通过模拟,得到了管内油品的温降过程,为实际工程设计提供一定的参考依据.     

基于CFD的混砂罐出口排液问题分析

混砂罐试验时若以清水为介质作业,一切正常,而以滑溜水为介质作业,则会出现混砂罐出口离心泵排量提不上去且出口压力波动很大的问题。鉴于此,先建立存在排液问题的混砂罐原始模型,再对原始模型的搅拌区液面形状进行较精确的分析,即基于计算流体力学软件Flu-ent对该混合过程进行两相流非定常数值模拟;最后运用理论公式再次设计混砂罐模型,并对修正后的混砂罐液面变化进行仿真分析。仿真分析结果表明,修正后的混砂罐避免了上搅拌桨的顶端露出液面而导致上搅拌桨同时搅拌液体和空气而引起压力波动。该设计可为混砂罐结构的优化设计和流场的预测提供参考和依据。     

离心砂泵的设计与实践

钻井用离心砂泵的设计制造与普通清水泵有一定差别，很难将普通清水泵的理论直接应用到砂泵的设计中。我国以往砂泵的水力设计尚没有超出清水泵水力设计的范围，使用有一定局限性，使用效果不够理想。对此，就砂泵的某些参数设计与结构设计的关键问题进行了探讨。新研制的１５０ＳＢ—Ⅲ型砂泵室内性能试验和现场工业性试验均收到良好效果。     

螺旋套管扶正器诱导环空流场的数值模拟

为了优化固井设计、确定螺旋套管扶正器的合理安放位置、有效提升水泥浆的顶替效率,对螺旋套管扶正器诱导环空流场进行了理论分析。依据环空流体动力学基本理论,建立了环空流场的理论模型,采用数值模拟方法对螺旋套管扶正器诱导的环空螺旋流动规律进行了研究,并利用室内试验对有限元数值的计算结果进行了验证,有限元数值计算结果和激光测速试验数据吻合较好,证明了有限元数值计算方法的可行性。借助ANSYS软件对不同条件下流场的变化以及有效旋流长度的变化进行了计算,总结了螺旋扶正器螺旋角、屈服应力、流量对旋流速度以及有效旋流长度的影响规律。数值模拟结果表明,螺旋角和流量对旋流速度和有效旋流长度影响很大。      

叶轮起旋水合物管道螺旋流动及传热数值模拟

为了进一步研究输气管道中天然气水合物颗粒输送体系的螺旋悬浮流动规律,建立了圆管螺旋流的三维模型。采用RNG k-ε模型和DPM模型对天然气管道内的气固两相螺旋流动和传热进行了三维瞬态数值模拟。主要研究了水合物管道内不同横截面的速度场、壁面剪切力、水合物颗粒停留时间、水合物颗粒浓度分布规律以及传热规律。研究结果表明:螺旋流具有较强的颗粒携带能力,对增强水合物颗粒之间的传热,防治输气管道中水合物堵塞问题有较好的效果。研究结果可为保障输气管道的安全输送提供理论指导。     

大跨距K型伸缩井架及底座试验模型设计

在介绍大跨距Ｋ型伸缩井架及底座基本结构之后，应用相似理论，阐述了模化设计的理论和方法，以及用方程分析法求物理量相似比的基本方法。推导出模型与设计机型之间应力和应变的相似方程。指出在设计制造模型时应根据试验的不同要求，有所侧重地满足各参数的相似关系。着重分析了模型试验中忽略自重和工作绳作用力而产生应力误差的原因，并提出了解决误差的方法。最后介绍了井架的其他试验和底座的整拖试验。     

射孔-防砂联作防砂效果室内模拟与测试

通过测试，岩心靶防砂填充层的孔隙度达39．15％、油测渗透率为46．55μm^2，说明防砂填充层的渗透性很好，能够满足油井高产要求。采用地面模拟装置、选择不同粒径的砂样进行防砂实验得出，140～200m砂样最大出砂浓度为0．07278％，更细的砂粒不出砂。此结果表明，对大粒径的防砂效果好。     

螺旋管聚结机理及数值模拟分析

鉴于水力旋流器在污水处理方面存在的不足,提出采用螺旋管聚结器作为水力旋流器配套设备,简化油田地面工艺,提高油田污水处理能力。通过对油滴在螺旋管流域内进行受力分析及运动分析,推导出螺旋管聚结机理公式。同时为了验证公式的正确性,通过改变螺旋管结构参数及流体入口速度来对粒径为30μm的油滴聚结效果进行模拟。模拟结果表明,油相体积分数随着螺旋管回转半径的增大或圈数的增大而增大,而随着螺旋管管径的增大或流体入口速度的增大而减小。     

反循环钻井技术返砂导流线设计及适应性分析

针对常规返砂管道无法满足反循环钻井技术返砂要求的问题,采用耐冲软管与排砂硬管相结合的方式,提出了两种新型返砂导流管道方案--U形线方案和悬链线方案。建立了悬链线及U形线的返砂导流管道数学模型,采用Fluent软件对管道整体特别是T形接头处进行流动及冲刷腐蚀模拟。根据模拟结果优选出悬链线方案,并且研究了相关配套设备,给出完整的返砂系统优化设计。在乐安油田选取一口试验井进行了5 d的反循环钻井试验,试验中,返砂效率接近92. 53%,起钻后井底基本无沉砂。研究结果可为双壁钻杆反循环钻井技术的应用提供理论指导。     

脉冲试井数值模拟的现场应用

通过油藏数值模拟技术 ,建立了多层油藏非均质及多相流体条件下的理论模型 ,并做出脉冲试井的压力理论曲线。现场应用中 ,在充分考虑地质及沉积特征的前提下 ,通过调整静态参数得到了理论曲线与实测曲线的最佳拟合 ,最终获得模拟区域内多层非均质渗透率分布图。该方法所获得的地层水平渗透率分布与其它方法所获得的渗透率分布互相补充 ,可为三次采油方案设计提供可靠依据     

渤海疏松砂岩油藏水平井筒携砂能力数值模拟研究

渤海疏松砂岩稠油油藏适度出砂开采过程中,产出砂粒随稠油进入水平井筒后容易沉积形成砂床,造成油层砂埋、油管砂堵等危害。基于流体力学理论,根据渤海疏松砂岩油藏的基本参数,利用FLUENT流体力学软件对适度出砂开采过程中水平井筒流场特性进行了数值模拟,得到了井筒流速、出砂量、出砂粒径、稠油黏度等敏感参数对携砂能力和井筒压降的影响规律:在渤海疏松砂岩油藏条件下,井筒流速和稠油黏度对携砂能力的影响均存在临界值,当井筒流速或稠油黏度达到临界值时,随着流速或黏度的增大,井筒砂床高度和悬浮层含砂体积分数均趋于稳定。同时,对井筒压降的影响程度依次为稠油黏度、井筒流速、出砂粒径和出砂量。该结果可为渤海疏松砂岩油藏适度出砂开采工艺设计提供理论依据。