弯管中液固两相流固粒对壁面磨损的数值模拟

对弯管内液固两相流在低浓度(初始体积分率为3%-8%)中运行的壁面磨损过程进行了数值模拟研究。对不同角度弯管壁面处的磨损率进行了预测和比较,模拟研究结果为弯管内多相流防、除垢技术的工程设计提供了一定的指导作用。     

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。     

大导流面柱塞型节流阀冲蚀规律研究

为了探究柱塞型节流阀在节流过程中因受到高速颗粒冲击和流体冲蚀而导致节流阀失效的问题,以PCG,2-9/16×15M型节流阀为研究对象,采用欧拉-拉格朗日法和离散模型,研究了不同开度、质量流量、流体速度及颗粒直径对阀座和阀芯的冲蚀规律。研究结果表明：随着开度的减小,节流阀主要冲蚀区域从阀体内腔节流处转为导流面节流处;在不同开度下,随着流速的增加,最大冲蚀率统一呈现上升趋势,并随着开度的增加,上升趋势更加明显;随着颗粒直径的增加,最大冲蚀率呈现上升趋势;随着质量流量的增加,最大冲蚀率不稳定,大体呈现上升趋势;节流阀通常在小开度下工作,小开度的不同工况下,节流阀最大冲蚀位置都处在节流阀阀芯上,将节流口处改为阶梯形结构,通过仿真结果对比,可有效降低节流阀最大冲蚀率。研究结果可为节流阀的进一步优化设计提供参考。     

钻井中节流阀动作引发的气液两相压力响应时间研究

考虑角频率、气侵量及相间阻力等因素,基于双流体模型,建立了钻井中节流阀动作引发的压力响应时间模型,通过小扰动理论及龙格库塔方法编程对其求解。结果表明,随气侵量减小/套压增大,减小了气液压缩性,使环空中各点的压力波速增大,从而环空各点压力响应时间减小;气体沿环空从井底向井口运移中,空隙率持续增大,压力响应时间呈逐渐增大趋势;在井口环空段,由于空隙率急剧增大,使压力响应时间急剧增大;在控压钻井多相流计算及自适应节流阀控制中,考虑节流阀动作产生的压力响应时间,可使控制精度大幅提高。     

固液两相流离心泵内部流动分析模型

基于欧拉透平理论的离心泵理想叶轮的基本假设,采用两相流理论中的两流体模型,由连续定理和动量矩定理推导了离心式渣浆泵的基本方程式,该式也就是离心式渣浆泵理论扬程的计算公式.根据旋转坐标系下的Rothalpy方程,分析了沿着垂直于流线方向的相对速度变化规律.     

液固两相流对八通压裂头的冲蚀研究

为探究高压流体对八通压裂头的冲蚀磨损规律,建立了八通压裂头的流道模型.基于冲蚀磨损理论,研究了压裂头内部液固两相流特征及流速、颗粒质量流量、颗粒直径和流道结构对最大冲蚀率的影响规律.研究结果表明:冲蚀磨损主要发生在竖直流道壁面的出口段区域,呈条形带状分布,并且从出口端往上越靠近流道交汇处冲蚀磨损率越大;最大冲蚀率随流速...     

适用于开发后期的CYL-1型液固两相防砂材料研制

液固两相防砂剂CYL－1为固化的悬浮液，固相为密度1．15－1．30g/cm^3，粒径0．2－0．5mm(适用于弧东油田）的矿渣颗粒，液相为加有固化剂，偶联剂（KH－550）及增孔剂（清水），密度1．10－1．20g/cm^3的改性脲醛树脂（UF－K）溶液，该防砂剂可满足油藏开发后期分层防砂施工的要求，报道了主要组分（ 醛树脂，偶联剂）品种和矿渣颗粒粒度的选择，基于各组分用量和液固化的优选，根据固结样抗折强度和渗透率两项性能，确定了基本配方，液固体积比1：0．6－0．8,UF-K，固化剂，偶联剂，增孔剂质量比100：0．7：1．0：50，基本配方悬浮液粘度在200mPa.s左右，在60℃能保持稳定2h，固化时间＞1h，固结样抗折强度＞3．0MPa，渗透率2．6μm^2，耐60℃的清水，污水，卤水，柴油和原油，在60℃的10％盐酸和5％NaOH溶液中破坏，用基本配方液相固结孤东地层砂，在50℃放置2d后，抗折强度3．1MPa，渗透率2．1μm^2。     

N80油套管钢在长庆油田采出液/砂粒两相介质中的腐蚀磨损

以N80油套管钢为研究对象,对比研究了它在长庆油田采出液/砂粒两相介质中的腐蚀磨损行为.试验分为静态和动态两种情况,动态试验又分为纯动态腐蚀、动态腐蚀 含砂粒磨损等情况.用扫描电子显微镜分析了N80钢腐蚀磨损的表面形貌.结果表明,动态腐蚀中腐蚀产物膜比静态试验中更容易剥落,从而其局部腐蚀比静态试验严重,含砂腐蚀磨损较动态腐蚀、静态腐蚀严重,腐蚀磨损试验初期腐蚀磨损速率较大,随后逐渐减缓.     

固液两相流诱发变径及T型管道振动实验研究及数值模拟

管道结构中存在变径或开孔,输送介质不可避免会引起管道振动。为准确模拟固液两相流在变径及T型管道内流动所诱发的振动情况,搭建了实验装置,设计了实验流程和实验工况。针对管道的变径和开孔特点,将管道简化成缩径管及T型管进行有限元数值模拟分析,对缩径管及T型管的实验测试数据和数值模拟结果进行拟合处理,得到了固体颗粒比例、出口流量对变径及T型管道振动的影响规律。可为固液两相流在变径及T型管道内诱发的振动分析提供技术支持。     

抑垢型无固相修井液的研究与应用

为解决氯化钙型修井液与碳酸氢钠型地层水结垢的问题,通过对抑垢剂、缓蚀助排剂、防膨剂、加重剂等外加剂的研究与优选,研制出以氯化钙液体为基液、密度为1.20~1.55 g/cm3的BH-1抑垢型无固相修井液产品。经室内评价证实,该产品与碳酸氢钠型地层水配伍,对黏土矿物防膨率达97%,对油管钢的腐蚀速率与淡水相当,表面张力比淡水低43.8%,凝固点在-10~-55℃之间,与原油配伍,适用于硫酸钠、碳酸氢钠、氯化钙、氯化镁4种类型地层水的油气水井压井作业。产品在库5-10井等现场应用4井次,均获得成功,显示出BH-1抑垢型无固相修井液具有良好的应用前景。     

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。     

液固两相流盲三通冲蚀特性数值分析

盲三通内特殊的"气垫"结构可以在节省空间的同时提升管道的抗冲蚀性能。为了分析液固两相流环境下弯管和盲三通内的流场分布,并对比其抗冲蚀性能,分析冲蚀机理,运用CFD-DPM方法对相同直径弯管和盲三通内的流场进行了数值计算。通过对几何模型进行网格无关性验证来确定最佳的网格数量,选用Realizable k-ε湍流模型、McLaury冲蚀预测模型和Forder壁面反弹恢复模型来计算冲蚀速率。分析结果显示:盲三通的最大冲蚀速率明显低于弯管;弯管的主要冲蚀部位位于中心区域的外侧壁面,盲三通的冲蚀区域主要位于相贯线附近和出料管底部;在盲三通内存在缓冲涡,可以阻止固体颗粒对壁面的直接撞击,从而减轻对管道的冲蚀;随着流体流速的增加,冲蚀逐渐加重,且流速较高时,冲蚀速率增加幅度越大;随着颗粒质量流量的增加,冲蚀速率呈线性增加,增长斜率随长径比的增大而减小。所得结果对于管道的设计选用及长周期安全运营有一定的参考价值。     

气井针阀电加热解堵工艺参数计算与试验研究

针对冬季气井的电动针阀易发生冻堵的问题,对比几种常用解堵方式,提出了电加热解堵方案。通过理论计算和现场试验,研究电加热解堵过程中的影响因素、传热模型,优化了电加热解堵方案。依据冻堵成因和电动针阀结构分析,确定冻堵位置和加热位置。理论分析与现场试验的结果表明,电加热过程中热量能够有效传递; 为了提高解堵效率,需要解决电动针阀管线上的传热问题,以保证冻堵位置热量持续供给。电加热解堵方案能够低成本、高效率解决电动针阀冬季冻堵的问题。     

微流量控压钻井中节流阀动作对环空压力的影响

为解决窄安全密度窗口的复杂压力剖面问题,基于质量守恒方程及动量守恒方程,建立了节流阀动作引发的环空波动压力模型,并应用中心差分法对模型进行了求解。研究表明,随钻井液排量增大、节流阀动作时间减小,环空所受波动压力呈增大趋势;阀芯所受波动压力大于环空段;钻井液排量从36 L/s增至56 L/s时,阀芯所受波动压力峰值从1.26 MPa增至1.56 MPa,钻铤段波动压力峰值为0.22 MPa;节流阀动作时,套管鞋处引发故障的概率比井底高至35%。研究结果表明,两步、多步线性关阀较一步关阀,不但关阀手段灵活,更可有效减小环空波动压力峰值。      

水下防喷器组节流压井管线插接器研究现状

节流压井管线插接器是水下防喷器组的关键单元设备,其核心技术主要掌握在国外少数几个防喷器生产厂家。为保障我国能源安全和海洋权益,应加快开发具有自主知识产权的水下防喷器组。介绍了常用机械式和Hydril、Radoil、AXON及Shaffer液压式水下防喷器组节流压井管线插接器的研究现状,分析了它们的结构特点及优缺点。国内在开发水下防喷器组节流压井管线插接器时应在产品结构、密封材料、锁紧机构等方面加强研究。     

水力旋流除砂器内液-固两相流动试验与数值模拟

海上油田注水工艺中,水力旋流除砂器除砂性能的好坏直接影响后续过滤器的正常运转。鉴于此,通过试验和数值模拟对TP-Ⅱ-250型水力旋流除砂器内液-固两相流动进行了研究。研究结果表明,RSM模型和DPM模型用于模拟液相湍流流动和固相流动具有很高的计算精度;压降随着进料流量的增加而增加,流体流动与壁面的摩擦以及短路流现象是造成压损的2个重要原因;切向速度和轴向速度是影响水力旋流除砂器颗粒分离的2个主要流速分量;TP-II-250型水力旋流除砂器能将70μm以上的颗粒全部捕集,并且颗粒粒径越小,越容易逃逸,但是对于微小颗粒而言,由于发生团聚和附着作用,其分离效率也能达到较高;除砂效率随着入口进料流量的增加呈现先增加后降低的趋势,进料流量范围为56~62 m3/h时,除砂效率最高。所得成果为水力旋流除砂器更好地应用于海上油田注水工艺提供了依据。     

双相孔隙介质中动电效应定量研究

首先介绍了描述动电现象的Ｓｔｅｒｎ双电层模型,接着由一般通量－－力关系导出了动电效应的声电耦合关系,然后用实际地层资料计算了动态耦合系数,分析了耦合系数与和地层参数的相关关系,最后发现,动电效应可用于解决强水淹油层的识别问题。     

PDC钻头在砾岩层中的磨损规律研究

针对PDC钻头在钻进致密砾岩层中磨损严重的问题,建立了双切削齿PDC钻头简化模型,采用Archard磨损模型并通过有限元软件对PDC钻头切削齿的破岩过程进行模拟,研究了PDC钻头切削齿的后倾角、温度、线速度和钻压对切削齿磨损量的影响规律。研究结果表明:切削齿磨损量在后倾角为15°～20°之间时增长速度平缓,在20°时达到最大值;切削齿磨损量在温度达到300℃后增长速度迅速加快;线速度和钻压与钻头切削齿的磨损量成正比关系。最后采用正交试验法进行敏感度分析,发现对钻头磨损量影响程度由大到小依次为线速度、切削齿后倾角、温度和钻压。该研究对PDC钻头在砾岩层中钻进时合理调节钻井参数以及延长钻头使用寿命具有一定的指导意义。     

高压井控锥阀流场数值模拟研究

在高压油气藏勘探开发过程中，节流管汇中的锥阀常常发生阀杆断裂和阀芯脱落等事故，主要是由于阀内流体不稳定导致阀杆振动造成的。采用有限体积法建立了锥阀的计算模型，完成了锥阀内部流场的稳态和瞬态计算。通过对计算结果的分析，认为锥阀内流体不稳定主要包括下阀腔漩涡有规律的脱落和流动方向的摇摆，这是导致锥阀阎杆振动断裂的主要原因，为高压锥阎的结构改进提供了理论依据。