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。     

固定节流阀流场数值模拟研究

应用有限体积法,借助FLUENT分析了突然收缩和突然扩张型固定节流阀在节流孔孔径为14mm时的流场特性,揭示了流线、速度、压力分布,讨论了节流孔长度、孔径对压降的影响.提出了一种新型节流阀结构,可有效增大压降,为固定节流阀结构优化及性能改善提供参考依据.     

基于Fluent的井下流量控制阀流道研究

井下流量控制阀是智能井系统井下流体控制的关键部件。为了提高产量、降低压降、减少局部损失,对流量控制阀结构进行了分析,建立了流量控制阀流动模型,推导出出口流量与流道过流总面积的流量系数C_V。以流量控制阀出口产量3 000 m³/d为设计标准,计算出理论C_V值与数值模拟得到的C_V值非常接近。在设计节流阀套孔口的流道时,对节流阀套流道口的形状、过流面积和位置进行了分析,采用了百分比控制方式进行调产。研究结果表明：所得C_V关系式为确定流道口过流总面积提供了理论依据;且设计的方形流道在径向角度为75°时,百分比控制方式不仅能够有效精确调节产量,还能减少流道口前后的压降;最后开设了圆锥形稳流小孔,有效地解决了流道环空的漩涡,减少了能量损失,使得内部原油流动更加稳定。研究结果可为流量控制阀进一步的优化设计提供依据。     

控压钻井常用节流阀节流精度对比分析

节流阀作为控压钻井技术中控制井口回压的关键部件,其结构的不同会涉及到精确控压问题。以新疆油田常用的控压节流阀为分析基础,通过其结构分析和开度与节流面积关系研究分析,给出了不同节流阀的控压精度对比说明,以期为今后的节流阀使用提供一定的借鉴。     

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。     

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。     

高压节流阀流场分析及其结构改进

针对塔里木油田现有节流阀在现场使用过程中频繁出现的阀座刺穿和阀杆断裂等问题 ,对锥形和楔形节流阀 ,用Pro/E软件建立其三维CAD模型 ,通过数据转换 ,调入PhoenicsCFD软件进行流场分析 ,获得了寿命最高的楔形节流阀。通过对楔形节流阀进行结构优化设计 ,得到了最佳结构 (由 2段斜面组成 )的楔形节流阀 ,同时计算出了该楔形节流阀不同开度所对应的压降和流阻系数。油田应用证明 ,楔形节流阀的寿命是锥形阀的 5～ 7倍。     

凝析气田开采后期工艺改造方案的选择

针对气田开采中后期压力逐年递减、不能满足＂节流制冷脱水脱烃工艺＂的节流压差要求而导致外输气水、烃露点不达标的问题,需对原节流制冷工艺进行技术改造。对＂节流阀前增压＋节流制冷＂＂节流阀前增压＋丙烷制冷＂＂节流制冷＋节流阀后增压＂和＂丙烷制冷＋节流阀后增压＂4种改造工艺的流程进行了详细介绍,从工艺可行性、能耗、投资等方面作了对比分析,得出＂节流阀前增压＋丙烷制冷工艺＂优于其他3种改造工艺。并以某凝析气田为例进行模拟计算,由计算结果可知＂节流阀前增压＋丙烷制冷工艺＂可以满足该气田外输气水、烃露点和外输压力的要求。     

基于Matlab的控压钻井压力控制建模方法

为了提高控压钻井的控压精度,研究了基于Matlab的控压钻井压力控制建模方法。分析了节流阀的节流控压原理,根据伯努利方程建立了表征节流阀物理特性的方程;利用采集的节流阀节流控压试验数据,通过Matlab软件进行线性回归,得到了可计算节流阀控压的四参数公式;根据试验选用的节流阀开度与当量直径的特性曲线,采用Matlab软件进行拟合,得到了节流阀开度与节流面积的关系方程;根据节流阀开关试验得到的节流阀开度与开关时间数据,利用Matlab软件拟合出了开度与开关时间的关系方程,将上述各方程相结合得到了节流控压的理论模型。利用Matlab软件的半实物仿真插件将模型转化为通用实时代码,并采用模块化建模方法,编制了控压钻井自动控制软件,形成了控压模型。循环模拟系统验证显示,控制系统的响应时间小于10 s,控制精度达到了±0.2 MPa,满足控压钻井精细控压的需求,这证明基于Matlab的控压钻井压力控制建模方法是可行的。      

超高压气井地面测试安全控压技术

压力控制技术是地面测试作业的关键技术,对压力的控制普遍采用节流装置实现,节流装置的可靠性是保障地面测试安全作业的重点,超高压气井地面测试作业节流阀压差大,节流装置易损坏,采用多级节流可以降低节流阀的压差,降低节流阀被损坏的机率,保障地面测试安全作业。文章阐述了节流装置失效现状、节流装置失效原因分析、多级节流压差分配的原则和计算方法。     

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。     

一种井控节流阀防刺短节的特性分析

节流阀是钻井井控管汇中的关键设备,现场应用中常因阀座、阀心的冲蚀磨损而失效,给井控带来了很大的安全隐患。防刺短节就是针对此问题而设计的。采用三维流场分析的方法,对带和不带防刺短节的楔形节流阀的流量特性进行对比分析。分析结果表明,防刺短节可以减小壁面上的流体速度进而减小壁面的冲蚀;防刺短节的节流效果不明显,其对节流阀的压力控制没有明显变化;加防刺短节后,流线复杂,流场漩涡增多,可能会产生振动和噪声。最后提出用普通碳钢材料来制造短节合金头以降低成本。     

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。     

控压钻井中节流阀开度与节流压力的关系研究

采用试验的方法对节流阀开度大小和节流压力关系进行研究须选取大量参数重复试验,工作量大、耗费人力物力多。为此,建立了锥形节流阀的Fluent数值模拟模型,模拟计算了不同黏度、密度和开度等参数组合下的节流压力,分析了不同参数组合下节流压力的变化规律,建立了包含密度、排量和开度的3参数节流压力函数模型。基于计算压力和实测压力曲线形状相似的事实,提出了基于数值模拟和试验数据平移修正的节流阀开度与节流压力函数关系确立的方法,并用该方法确定了1组待定参数下的节流阀开度与节流压力的函数关系模型。节流阀开度与节流压力关系验证表明,实测压力与计算压力曲线形状大致相同,存在曲线平移的基础,最大相对误差为9%。上述数值模拟和试验数据平移修正的方法,可以用于其他类型节流阀开度与节流压力关系的建立。     

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...     

气井井下节流动态预测

气井井下节流工艺将节流器安装于油管的适当位置来实现井下调压，能充分利用地热对节流后的天然气加热，从而改变天然气水合物的生成条件，对于防止水合物生成起到了积极的作用。井下节流后，气体由于压力降低而膨胀，气体的压能转变成动能，促使气流速度增大，有利于提高气井的携液能力。文章应用节点系统分析方法，以井下节流器为节点，建立了气井井下节流过程井筒压力温度动态预测模型。该模型综合考虑了流入动态和井筒径向传热机理，能够预测井下节流压力、温度等重要参数，为井下节流动态分析、井下节流器工艺参数设计、水合物防治、排液采气工艺提供了必要的技术手段。     

井控节流阀冲蚀机理及结构优化

节流阀是钻井井控管汇中的关键设备，它是否正常工作直接关系到压井的成败。为此，采用现代分析软件ANSYS对井控装置中的井控节流阀进行了流场分析，根据节流阀流场的特点，定性地研究了楔形节流阀现场使用中容易产生冲蚀的原因。对现有节流阀的结构进行了优化设计，即将楔形节流阀的平面改为弧面；在阀心上部仍采用楔形平面，但在阀心末端留一段平面使其平行于壳体的中轴线，楔形面与平面间采用圆弧过渡，保证流体出流方向不指向壳体，避免了流体对壳体壁的冲蚀。同时，阀心上端部的直线段满足了对压降的线性调节要求，更适合现场使用。     

一种新型压差控制自适应节流膨胀阀

在深冷工程中，其所用制冷剂的节流膨胀由于存在着低温流体（尤其是低温两相流）流量难以准确测定的问题，很难实现流量自动控制。因此常采用固定流通截面的节流元件，但这种节流元件不能很好地适应制冷系统（尤其是在混合制冷剂制冷系统变工况运行的状况下），导致制冷系统效率下降，从而影响了整个低温系统的效率。为此，针对深冷多元混合工质节流制冷系统的变工况运行情况，设计出了一种能够根据节流前后的压差，自动调节循环流量的自适应节流阀。该节流阀是机械式自适应阀，结构简单、设计有新意，适用于低温场合，具实用价值。分别在室温和深冷环境下进行的流量实验表明，该压差控制节流阀调节流量的能力较强。