考虑土-储罐-液体相互作用的隔震储罐简化力学模型及地震响应研究

为了寻求一种既能减震又能降低成本的储罐结构,提出一种隔震储罐结构体系,根据力的平衡原则推导了滚动隔震装置恢复力模型,得出了复合滚动隔震装置的恢复力模型。基于三质点模型和场地土模型,提出了考虑土-储罐-液体相互作用(STLI)的隔震储罐的简化力学模型和运动方程,并研究了考虑STLI效应和不考虑STLI效应时抗震储罐和隔震储罐在不同场地的地震响应。结果表明:隔震储罐能够有效地降低其基底剪力及倾覆弯矩,但对晃动波高的控制有限,建议在高烈度区,满足晃动波高的前提下,隔震储罐在设计时可以降低烈度。考虑STLI效应后,抗震储罐的基底剪力和倾覆弯矩明显降低,且从Ⅰ类场地到Ⅳ类场地差异率逐渐增大,软土场地降低最为显著。隔震储罐地震响应受STLI效应的影响较小,可以有效地隔断上部结构与场地土之间的耦联,弱化STLI效应对上部结构的影响。

旋转自进空化射流喷头性能及油管清垢实验研究

我国各大油田普遍存在油管矿物质结垢问题,空化射流因其工作压力较低时即可达到较好的清洗效果而应用于油管清洗,通过喷头的旋转实现内壁清洗的全覆盖,但对旋转空化射流喷头的旋转速度、送进速度等性能的研究还比较少,无法有效指导旋转空化射流喷头的应用。针对风琴管空化喷嘴开展了性能实验,对空化喷嘴在不同喷射靶距和喷射角度开展油管矿物质垢的清洗实验,确定了20 MPa条件下清洗的最优靶距及喷射角度;提出了旋转自进空化射流喷头结构,对不同旋转喷嘴圆柱段直径、不同入口压力条件下喷头的旋转速度及自进力进行了实验测试,得到了喷头参数对旋转速度、自进力的影响规律;开展了油管内壁矿物质垢清洗试验,得到了旋转自进空化射流喷头的压力和送进速度对清垢率的影响规律。本文可为油管矿物质垢低压条件下高效清洗提供技术支持,也可为旋转空化射流的机理研究提供借鉴。

风琴管喷嘴空化水射流流场的大涡模拟

针对空化水射流流场空化云演化采用RANS方法模拟不准确的问题,采用大涡模拟(Large-eddy simulation,LES)对风琴管空化喷嘴流场进行数值模拟。基于Mixture多相流模型和Zwart-Gerber-Belamri(ZGB)空化模型,分别采用SM模型(Smagorinsky-Lilly model,SM)、壁面适应的局部涡黏模型(Wall-adapted local eddy-viscous,WALE)和代数壁面模型(Wall-modeled large eddy simulation,WMLES)3种不同的亚格子模型,对风琴管喷嘴空化水射流流场进行数值模拟,分析空化水射流特性、空化云演化规律及脱落频率。结果表明:WALE模型可以较为准确模拟空化云演化周期,与高速摄像拍摄结果吻合较好;在喷嘴内圆柱段以及扩散段壁面附近产生涡环,加快了空化泡析出,WALE模型较好的模拟了涡环结构;涡量分析表明涡流在喷嘴出口附近出现,射流的末端空化泡破碎产生扰动,大尺度涡演化为小尺度涡,WALE模型模拟出涡的破碎范围较SM模型更大,WMLES模型未捕捉到小尺度涡。

动态水力旋流器结构参数的优选设计

简要描述了动态水力旋流器的结构组成及工作原理。在深入开展动态水力旋流器的分离机理和性能试验研究的基础上 ,进一步证实了只要合理地优化选取其结构参数 ,即可获得良好的分离效果。重点介绍了动态水力旋流器主要结构参数的优选设计过程 ,通过对油水分离用动、静态水力旋流器进行对比分析 ,进一步证实了动态水力旋流器在油水分离方面存在的优势。其成功研制为今后深入进行分离机理、流场测试及分离性能的研究奠定了基础 。

含油废水处理用动态水力旋流器构件设计研究

为适应油田含油废水处理设备的小型化、可移动的需要,从提高动态水力旋流器设计及制造精度入手,运用数学、流体力学、三维CAD造型技术等知识,对其主要构件,如转筒、旋转栅、溢流口等进行了优选设计和试验对比分析.为制造分离性能优良的样机提供了理论指导,也为其深入研究奠定基础.

基于LES湍流模型的角形喷嘴数值模拟

针对RANS方法存在空化流场预测不准确的问题,通过采用大涡模拟(LES)对角形喷嘴进行数值模拟来获得其瞬时速度场以及空化云分布。通过对其流场进一步分析,揭示了空化水射流在发展过程中漩涡结构与空化之间的关系以及不同压力下的射流分布特征,为工程实践应用及空化射流机理提供了理论参考。

基于梁-梁接触理论的管柱屈曲分析

为探究长直管柱在井下复杂工况下的屈曲形式,进行基于梁-梁接触理论的管柱屈曲分析研究。利用梁-梁接触理论对考虑剪切弯曲变形的梁进行离散化,使用管-管接触单元建立管柱变截面摩擦接触有限元模型,并用此方法针对分层采油井实际井况建立管柱有限元分析模型。结果表明,分层采油管柱在井下复杂的受力环境下会发生不等距复合屈曲,在考虑摩擦的情况下管柱的屈曲构型不再是标准的正弦线或是螺旋线构型,并利用磁定位数据验证了计算结果的可靠性。

偏心工况下水平井压裂管柱喷砂器冲刷磨损数值模拟

在井场压裂过程中,大流量的携砂压裂液对喷砂器内部流道产生冲刷磨损,尤其在偏心工况下,喷砂器局部偏磨严重,对其工作性能和使用寿命造成不利影响。根据压裂管柱喷砂器的工作原理和几何结构,基于CFD技术建立喷砂器三维流体模拟模型,采用Realizble K-epsilon模型对固液两相流湍流进行模拟;利用DPM离散相模型,描述固体颗粒的运动;采用McLaury冲刷磨损模型,预测冲刷磨损规律。对压裂管柱喷砂器在偏心工况、不同施工流量条件下的冲刷磨损规律进行模拟。结果表明:结构偏心使喷砂器内套产生较大偏磨,压力降增加,随流量的增加,冲刷磨损量逐渐增加;数值模拟喷砂器冲刷磨损形貌与现场施工后形貌基本一致,验证数值模拟的可靠性。该结果可为水平井压裂管柱喷砂器冲刷磨损预测和结构冲刷磨损控制提供参考。

复合式水力旋流器内部流场的数值模拟

复合式水力旋流器是综合了动态和静态旋流器各自优点的新型水力旋流器。采用修正的RNGK ε模型,对复合式水力旋流器内部流场进行了数值模拟。计算结果与实验所得数据基本吻合,证明了模型和算法的正确性。其中,轴向速度和切向速度的数值模拟结果和实际测量结果非常接近;在器壁附近的外自由涡区,切向速度的数值计算与实际测量数值基本一致。对径向速度分布规律的模拟将有助于对旋流器的结构及性能的分析,所建立的数学模型和所使用的计算方法为进一步研究复合式水力旋流器的分离机理、流场特性及结构优化设计提供了一条有效的途径。

用于油水分离的动态水力旋流器的研制

介绍了用于油水分离的动态水力旋流器的主要结构及其工作原理 ,论述了其结构性能设计及制造工艺方法 .对所研制的动态水力旋流器进行了室内与现场试验 ,结果表明 ,样机能将油水混合液中的含油浓度从 1.0 0～ 1.80g/L降至 0 .0 2g/L左右 ,油水分离效率达 95 % ;与静态水力旋流器比较 ,可分离油滴的粒径更小 ,能低压运行 ,且压力损失小 ,一般只有 0 .0 1～ 0 .15MPa .分析了现场试验过程 ,提出了应用该装置处理聚驱采出液的改进工艺设施 ;给出了提高该设备精度的具体方案 .

电潜泵叶轮冲蚀磨损的数值模拟及验证

针对同井采注水中电潜泵叶轮出现的冲蚀磨损问题,采用RNG k-ε湍流模型和离散相模型,实现对冲蚀磨损的数值模拟。通过对不同粒径和转速条件下叶轮的冲蚀磨损进行分析,得到了冲蚀磨损规律和磨损机理。研究结果表明,叶片凹面中心是最严重的冲蚀磨损区域;转速和砂粒粒径增大都会加剧冲蚀磨损,逐步使冲蚀磨损较严重的区域由凹面中部的一点逐步扩展到整个凹面;0.07 mm是冲蚀磨损迅速增强的临界点;数值模拟结果与验证结果吻合较好。因此,利用CFD预测潜油电泵叶轮的冲蚀磨损是可行的。

井下油水分离旋流器大锥角参数优化

利用Fluent软件,将油相体积分数为2%、油滴粒径为40μm的混合介质作为研究对象,对主直径为28mm、小锥角为1.5°的不同大锥角的井下油水分离水力旋流器内部流场进行数值模拟,得到不同大锥角时切向速度、轴向速度、油相体积分数分布以及压力降与分离效率的关系.结果表明,当大锥角为26°时,外涡流区最大切向速度最靠近中心点,内涡流区切向速度沿径向的速度梯度变化不大,可降低液滴的剪切破碎;旋流器轴心处油相体积分数最大,混合介质中油相体积分数达到95.0%,在壁面附近油相体积分数很小,此时水力旋流器的分离效果较好,可为井下油水分离旋流器的结构优化设计提供指导.

定量注水堵塞器的性能研究

针对常规注水堵塞器难以达到油田注水井定量注水要求的问题 ,研制开发出适合井下分层定量配注的定量注水堵塞器。这种堵塞器与井下偏心配水器配套使用 ,当注水的来液压力或地层的吸水能力改变时 ,通过堵塞器内滑阀和弹簧的作用 ,自动调节出液口的大小 ,使水嘴前后压差基本保持不变 ,起到保持流量稳定的作用。新研制的堵塞器结构简单 ,操作方便的特点 ,使用时只需在地面根据各层段的配注水量要求 ,选定合适尺寸的水嘴 ,一次下井作业即可达到配注要求。室内性能试验和现场试验证明 ,定量注水堵塞器注水量误差均小于 10 % 。

深层气井压裂管柱突扩结构内流态及磨损规律模拟

针对深层气井压裂施工排量和加砂量的不断增加,压裂管柱磨损日益严重,基于欧拉-欧拉双流体模型,结合携砂压裂液的冲刷磨损试验,建立半试验的冲刷磨损模型,对深层气井压裂管柱突扩结构的内流态和冲刷磨损规律进行数值模拟,得到速度分布、砂浓度分布、壁面冲击速度和冲击角度等流场特性,以及突扩管柱的冲刷磨损量.结果表明:在压裂管柱突扩结构后出现分离和再附,从而引起砂浓度的变化,对管柱内壁形成一定的冲刷磨损作用,冲刷磨损量较大部位在突扩后台阶变截面处及再附点后5倍管径范围内,模拟得到的主要磨损部位与现场失效部位基本吻合.

油水分离用水力旋流器内部流场的数值模拟

数值模拟了油水分离用水力旋流器油水两相流,分析了水力旋流器内部油相体积浓度分布、油相滑移速度分布以及不同流量下的分离效率,得到了水力旋流器内部流场的分布规律和油水两相流的分离特性.数值模拟计算得到的分离效率与实测分离效率结果比较,相对误差在±7%以内,数值计算结果可靠.

气举柱塞外壁密封性能计算与分析

气举柱塞外壁的密封性能是决定气井井下排水采气工艺实施的关键。针对目前气举柱塞存在的气体窜流和液体漏失而影响排液效率问题,以典型柱塞外壁结构为基础,建立了柱塞在油管内举升的流场数值计算模型,对其外壁密封环槽结构的密封性能开展了数值模拟研究。结果表明:柱塞外壁环槽结构的不同槽形对柱塞排水采气的密封性能有显著影响,密封性能由高到低依次为:圆弧形槽、正直角梯形槽、矩形槽和反直角梯形槽。密封性能随着槽深的增加而增加,且出现增速放缓的趋势;随着槽宽的增加出现先增后减的趋势。同时开展了实验研究,实验结果与模拟结果相对误差低于12%,验证了模拟的可靠性。

井下液力自动清蜡装置设计及试验研究

针对无杆泵采油系统,设计一种机械式液力自动清蜡装置,该清蜡装置在流体压差作用下实现液力自动清蜡。其主要由刮蜡主体和换向主体构成,刮蜡主体将整个清蜡过程分成3次分层分级清蜡,换向主体使清蜡装置在油管内上下往复运动。对清蜡装置换向胶筒的工作性能及锁紧机构和复位机构进行数值模拟及实验研究。结果验证了该新型液力清蜡装置应用于现场实际的可行性。

高温换热器多场耦合数值模拟研究

建立了高温换热器流动和传热的数值模型,对5种不同工况条件下的换热器进行了数值模拟,得到换热器的流动和传热特性;在ANSYS软件中建立换热器管束三维有限元模型,通过ANSYS CFX-POST准确的将前面FLUENT计算得到的温度场、压力场映射到ANSYS结构模型中,对换热器进行多场耦合分析;通过热-结构应力分析,得到换热器管束的等效应力和位移分布状况,并确定了最大应力发生的位置和具体数值,对换热器进行强度评价。

井下螺旋式气液分离器分离性能的数值模拟

为了实现井下气液高效分离、产出水回注和采气于一体,开展了新型井下螺旋式气液分离器的研究。应用计算流体力学方法(CFD)对螺旋式气液分离器的内部流场进行分析,并研究了螺旋圈数和螺距对螺旋式气液分离器性能的影响。该结果为井下螺旋式气液分离的进一步研究提供了参考依据。

急冷锅炉内流场传热特性及失效分析

针对裂解炉急冷锅炉内管失稳问题,对炉管内流体的气液两相流场和温度场进行了数值模拟,得到换热单元内锅炉给水的分布规律,以及炉管内气液两相流和沸腾传热特性.结果表明,流量分配不均,锅炉给水出口处的含气率超过界限是导致传热恶化是炉管失效的主要原因.数值模拟计算得出的易发生失效炉管及其主要失效部位均与现场实际失效的情况基本吻合.