天然气水合物举升管气液分离过程数值模拟与方案优选

为了提高天然气水合物气液分离效率,加快天然气水合物开采利用,以我国南海水合物开采工况为基础,结合天然气水合物开采工艺设计原则,采用流体力学数值模拟方法分别对轴流导叶式、管柱式、螺旋式3种气液分离装置进行数值模拟分析,重点研究了不同液相含量对3种气液分离装置气液分离效率的影响,并得到了3种气液分离装置的适用工况。研究结果表明,轴流导叶式、管柱式气液分离装置适用于液相流量较高、在分离空间内可形成液位的工况,螺旋式气液分离装置适用于液相含量较低且流量不大的工况。结合我国南海天然气水合物的含水状态,以液相含量10%、产气量30000 m~3/d为优选条件,以分离效率和压降为优化目标参数,确定螺旋式分离装置更适用于南海天然气水合物井下气液分离。该研究可为天然气水合物气液分离方案设计与优选提供指导。

复合结构罐顶安全性数值模拟及结构优化

传统玻璃钢储罐罐顶质量大,稳定性差。出于减重和增加罐顶稳定性的目的设计了含夹芯结构的新型纤维增强复合结构罐顶。由于复合结构罐顶受力复杂且缺少相关的设计和校核标准,因此以直径为11 m的立式储罐罐顶为例,采用ANSYS有限元分析方法,对根据HG/T 20696-2018标准设计的纤维增强复合结构罐顶进行安全性分析,根据安全系数求解罐顶设计的最小厚度和最小质量,并根据分析结果对罐顶进行结构优化。研究结果表明:HG/T 20696-2018标准无法适用于复合结构罐顶的设计;相比于该标准设计下的复合结构罐顶,加入加强筋前的罐顶厚度可再减少12%,质量再减少10%,而采用加强筋后,罐顶厚度可减少42%,罐顶质量可减少40%;加强筋下沿区域应力集中明显,为首要失效位置。所得结论可为纤维增强复合结构罐顶的设计和改进提供指导。

海域天然气水合物开采方案设计及气液分离特性分析

为了解决海域天然气水合物开采效率低、水合物大面积分解和二次生成等问题,以我国南海海域某天然气水合物开采井为例,结合降压法和热激法设计一种海域天然气水合物整体开采方案,运用数值模拟方法研究螺旋式、轴流导叶式、管柱式分离装置在不同气液比下分离效率及分离特性,同时开展气液分离实验验证结果准确性。结果表明:海域天然气水合物开采采用双管柱结构方案,生产井采用泄流面积更大的水平井方案。螺旋式分离装置适用于10%的液相含量(体积分数),优选螺旋分离装置进行海域天然气水合物气液分离,螺旋式分离装置前两圈螺旋处压降较大,压降达到325 Pa。液滴直径25~100μm时分离效率均达到了100%,分离效率随圈数的增多而增大,变化范围为79.2%~91.8%。分离效率实验与数值分析结果误差为5%,验证了气液分离数值模拟分析结果的准确性。本研究可为高效安全开发海域天然气水合物提供重要技术支持。

铝合金直连型套管接头密封性能分析

铝合金直连型套管接头具有压裂后钻磨效率高、下入性好等优点。当前国内外对铝合金材料套管接头研究较少,而压裂工况下对接头的密封性能又有较高的要求。针对上述问题,通过有限元模拟仿真与现场试验相结合的方法,分析铝合金直连接头的结构参数,接头过盈量以及载荷对密封性能的影响,从而得到最佳的接头螺纹过盈量和结构参数以及不同载荷对接头密封性能的影响。研究结果表明:密封面角度为16°,密封面长度为3.5 mm,扭矩台肩角度为逆向角-15°,密封面过盈量为0.4 mm,扭矩台肩面过盈量为0.06~0.08 mm时密封性能较好;在有轴向拉力作用时,密封性能会有明显下降,而轴向压力、内压和外压对密封性能影响可以不予考虑。所得结论可为铝合金直连型接头的设计和进一步改进提供指导。