机械密封腔流场内粒子对密封腔壁面及波纹管冲蚀分析

为研究机械密封腔内混有固体颗粒的流体,在复杂工况下对密封腔壁面及波纹管表面冲蚀的影响,以CFD理论及方法,采用k-ε湍流模型和离散项DPM模型,对固液混合流场进行模拟分析,获得密封腔内流体中介质作用下密封腔壁面及波纹管外表面的压力场分布,分析不同工作状态下固体颗粒作用下密封腔内壁和波纹管外表面的冲蚀区域分布、固体颗粒在流场中的运动轨迹,以及机械密封工作过程中流场内固体颗粒的逃逸量、运动状态的变化。结果表明:粒子主要受颗粒阻力、浮重力、压力梯度力及波纹管和密封腔表面反作用力的影响;在旋转流场中,粒子作与旋转方向一致的螺旋方式前进;无转速时,冲蚀多发生在靠近入口处的波纹管外表面,旋转流场中,冲蚀多发生在密封腔靠后位置的壁面;随着转速增加,粒子逃逸率下降。研究结论为机械密封腔的设计布局及机械密封装置的优化提供理论依据。

多注入头压裂井口的冲蚀分析

近年来随着体积压裂的深入,压裂规模向＂万方液、千方砂＂发展,但压裂井口仍采用常规压裂井口。常规压裂井口采用四通结构,大方量、高排量压裂液从三端注入施工,其液体流向会对井口四通相贯线部位及下方管壁产生严重冲蚀,井口出现渗漏,影响施工安全。为此提出了一种新型多注入头压裂井口。多注入头压裂井口采用六通结构,注入方式为45°角四端注入,压裂液进入井口后流道发生改变,压裂液相互冲击减弱。采用FLUENT软件对新型多注入井口进行冲蚀模拟分析,结果表明,其冲蚀的区域主要为从六通相贯线处到下方管壁处。应用此压裂井口进行现场施工试验,施工过程中井口无渗漏,施工后对井口进行检测,发现检测结果与冲蚀模拟结果基本吻合。相比于常规压裂四通井口,新设计的多注入头压裂六通井口能显著降低压裂液对井口的冲蚀,提高井口的使用寿命。

基于冲蚀分析的海上气田筛管临界产气量研究

油气井出砂是油田开发过程中面临的难题之一,地质因素、开采因素等都能导致出砂。筛管在井下处于比较恶劣的环境中,除了人为因素外,含砂液流对筛管的冲蚀破坏是导致筛管失效的重要因素。不同含砂粒径、液流流速、冲蚀角度和含砂浓度等因素对筛管的冲蚀影响程度不同。对于出砂的气井如何保证能够安全生产,就需要进行筛管冲蚀临界产气量计算,并分析筛管尺寸、挡砂精度和含砂量等因素变化对临界产气量的影响。结果表明:随着筛管尺寸的减小、砂粒粒径的增大和含砂量的增大,筛管可承受的耐冲蚀临界日产气量逐渐下降。在满足配产和开发年限条件下,通过筛管耐冲蚀分析,可对气井筛管尺寸进行优选。

南海某海底管道腐蚀原因分析

海底管道发生泄漏的原因有多种,例如外力损伤、内部腐蚀等。南海某油田海底管道在投产几年后发生了腐蚀泄漏,通过对海底管道泄漏前的生产数据进行管道失效长度分析、冲蚀分析和腐蚀速率模拟计算,给出了该管道发生腐蚀泄漏的原因,为以后海底管道的安全运行提供借鉴。

基于数值模拟的水下发球管汇系统流动与冲蚀

水下发球系统具有作业成本低、无需长时间停井的优势,应用前景广泛。发球管汇系统管道结构复杂,管道内流场变化规律不清,出砂现象严重,在发球过程中会出现高流速,易发生冲蚀。基于某水下发球管汇系统,应用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的方法进行流场计算及冲蚀分析。结果表明,管内流速分布不均,弯管与T形管区域存在偏流;气液两相分布较为均一,但在竖直管段存在积液。对比冲蚀模型的计算结果,发现Generic与DNV模型计算结果相对准确;颗粒冲蚀速率较大的位置主要分布在含液区域或气液界面处,且竖直管段的冲蚀速率比水平管段更大;当颗粒含量为10×10^(-6) kg/m^(3)时,颗粒直径为100μm时,最大冲蚀速率为0.21 mm/a;最大冲蚀速率随着砂颗粒含量的增大、含砂量的增大而增大;且随着砂粒直径的增大,冲蚀区域愈趋向集中。管内流速高,长时间运行时冲蚀现象严重,需加强关键冲蚀区域的防护措施,提高腐蚀裕量,以保障管汇系统的安全运行。

气体钻井排屑管缓冲弯头设计与分析

排屑管线,特别是管线弯头刺漏是气体钻井使用过程中的普遍现象。排屑管线刺漏不仅会造成作业中断、降低钻井时效,而且管线更换耗费人力物力,当钻遇天然气或硫化氢时甚至易引发火灾或人员中毒事故。为了提高排屑管线弯头的使用寿命,本文提出了一种气体钻井排屑管缓冲弯头并进行了冲蚀分析,为气体钻井排屑弯头提供了一种可行的实施方案。

隔河岩大坝消力池的运行和维修

隔河岩大坝消力池设计新颖、运行条件复杂 ,在运行过程中加强监测和管理是十分重要的。根据消力池运行情况、水力学原型观测成果以及抽水检查情况 ,分析了造成局部冲蚀破坏的原因 ,有针对性地提出了各部位的修补处理方案 ,修补后的消力池 ,经受了几次泄洪的考验 ,运行安全。该消力池为今后类似工程的设计、检修提供了参考。

Erosion wear experiments and simulation analysis on bionic anti-erosion sample

The dorsal surface of a desert lizard has excellent particle erosion resistance.In this paper,a bio-inspired sample was designed and fabricated based on the biological characteristics of the dorsal skin of the desert lizard(Laudakin stoliczkana).The bionic sample consists of two materials with different characteristics,which form a two-layer composite structure.The particle erosion property and erosion wear mechanism of the bionic sample was studied by means of sandblast experiment and numerical simulation,respectively.The experimental results show that,in the stage with steady abrasion rate,the weight loss per unit time of the bionic sample is about 10%lesser than the control sample.The numerical simulation indicated that the two-layer structure of the bionic sample can efficiently absorb the normal stress,and dissipate the stress in the horizontal direction.Thus,the stress concentration on the sample surface is suppressed.The two-layer structure is contributed to the decentralizing of the stress distribution,and thus the occurrence probability of erosion damage can be decreased.