钻井节流阀堵塞问题分析与评价

钻井节流阀在大排量连续工作条件下,阀腔堵塞是阀门功能失效的主要形式之一。通过有限元分析法,对阀门内部流场进行有限元分析模拟,结果显示直角式节流阀环空处产生涡流,降低阀门流通能力,易形成堵塞。结合现场工况,分别对筒型节流阀、楔型节流阀、孔板式节流阀阀芯形状和尺寸,进行对比分析,明确了各种阀门的优缺点。通过上述分析,提出了防堵塞阀门和阀芯结构型式,并提出了配套改进方案。

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。

基于响应面法的新型控压钻井节流阀优化设计

运用CFX和ANSYS Design Exploration,采用中心组合法和响应面法计算了新型控压钻井节流阀阀盖长度、阀盖外径、阀腔内径单一参数和双参数关于阀芯平均质量损失的克里金响应面,结果表明这些尺寸对阀芯的平均质量损失影响显著。为增强阀芯耐冲蚀性,提高节流阀使用寿命,采用多目标遗传算法对上述尺寸进行了优化。优化后阀芯的平均质量损失减弱30.2%,阀芯对称面轮廓线上各点随x坐标冲蚀率的变化表明大部分点冲蚀率有明显减弱,阀芯背部冲蚀率减弱最显著。

钻井节流阀阀芯材料性能研究

针对钻井节流阀阀芯工作环境的特点,通过拉伸试验和冲击试验,探究了YG8合金和20CrMnTi钢两种材料对阀芯工作寿命的影响。结果表明,20CrMnTi钢表现为较好的塑性材料特性以及较好的延展性,可以抵抗较大的冲击载荷,减少阀芯断裂的几率;由于表面硬度较低,流体冲击时阀芯表面易被损坏,影响阀芯调节精度。YG8硬质合金材料表现为脆性材料特性,表面具有较高的硬度,流体冲击时阀芯表面产生的冲蚀破坏较小;由于塑性特性较弱,在较大冲击波动载荷作用下,产生冲击振动疲劳。