强迫振动下垂直管道固液两相流数值模拟研究

粗颗粒固液两相流的管道输运适用于深海采矿工程.扬矿管道在流致振动作用下的内部固液两相流的输运机理尚未被完全探究.因此,采用计算流体动力学(CFD)与离散元(DEM)耦合的方法,分析不同粒径、不同振动频率与振幅和不同浓度工况下在强迫振动管道中的粗颗粒动力学特性以及管内流场变化特性.其中,将管道的振动简化为一维径向振动,将实际工况中的柔性管道假定为刚体管道.研究表明,在管道振动过程中,大颗粒相比小颗粒的惯性更大,而流体也需要更大的速度产生更大的曳力推动大颗粒,导致更大的轴向流场速度以及更大的轴向颗粒速度.随着粒径增大,大颗粒对流场的扰动更大,导致流体与壁面间的作用力更大;并且大颗粒与壁面间的碰撞和摩擦作用力更大,因此壁面剪应力增大.同时,大颗粒与流体间摩擦损耗的能量也更大.因此管道需要更大的能量将其输运,导致振动管道内的压降增加.增大管道振动频率与振幅会导致颗粒在截面上的分布更加分散,同时对流场扰动更大,然而对轴向流场速度的影响相对较小.增大进料浓度使颗粒间、颗粒与流场间的作用更加频繁,导致颗粒分布发生变化,并导致更大的轴向流场速度和湍动能.

基于满管输送的充填管路优化研究

满管输送可以延长充填管路的使用寿命,提高矿山充填作业效率。基于凡口铅锌矿新探明边缘矿体开采的充填需求,针对现有充填管线直径100 mm无法实现满管输送的问题,以地表管线SL1和地下管线L2-2为研究对象,开展充填管路优化研究。首先,运用理论计算,得出输送分级尾砂和细尾砂时,SL1的满管率分别为0.62和1.95,L2-2的满管率分别为0.72和2.26;其次,以最优满管率0.8为标准,通过公式推导,得出输送分级尾砂和细尾砂时SL1的理想水平管径分别为87 mm和155 mm,L2-2的理想水平管径分别为94 mm和168 mm;最后,利用CFD构建管道模型,运用Fluent软件进行变径满管流的数值模拟,通过对管道的压力及出口最大流速等进行对比分析得出,输送分级尾砂时减小管径可以增大满管率,且仍可自流输送;输送细尾砂时增大管径可以降低泵送压力。模拟结果证明此优化方案合理且具有很强的可行性。

集输系统双管掺水工艺节能优化运行研究

某区块采用双管掺水集油工艺流程,由于现场无法判断掺水参数与现场工况的关系,导致回液温度远高于原油凝点,造成能源浪费,超出了经济运行成本区间。针对上述问题,利用Pipesim软件实现工艺建模,分析了掺水参数与工艺热能损失、井口回压、回液温度、工艺压能损失及能耗损失占比等参数的定量关系,得到了符合现场调控的一般性规律,并通过建立目标函数和约束条件,利用萤火虫算法实现了掺水比和掺水温度的自动调控。结果表明:掺水温度建议不超过75℃,掺水比不宜过高,现场调控应采用先调节掺水温度再调节掺水比的操作方式;随着掺水比和掺水温度的增加,单井运行费用存在最低值;经算法优化后,不同单井掺水比和掺水温度均有不同程度下降,预计每天可节约运行费用0.5万元~1万元。

多级液体分布器流动特性分析

新型污水处理工艺的处理效率受到反应池流场扰动影响较大,引起流场扰动的主要因素是液体分布器出流均匀性和出孔湍流强度。目前,关于分布器均匀布水的研究较少,尚未揭示淹没流的孔口阻力特性与沿程阻力特性协同机制。本文提出一种孔径梯度变化的多级液体分布器结构,应用于某示范工程中,建立了基于物质传输模型的淹没流液体分布装置有限元分析方法,将数值模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:试验得到2个测试平面内氯离子质量浓度最大偏差为1.97%,有限元模拟得到多级液体分布器的克里斯琴森均匀系数为89.1%。在进水过程中,试验和有限元模拟所得新进水质量分数的变化趋势一致,结果吻合较好,证明了新型污水反应器结构的合理性,且满足工程应用要求。

浅层稠油开采用全液压斜直井修井机研制

目前国内用于油田浅层稠油开采中的斜直井修井机技术相对落后,还不能满足现场作业的要求。提出了全液压斜直井修井机的设计方案和技术参数;对该修井机的主要零部件和系统(如液压系统、游动吊卡、抓管机、可调底座、支架、接送管装置、油管对中及上卸扣装置等)进行了详细设计。全液压斜直井修井机经过试制和一年多的现场应用,结果表明:其结构设计合理,使用安全可靠,减少了作业人员,大幅降低了作业人员劳动强度。

穿山港区制氢加氢一体站的输氢管道设计

利用水路交通自然禀赋,通过太阳能和风能制氢,是构建港口绿氢“制-储-注-供-用”产业链的重要环节。制氢加氢一体站是未来的发展趋势,从安全角度保证制氢加氢一体站之间的管道输送十分重要。以穿山港区制氢量为500 Nm3/h的制氢加氢一体站为对象,开展输氢管道强度参数计算,并用CAESAR II软件对所计算的管道系统进行建模,开展多种工况下的静态应力分析。结果表明所设计的管道系统模型可行,可为制氢加氢一体站的气体输氢设计提供参考。

钻杆内水力输送分组筛管自动对接技术试验研究

煤层顶板定向长钻孔成孔后采用筛管完孔是保障工作面回采过程中瓦斯抽采效果的有效护孔措施。为了研究利用钻孔内重入大通径钻杆并在其内水力输送分组筛管自动对接完成全孔段筛管护孔的可行性,利用设计的水力输送筛管测试装置和分组筛管对接装置,进行了钻杆内分组筛管水力输送力及自动对接模拟试验,得到了不同泵量下分组筛管的水力输送节流压差与输送力,并与理论计算结果进行对比分析,同时对分组筛管对接装置的对接可靠性和分组筛管自动对接成功率进行了分析试验。试验结果表明:不同泵量下,节流压差和水力输送力实测值与理论计算值相近且呈指数式增长趋势,在泵量390 L/min时,配套Φ82 mm节流增压管的分组筛管在Φ102/Φ83 mm大通径钻杆内的实测节流压差、水力输送力分别达到1.29 MPa、6860N,且分组筛管对接装置的单次对接成功率和分组筛管自动对接成功率分别不小于94.18%、82.23%。

高等级流体输送用不锈钢焊接钢管质量控制研究

随着近年来我国石油、核电、新能源、汽车、化工等行业的高质量发展,对不锈钢焊接钢管产品性能和质量要求越来越高。为满足用户对高等级流体输送用不锈钢焊管的要求,企业通过推进质量信息化、智能化、集中化管理,以企业大数据处理系统为中心,建立了涵盖生产线和管理部门的质量信息网络,实现了质量信息从数据采集、传输、分析到改进和评价的闭环管理,优化从不锈钢冶炼、板材轧制到焊接制管的全流程生产工艺,应用“精密策划”“自主创新”“过程控制”“检验细化”等科学管理方法,形成了系列化、标准化的“全员、全流程、全要素、全过程”质量控制方法,实现了高等级不锈钢焊管的质量提升和稳定供货。

高含水原油在不同管材中的低温集输特性研究

目前,我国大部分油田已进入高含水期,采出液的流动特性发生变化,使降低集输温度成为可能。然而,关于管道材质对低温集输特性影响的研究相对较少。因此,利用现场实验装置对钢管与玻璃钢管中高含水原油低温集输特性进行了研究。结果表明,管线降低掺水量之后,井口回压上升,实验管道末点的油温缓慢下降;不同掺水量下井口回压上升过程不同,高掺水量下更容易实现低温集输;当掺水量相同时,玻璃钢管的黏壁温度低于钢管的黏壁温度,玻璃钢管低温集输的最低掺水量低于相同情况下钢管的掺水量。对黏壁温度实验数据进行拟合,得到了不同管材的黏壁温度计算模型,计算结果准确度较高,对高含水期油田实际生产中低温集输的可行性判断及其安全运行管理具有指导意义。

柔性复合管在油田服役后的性能

为评价柔性复合管在油气田地面集输系统中的应用效果,采用宏观观察、微观分析、水压爆破试验、气密封性能测试、结构组成分析、热分析、红外光谱分析、力学性能测试等方法对两条柔性复合管进行分析,以确定其在不同工况下的适用性。结果表明:在经过一段时间的服役后,两条柔性复合管结构层保持完整,未发现明显缺陷,内衬层颜色加深;两条管道的失效形式均为管体爆破,其中1号试样因长期高温运行,其爆破压力不满足标准要求;两条管道的内衬层分别为交联聚乙烯和普通聚乙烯,增强层分别为芳纶纤维和涤纶纤维,热分解温度分别为580℃和440℃,但芳纶纤维的抗拉强度明显小于涤纶纤维。

油气集输管道腐蚀与防护技术研究进展

针对油气集输管道存在的腐蚀问题,分析了油气集输管道材质、管外腐蚀和管内腐蚀等因素。总结了管道腐蚀的化学腐蚀机理与电化学腐蚀机理,化学腐蚀的同时往往伴有电化学腐蚀,电化学腐蚀较为常见,危害也较严重。系统地介绍了管道选材、涂层防护、阴极保护和缓蚀剂防护多种防护措施,指出将多种防腐蚀技术组合形成联合防护技术是未来的发展方向。

D610含H_(2)S天然气集输管道材料选择

四川盆地大庆流转区块主要分布于川中、川东北及西昌盆地,地下天然气储量丰富,基此背景,大庆油田开展合深4区块开发先导试验项目,经前期试采开发分析,工程开采天然气中H_(2)S含量为1.5%,如何选择输送含有H_(2)S的天然气管道材质是保证项目安全平稳运行的关键。目前,国内含硫化氢天然气集输管道集中为D508及以下管径,项目应用的D610管径在以往工程中暂无应用,通过对国内外含H_(2)S天然气输送管道材质选择标准规范归纳总结,分析H_(2)S腐蚀机理,经与国内知名厂家、管材研究所深入调研,项目D610管径输送含H_(2)S天然气集输管道材质选择为抗硫直缝埋弧焊钢管,以此保证管道安全平稳运行,可为国内同类项目提供借鉴。

密相二氧化碳输送用HFW焊管全尺寸爆破试验研究

为确定小直径(<406 mm)HFW焊管止裂韧性,开展了X65钢级Φ323.9 mm×7.2/7.6 mm规格HFW焊管密相CO_(2)管道全尺寸爆破试验。试验结果表明,在裂纹高速扩展的情况下,所有试验钢管表现为典型的韧性剪切断裂特征;在94.47%CO_(2)+4.11%N_(2)+1.42%Ar气体组分及13.6 MPa压力、24℃条件下,由爆破试验确定的Φ323.9 mm×7.2 mm钢管的止裂韧性最高为147 J,采用ISO21913标准计算时的修正系数C_(cf)为1.073,采用BTC方法计算时的修正系数为2.01。

含粗骨料尾砂膏体长距离管输流变特性及阻力预测

为探明质量浓度、粗骨料含量、灰砂质量比和水化时间对膏体长距离管输流变特性的影响,本文基于正交设计开展流变实验,采用回归分析建立流变参数预测模型,在此基础上通过理论推导建立管道阻力预测模型,采用现场实测数据验证阻力预测结果的可靠性。结果表明:含粗骨料尾砂膏体属于宾汉流体,质量浓度和粗骨料含量对膏体流变参数的影响最显著;屈服应力随质量浓度的增大呈指数增长,随粗骨料含量的增加呈指数减小,随水化时间的增加呈线性增长,与灰砂质量比的关系不大;塑性粘度随质量浓度的增大呈指数增长,随粗骨料含量的增加呈线性减小,随灰砂质量比和水化时间的增加呈线性增长;建立的流变参数预测模型平均误差小于4.3%,基于宾汉流变模型建立的管道阻力模型预测值比现场实测值偏大12.5%,满足工程应用的精度要求。

多种站外单管集输工艺能耗分析研究

为实现站外集输工艺的简化优化,降低单管集输工艺的能耗水平,确定了不同产液量、含水率和集输半径条件下的单管冷输边界条件,再通过高温油井相互串接、高温油井串接低温油井实现单管冷输;并对现阶段常用的多种辅助集输工艺特点进行了归纳和梳理,从经济性和标煤量两个方面衡量不同辅助工艺的能耗水平。结果表明,在转相点之后,原油含水率越高、产液量越大,所能实现的集输半径越大;在转向点之前,原油含水率越低、产液量越大,所能实现的集输半径越大;辅助工艺中保温隔热油管的费用年值最低,同时标煤量最低,该工艺不消耗任何形式的能源,达到了节能降耗、降本增效的目的。

等熵增压技术在天然气输送中能量回收的应用

利用等熵增压技术,开发一种压力能量回收设备,实现高压气源的多余压力能传递给低压气增压,使高低压气源同时满足输气管网压力而进行外输。运行过程几乎没有机械能与气体内能的转化,接近于等熵过程,几乎最大限度地利用了高压气体的压力能。

二氧化碳管道输送技术研究进展

二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)作为一项有望实现化石能源大规模低碳利用的新兴技术,是未来实现碳中和目标不可或缺的关键性技术之一。在CCUS全流程系统中,二氧化碳输送在碳捕集与封存中起着至关重要的作用。管道作为一种经济、便捷的载体,在二氧化碳的输送方面具有巨大的优势,是实现陆上大规模、长距离、低成本运输的首选。根据输送相态的不同,二氧化碳管道输送可分为气相、液相、密相和超临界相态输送四种方式。通过从工艺流程、管道设计、风险与安全等三方面对二氧化碳管道输送的发展进行系统综述,结果表明,尽管二氧化碳管道和天然气管道有很多相似之处,但由于气体组成和输送目的地不同,工艺流程和管道设计等方面还是有很大不同。随着计算机科学的快速发展,人工智能及数字孪生等一些跨学科运用将推动二氧化碳管道技术的发展。

全球油田用聚烯烃管材专利技术现状与分析

借助智慧芽(Patsnap)专利分析工具,从申请趋势、地区分布、技术构成、申请人、重点专利等角度分析了全球油田用聚烯烃管材技术领域的相关专利文献。分析结果表明,全球油田用聚烯烃管材技术依然处于高速发展阶段,中国企业拥有绝大部分专利权,但核心专利技术集中在美、日的专利商手中;目前研究开发的重点是以RTP管为代表的聚烯烃复合管技术,特别是复合管中的聚烯烃内衬管材料的选择和配料技术。聚烯烃管材核心技术由美、日等国家掌握,而中国企业虽然起步较晚,但申请量巨大,综合实力不容小觑。

高位定向长钻孔水力输送对接筛管护孔技术研究

保障高位定向长钻孔在工作面回采过程中的稳定抽采是实现“以孔代巷”的前提,而采用筛管完孔是维持钻孔稳定的有效护孔措施。为了实现高位定向长钻孔全孔段筛管护孔的工程应用,开发了钻孔内水力输送分组筛管自主对接完孔工艺技术,配套研制了ø95 mm筛管悬挂装置、ø95 mm玻璃钢筛管、ø100 mm封堵短节、ø140 mm钻头通水堵头以及ø95 mm分组筛管对接装置,并在皖北矿区两个煤矿的不同工作面顶板高位钻孔进行了水力输送分组筛管完孔现场试验。试验结果表明:玻璃钢筛管质量轻推送阻力小,可在倾角17°~26°的钻孔内人工连接长100 mø95 mm玻璃钢分组筛管,分组筛管输送过程中水压为1.0~1.5 MPa,输送到位时水压降为0.5 MPa以下,在泵量200~390 L/min下,分组筛管水力平均输送速度可达150~260 m/min,试验期间分组筛管输送到位时泵压变化明显,前后两组筛管对接可靠,可有效实现到位报信,成功实现ø153 mm高位定向钻孔内ø95 mm筛管的全孔段护孔,2个钻孔的筛管水力输送试验深度分别达到501、522 m,工作面回采120 d累计抽采瓦斯纯量分别为139945、176139 m^(3)。钻孔内水力输送对接筛管护孔技术为高位定向长钻孔全孔段大直径筛管护孔提供了可实现的技术解决方案,有助于保障高位定向长钻孔的瓦斯抽采效果,为煤矿井下“以孔代巷”的瓦斯治理模式革新提供技术支撑。

浅谈球墨铸管熔炼铁水运输的工艺方式

通过对几种铁水运输平车的动力方式、原理,针对适用工况、运输距离、自动化要求等进行剖析优缺点。针对某两个熔炼车间实例的工艺特点,从投资、安全、环保、自动化等方面来进行分析对比,采用适用的铁水运输方式,目的是为了高效、安全的运送铁水到指定位置、减少铁水温降、提高生产节奏,也为铸铁行业铁水转运方式的选择提供参考。