管流式液固两相流冲蚀实验装置的研发

发布时间：2017-06-05 00:01

  本文关键词：管流式液固两相流冲蚀实验装置的研发，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水力压裂技术在低渗透、页岩气等非常规油气资源储层改造过程中具有重要意义,随着油气开采难度的加大,压裂时的砂含量和排量也不断加大,井下工具冲蚀失效频繁发生。截止目前实验方法是研究冲蚀的重要手段之一,相比于喷射式和传统的旋转圆盘式冲蚀实验装置,管流式实验装置可以较真实的模拟现场生产工况,实验结果的准确度高。本文设计研制了一套管流式液固两相流冲蚀实验装置,并利用该实验装置,取P110油管用钢为研究对象,进行了验证实验,具体内容如下:针对油田现场生产工况,根据实验装置的设计目的和要求,在总结前人冲蚀实验装置的基础上,结合现场所需的工况参数要求、实验室条件进行总体方案设计。利用CFD数值模拟软件,采用DPM多相流模型完成变截面实验段的数值模拟,基于模拟结果找出最大冲蚀部位,对冲蚀实验段进行结构设计。基于冲蚀实验装置的总体方案,计算管路摩阻和流量之间的关系,完成泵、流量计、差压传感器以及温度传感器等设备的选型。根据设计标准对搅拌罐的罐体、封头、人孔、液位计、电加热器等设备进行计算选型和机械设计。计算搅拌器的搅拌功率,完成搅拌轴的机械设计。最后进行实验设备的安装、管道的焊接和相应零部件的设计和制造。本文研制的管流式液固两相流冲蚀实验装置除了可以完成冲蚀实验之外,还能进行流体的摩阻实验。采用自制的实验装置,分别完成P110材料在瓜胶携砂液中冲蚀实验和清水的摩阻实验验证。实验结果表明:携砂压裂液对P110材料的冲蚀速率随流速的增大而增大,与文献研究结果一致。实验段底部试样的冲蚀速率明显大于顶部试样,与DPM冲蚀模拟结果一致。清水的摩阻实验结果与理论计算结果的最大误差为4.95%,认为本套实验装置的摩阻实验数据能够满足实验要求,相同条件下的6组清水摩阻实验数据误差在0.4%~1.7%之间,远小于10%的置信区间,认为本套实验装置稳定可靠。最后,针对实验装置设计、制造和运行过程中规范、存在的问题,制定了操作和检修的规程,并对实验装置功能的进一步拓展提出了展望。
【关键词】：管流式实验装置 冲蚀 液固两相流 结构设计
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE93;TG178
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 研究背景8
• 1.2 冲蚀的研究现状8-13
• 1.2.1 冲蚀机理分析9-10
• 1.2.2 冲蚀影响因素分析10-13
• 1.2.3 冲蚀的研究方法介绍13
• 1.3 国内外冲蚀实验装置研究现状13-17
• 1.4 本文研究内容17-18
• 第二章 管流式液固两相流冲蚀实验装置的设计18-31
• 2.1 冲蚀实验装置的总体设计及工作原理18-21
• 2.1.1 冲蚀实验装置的设计目的及要求18-19
• 2.1.2 冲蚀实验装置的总体设计19-20
• 2.1.3 冲蚀实验装置的工作原理20-21
• 2.2 基于CFD的实验段设计21-30
• 2.2.1 流体流场参数计算21-22
• 2.2.2 数值模拟的模型建立22-25
• 2.2.3 基于DPM模型的多相流数值模拟25-29
• 2.2.4 冲蚀实验段结构设计29-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第三章 实验装置关键设备的参数计算及选型安装31-41
• 3.1 泵的设计选型31-33
• 3.1.1 泵的参数计算31-32
• 3.1.2 泵的选型32-33
• 3.2 混合搅拌罐的设计33-36
• 3.2.1 确定内筒体和封头的几何尺寸33
• 3.2.2 搅拌器的几何尺寸33
• 3.2.3 搅拌功率的计算33-35
• 3.2.4 搅拌轴的设计35
• 3.2.5 搅拌罐的其他设备35-36
• 3.3 流量计的选型36-37
• 3.4 压力变送器的选型37
• 3.5 实验装置的制造及安装37-40
• 3.5.1 焊接37-38
• 3.5.2 实验装置的制造38-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第四章 管流式液固两相流冲蚀实验装置验证实验41-50
• 4.1 实验目的41
• 4.2 实验设备41-42
• 4.3 冲蚀实验42-46
• 4.3.1 实验条件42
• 4.3.2 实验步骤42-43
• 4.3.3 冲蚀实验结果分析43-46
• 4.4 摩阻实验46-48
• 4.4.1 摩阻的理论计算46
• 4.4.2 摩阻的结果分析46-48
• 4.5 管流式冲蚀实验装置可靠性分析48-49
• 4.6 本章小结49-50
• 第五章 实验装置运行维护及功能拓展50-53
• 5.1 实验装置的操作规程50
• 5.2 实验装置的运行维护50-51
• 5.3 实验装置的保养51
• 5.4 冲蚀实验装置的功能拓展51-52
• 5.5 本章小结52-53
• 第六章 总结与展望53-55
• 6.1 总结53-54
• 6.2 展望54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文59-60

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