压裂管汇T型三通失效分析及寿命预估
发布时间：2021-11-25 04:11
携砂液对管道内壁的冲蚀及压裂管道振动,造成了管道壁厚减薄、压裂管汇系统疲劳损伤,这两种是压裂管汇系统常见的失效形式。进行压裂管汇T型三通管件失效分析及寿命预估对提高其使用寿命,以及降低管汇系统的实际运营成本具有重大的意义。本文利用SolidWorks、Fluent分别建立了压裂管汇T型三通管件实体模型,以及压裂管汇T型三通管件数值分析模型,就携砂液流向、支撑剂流速、质量流量、颗粒直径对压裂管汇T型三通管件冲蚀进行了数值仿真;就压裂管汇T型三通管件连接的两个活动弯管张开角度对T型三通疲劳寿命的影响进行了数值仿真;建立了适用于压裂管汇T型三通的冲蚀及疲劳寿命预估模型,并进行寿命预估。结果表明:汇流状态下的冲蚀率最大,最大冲蚀率是最小冲蚀率的30.7倍;内部流速与冲蚀率呈现幂函数关系;支撑剂颗粒粒径、质量流量与冲蚀率呈现正相关关系;管件两侧活动弯管张开角度都在90°左右的状态下压裂管汇T型三通管件疲劳寿命最小,活动弯头安装在垂直管道接口比安装在水平管道接口对疲劳寿命的影响要高;构建了半经验模型,并将神经网络算法融入进来构建了组合预估模型,使得半经验模型有较高调节能力,具有较高的可行性及实用性...
【文章来源】：长江大学湖北省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
压裂管汇T型三通管件管汇模型
图 2-2 压裂管汇 T 型三通管件流道模型Fig.2-2 Flow channel model of t-type tee pipe fracturing manifold2.2.2 压裂管汇 T 型三通管件数值分析模型Fluent 中内置的离散相模型（DPM）进行冲蚀磨损仿真，要求固体粒子的体积分数小于 6%。参数设置要适当，使得支撑剂颗粒占总体积分数不超过 6%，这样压裂液对压裂管道的冲蚀可以用 Fluent 中内置的离散相模型（DPM）来进行仿真。周兆明等人[46]的实验也证明了 Fluent 软件中的离散相模型（DPM）可以用来计算压裂液对管道内壁的冲蚀。1.支撑剂及连续相介质压裂施工现场实际使用支撑剂以人造陶粒为主，且支撑剂颗粒形状相对来说很是规则，可以简化为球形，支撑剂密度为 2750 kg/m3，体积密度为 1800 kg/m3支撑剂铝矾土粒子直径为 100 目，携砂液介质为清水，为不可压缩流体。2. 离散相颗粒轨道计算模型离散相模型(DPM)不考虑支撑剂粒子对支撑剂粒子的作用。笛卡尔坐标下颗
pkg/s；C(dp)表示颗粒直径的函数，常取 1.8×10-9；α 为颗粒撞击壁面的撞击角； fα表示冲击角的函数，参照张孟昀[48]取值；b(v)为相对速度的系数，取为 2.6；A 为壁面单元面积，m2。4.湍流模型压裂管汇内部流道流场变化复杂，管汇系统存在活动弯头、三通、四通等改变流体流动状态的部件，流道变化处容易产生涡流，标准κ -ε 模型中的粘性系数为各向同性，计算液体在流道变化处的流动等情况时，湍流的各向异性使得标准κ -ε模型产生计算误差。RNGκ -ε 模型相比标准 κ -ε 模型，主要针对旋涡、壁面弯曲率过高或流动轨迹过于弯曲等场合。本文使用 RNGκ -ε 模型。5.边界条件及网格进口条件设置为速度进口（velocity inlet），出口设置为压力出口（pressureoutlet）。用 ICEM 绘制流道六面体结构化网格，网格总数为 163498 个，网格质量高于 0.7 的占 97.5%，网格质量平均为 0.89。网格图及网格质量分布表分别如图 2-3、表 2-2 所示。
本文编号：3517373
【文章来源】：长江大学湖北省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
压裂管汇T型三通管件管汇模型
图 2-2 压裂管汇 T 型三通管件流道模型Fig.2-2 Flow channel model of t-type tee pipe fracturing manifold2.2.2 压裂管汇 T 型三通管件数值分析模型Fluent 中内置的离散相模型（DPM）进行冲蚀磨损仿真，要求固体粒子的体积分数小于 6%。参数设置要适当，使得支撑剂颗粒占总体积分数不超过 6%，这样压裂液对压裂管道的冲蚀可以用 Fluent 中内置的离散相模型（DPM）来进行仿真。周兆明等人[46]的实验也证明了 Fluent 软件中的离散相模型（DPM）可以用来计算压裂液对管道内壁的冲蚀。1.支撑剂及连续相介质压裂施工现场实际使用支撑剂以人造陶粒为主，且支撑剂颗粒形状相对来说很是规则，可以简化为球形，支撑剂密度为 2750 kg/m3，体积密度为 1800 kg/m3支撑剂铝矾土粒子直径为 100 目，携砂液介质为清水，为不可压缩流体。2. 离散相颗粒轨道计算模型离散相模型(DPM)不考虑支撑剂粒子对支撑剂粒子的作用。笛卡尔坐标下颗
pkg/s；C(dp)表示颗粒直径的函数，常取 1.8×10-9；α 为颗粒撞击壁面的撞击角； fα表示冲击角的函数，参照张孟昀[48]取值；b(v)为相对速度的系数，取为 2.6；A 为壁面单元面积，m2。4.湍流模型压裂管汇内部流道流场变化复杂，管汇系统存在活动弯头、三通、四通等改变流体流动状态的部件，流道变化处容易产生涡流，标准κ -ε 模型中的粘性系数为各向同性，计算液体在流道变化处的流动等情况时，湍流的各向异性使得标准κ -ε模型产生计算误差。RNGκ -ε 模型相比标准 κ -ε 模型，主要针对旋涡、壁面弯曲率过高或流动轨迹过于弯曲等场合。本文使用 RNGκ -ε 模型。5.边界条件及网格进口条件设置为速度进口（velocity inlet），出口设置为压力出口（pressureoutlet）。用 ICEM 绘制流道六面体结构化网格，网格总数为 163498 个，网格质量高于 0.7 的占 97.5%，网格质量平均为 0.89。网格图及网格质量分布表分别如图 2-3、表 2-2 所示。
本文编号：3517373
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