非常规天然气超音速脱水工艺与设备发展研究

超音速旋流分离技术是天然气处理技术的一大创新,是超音速冷凝和离心分离技术的有机结合,是天然气脱水处理技术的发展趋势。分析了国内常用天然气脱水系统中存在的主要问题,介绍了超音速脱水技术在国内外的研究及应用情况,并在此基础上提出了一种适用于非常规天然气的脱水处理工艺,分析了改进型Twister管的技术特点,并对该工艺中通用脱水设备的功能要求进行了详细介绍。最后指出非常规天然气脱水处理技术应进一步深入研究的内容。     

内置叶片型静态混合器结构优化研究

为提高静态混合器对过程气与空气的混合效果,基于CFD方法,对内置叶片型静态混合器不同叶片数量、排列方式进行了数值模拟计算.对比分析内部的速度、湍流、组分等分布情况,提出一种新型结构,为内置叶片型静态混合器设计提供参考依据.     

深斜井注水管柱下放力学模型研究

为了研究深斜井注水管柱的受力情况,在前人研究的基础上建立了适合于深斜井注水管柱下放的力学模型,综合考虑管柱自重、摩阻力及液压力的作用,计算了直径段、弯曲段和稳斜段管柱的摩阻力和轴向力,同时计算了各井段井口的大钩载荷;提出了管柱顺利下放的判定依据,分析了管柱下放的影响因素,并结合实例验证了计算方法的正确性。分析结果表明,弯曲段下放的管柱摩阻力随着井斜角和摩擦因数的增大而增大,管柱下放到稳斜段时摩阻力随着摩擦因数、井斜角、管柱规格的增大而增大;弯曲段管柱的钩载与下放深度呈非线性关系,随着管柱在弯曲段下放角度的增大,钩载逐渐减小,且摩擦因数越大,钩载减小幅度越大。     

水平定向钻孔-管直径比研究

在水平定向钻孔管道穿越施工时,需要适当增大扩孔直径来减小管道所受约束,这就要求确定合理的孔-管直径比。选取钻孔出土弯曲段作为研究对象,利用有限元仿真计算不同孔-管直径比条件下的管道应力分布以及回拖力变化,分析孔-管直径比最优选择。计算结果表明,孔-管直径比大于1.4时,管道最大应力值明显下降;孔-管直径比超过1.5时,管道最大应力趋于平稳。回拖载荷随孔-管直径比的增大而减小,且在孔-管直径比达到1.4后降幅逐渐减小,此时孔-管直径比对回拖载荷的影响减弱。综合考虑,孔-管直径比在1.4~1.5之间为最优。     

氮气钻井多功能四通防冲蚀结构改进

针对氮气钻井中高速携岩气固两相流对井口多功能四通旁通流域造成的严重冲蚀破坏,运用Fluent软件模拟四通流体域在测试、放喷工况下(携带岩屑气固两相流)的冲蚀情况。基于仿真分析结果,对氮气钻井井口装置中损伤最为严重的四通旁通管路进行防冲蚀结构改进。改进后的防冲蚀结构在旁通管路增加了法兰短节和内嵌的硬质合金套,并在四通旁通入口段采用堆焊625镍基合金替代了原来Ni45合金材料,有效地保护四通的旁通段。基于仿真结果中气体速度和湍流动能分布规律优选出法兰短节长度为600 mm,避免了下游平板阀因靠近四通旁通段流域的易冲蚀区域而造成的冲蚀破坏,提高了井口装置的整体安全性,延长了其使用寿命。     

隔水管试压检测过程中自动对位控制系统研究

自动对位是隔水管检测的关键问题,针对具有大惯性、大尺寸的隔水管封堵端及试压端高精度自动对位技术进行研究。首先,建立了封堵装置的空间6自由度动力学模型,然后利用双目视觉获取封堵端与隔水管之间的相对位姿,最后根据试压封堵装置的机构特征提出了基于模糊PID的对位控制策略。利用模糊解耦算法,合理地选择模糊解耦算法的隶属度函数以及模糊化和解模糊化规则从而消除了各轴之间的耦合特性,简化了控制器的设计。通过多次实物试验验证了该方法的有效性。     

基于流-固耦合的水平定向钻孔壁稳定性研究

基于孔隙介质的理论建立了孔隙度、渗透系数及损伤变量和体积应变之间的动态数学模型,给出了M-C准则与D-P准则之间的强度折减系数换算关系。借助有限元程序将该数学模型与有限元强度折减系数相结合,研究了非开挖水平定向钻孔壁稳定性。所给工程案例计算结果表明,采用不同屈服准则得到的安全系数有一定差异,但一定条件下可等价;最后指出考虑动态演化模型所得安全系数比不考虑时小得多,流固耦合效应不容忽视。     

CAD与CAE集成的研究

产品设计和工程分析有效集成是获得满足T、Q、C、S、G性能产品的重要保障。阐述了实现CAD产品设计与CAE工程分析有效集成的影响因素。对CAD、CAE的集成进行了分类,并提出了“以CAE为中心”新的设计方式和基于这种方式的新的集成思想。     

雷诺应力模型对旋流器内流场的数值模拟

深入研究了液-液水力旋流器的流动机理和分散油相的流动特点及处理方法，用计算流体动力学（CFD）的数值方法，采用雷诺应力（RSM）模型对油水分离旋流器的内部流场进行了数值模拟。分析了旋流器内部的体积浓度分布，压力分布，以及切向、轴向和径向速度分布的规律，揭示了油水两相流的分离特性。并且在不同流量下，计算出了旋流器的流量一效率曲线，计算结果与实验数据吻合较好，从而说明该湍流模型和数值算法的可靠性，同时也为进一步研究水力旋流器的分离机理、流场特性以及结构优化设计提供了一条有效的途径。     

水平定向穿越扩孔孔形沉降量预测

在非开挖水平定向穿越的扩孔过程中,由于扩孔器自身重量,扩孔孔眼的剖面通常不是理论上的圆形,而是水滴形、梨形、葫芦形等多种形状,这容易导致定向钻的实际轨迹与设计轨迹存在偏差,出现孔眼垮塌和卡钻等现象,严重影响正常的管道回拖。该文采用有限元方法对扩孔过程进行了数值模拟,利用单齿正交切削岩土的解析解验证了模型的可靠性,得到了扩孔器钻进速度,旋转速度与其下沉量之间的关系,结果表明扩孔器在扩孔施工中,扩孔器会随着扩孔位移的增大而出现下沉现象,钻头的钻进速度增大,扩孔器的下沉量会增加,在一定范围内,扩孔器旋转速度增大,扩孔器的下沉量将会减小。针对扩孔器不同的钻进速度与旋转速度,合理选择两者之间的匹配关系,可以使孔形得到优化。