同轴套管式深井换热器的换热性能分析

同轴套管式深井换热器是一种开采地热能的有效方式,为了提高其换热器的换热性能,采用有限体积分析方法,开展了同轴套管式深井换热器传热性能研究。通过建立近地热源区域的同轴套管式深井换热器三维传热模型,分析了入口流速、入口温度以及保温管距井底距离等关键因素对换热器采热功率的影响,结果表明:入口流速由0.1 m/s增加到1 m/s,采出温度降低了9.82 K,采热功率增加了7倍;入口温度从288 K增加到308 K,采出温度增加了13.61 K,采热功率下降了17.2%;距井底900 mm距离降低到 100 mm,采出温度增加1.91 K,采热功率增加了6.57%。     

基于CFD的高压水射流喷嘴流场仿真分析

目前高压水清洗技术在油管清洗领域占据了非常重要的位置,喷嘴作为高压水射流清洗系统的核心元件,其结构直接决定了射流清洗效果,因此选择和设计合理的喷嘴结构是非常重要的。基于计算流体动力学,建立三种常用喷嘴射流计算模型,以射流核心速度的衰减快慢、射流清洗的有效宽度、射流基本段长度作为喷嘴结构优劣的评价指标,通过计算分析得到:锥直型喷嘴最适宜作为高压水射流清洗喷嘴。     

深水环境下隔水管的横向变形与弯矩分析

鉴于很少有人对钻井隔水管横向变形和弯矩进行研究的现状,通过对深水隔水管海洋环境载荷分析,获得了波动载荷分布规律,并分析了张力比与船体偏移量对隔水管横向变形和弯矩的影响。建立隔水管模型时忽略波浪的动载效应,按准静态方法处理波浪载荷的作用。分析结果表明,随着顶部张力比增大,隔水管横向变形减小,且最大横向变形处于隔水管的中间部位;近海平面区隔水管弯矩受张力比的影响小,在深水区随着张力比增大,隔水管弯矩减小,变化幅度较大;随着钻井船偏移量增加,隔水管横向变形增大;近海平面区隔水管弯矩受钻井船偏移量影响较小,深水区隔水管弯矩随偏移量的增加而增大。     

水平井爬行器回拉力学模型与分析

面对油气开发中水平井井下作业的复杂性,一种输送工具-水平井爬行器已被大部分油田采用,并取得了较好的经济效益。根据爬行器的工作原理,首先建立单根电缆空间位置几何关系以及受力分析,然后再扩展至相连电缆的力学分析,并与爬行器回拉过程力学相结合,得到了地面电缆张力与爬行器缆头张力的表达式,最后通过与实验对比,得到理论计算结果与工程实测数据误差较小,验证了所建立的力学模型的可靠性。     

微波辐射对稠油脱水降粘的影响及其工艺研究

针对目前稠油开采和利用存在脱水、降粘难等问题,基于微波热效应与非热效应的原理,利用自行设计的微波辐射实验设备进行研究,系统分析了微波辐射功率和时间对脱水率的影响,以及辐射对胶质和沥青质的影响,并详细介绍了微波辐射工艺中的具体流程。结果表明：微波辐射平均脱水率为90.7%,与普通加热脱水技术的脱水率为34.8%相比,脱水效率高;频率为915 MHz、功率为1 kW 的微波作用1min 后（热效应）,油样温度迅速升高到71.2℃,反应速度快;微波辐射（非热效应）后运用四组分测定法,测得油样中沥青质含量减少了2.5%和胶质含量减少了1.2%,油样粘度在低温区发生明显的改变。研究结论为该项技术在工业应用中提供了重要的参考和展望,证明了该技术具有良好的应用前景。     

喷嘴结构对射流特性的影响

基于计算流体力学,以射流清洗喷嘴的结构为研究对象,分析喷嘴结构对喷嘴射流特性的影响.本次研究基于Fluent软件平台,对不同喷嘴结构进行数字模拟仿真分析,再利用正交试验设计方法分析计算结果得出最佳结构的喷嘴结构.研究结果表明,喷嘴出口切面形状对射流速度影响最大,收缩角其次,喷嘴出口段长度影响最小.     

节流管汇防冲刺短节结构及流场模拟

现有的节流管汇在井控节流压井过程中出现局部冲蚀问题。提出了防冲刺节流管汇的结构改进方案,并建立CFD模型,分别研究了不同开度和含气量对防冲刺节流管汇冲蚀的影响。现场试验表明,新结构具有良好的防冲刺作用,提高了节流管汇的使用寿命。     

基于防磨结构的旋风分离器性能优化

基于气固两相流和冲蚀理论对常规Stairmand旋风分离器和防磨型旋风分离器冲蚀规律进行了研究. 结果表明,对常规旋风分离器,其壁面冲蚀磨损速率从筒体顶端向下逐渐减小,在筒体L1/H1=0.8以下区域,磨损速率基本保持不变;在L1/H1=0.8以上区域,冲蚀磨损呈增大趋势,最大为2.3′10-6 kg/(m2×s);在锥体L2/H2=0.35以下区域,冲蚀速率逐渐减小;而在L2/H2=0.35以上区域呈逐渐增大趋势,在锥体顶端达最大值2.0′10-7 kg/(m2×s). 对防磨型旋风分离器,在筒体L1/H1=0.8以上区域,壁面最大冲蚀速率为0.5′10-6 kg/(m2×s),远小于常规旋风分离器. 在锥体从锥底向上冲蚀速率逐渐减小,在锥体顶端为0.4′10-7 kg/(m2×s),小于常规旋风分离器. 在小粒径范围内,分离效率随粒径增加而基本呈线性递增趋势. 粒径大于4 mm时,防磨型旋风分离器具有较高的分离效率. 压降随防磨板高度增加逐渐减小. A3型防磨分离器压降为360 Pa,小于常规分离器压降550 Pa. 为了降低旋风分离器壁面的冲蚀磨损,减少出口压降损失,粒径大于4 mm时,可选择最合理的B1型防磨分离器提高旋风分离器的防磨性能,从而延长使用寿命.     

新型同轴套管式换热器强化传热研究

同轴套管式地热能开采技术是用于中深层地热能开采的有效方式。为了增强同轴套管式换热器的换热效率,提出了一种带螺旋翅片的新型同轴套管式换热器。基于有限体积法,对比分析新型与普通型同轴套管式换热器的换热性能,得到螺旋翅片结构对换热性能的影响,揭示其强化传热机理。结果表明：通过增加螺旋翅片的翅高或减小螺旋翅片的螺距,可有效增强同轴套管式换热器内流体流动的湍流动能,达到提高换热性能的目的;与普通光滑管换热器相比,翅高为19 mm,螺距为300 mm的新型换热器在雷诺数为27000时,努赛尔数提高了35.5%,摩擦系数提高了91%,热性能系数达到最高1.093;增加翅片和减小螺距都可以增加采出温度和采热功率,翅高为19 mm,螺距为300 mm换热器较光滑管换热器采热温度提高了5.4 K,采热功率提高了32.4%。为高效同轴套管式换热器设计提供了理论依据。     

气井带压作业管柱稳定性安全评估方法研究

为实现气井带压作业管柱安全性的主动控制，防止管柱失稳造成页岩气井喷事故，基于力学分析，考虑作业工况和井内环境参数等复杂因素的影响，建立了管柱轴向压曲力和管柱无支撑长度理论模型，并结合压杆稳定性理论提出了管柱安全无支撑长度理论模型，计算发现，理论计算结果与文献结果相近，验证了模型的可行性。理论模型计算结果表明：管柱下入作业比上提作业更易发生失稳，井内压力越大、井内管柱长度越短、管柱尺寸越小，越易发生失稳安全问题。最后基于安全无支撑长度理论模型和现场管柱起下作业安全准则，提出了失稳区、控制区和稳定区管柱稳定性安全评估方法。研究结果可为气井带压作业管柱稳定性安全智能预警与控制方法设计提供理论依据。