页岩气压裂管汇弯头的冲蚀磨损影响分析*

为减小管汇弯头所受的冲蚀磨损率,在考虑固液两相流模型、流体控制方程及冲蚀磨损计算模型基础上,建立高压弯头冲蚀磨损数值模型,以现场工况为依据,对压裂液的流动速度、压裂液黏度、质量流量以及颗粒直径进行控制调整,研究高压弯头的冲蚀因素,得出各因素对弯头冲蚀磨损机理,总结各因素对弯头冲蚀磨损规律。结果表明:为减小冲蚀磨损率,提高高压弯头使用寿命,应减小施工压裂液的质量流量、选用直径较小的颗粒、压裂液黏度应为0.014 Pa·s左右;针对高压弯头提出弯径比为2～3、适当增加弯头的壁厚等改进措施。     

连接结构尺寸对三通管冲蚀磨损影响的数值模拟

针对石油管道运输系统中三通管的冲蚀磨损问题,采用DPM冲蚀预测模型,模拟分析了油品中夹带的固体颗粒对连接结构尺寸不同的三通管的冲蚀磨损情况,得出了颗粒对三通管冲蚀的分布规律。结果表明:T型三通管的冲蚀主要集中在与竖直管道正对的水平管道底部及其附近的外侧管壁,有球体弯头的三通管的冲蚀主要集中在球体附近水平管道的外侧管壁,且冲蚀磨损程度相对较小;随着流体流入速度的增大,2种三通管的最大冲蚀率随之增大且呈指数增长;随着颗粒质量流量的增大,2种三通管的最大冲蚀率均随之增大;当流体在2种不同的三通管中流动时,管道系统的最大冲蚀率的曲线变化趋势基本一致,均为先减小再增大;当管道弯头处球体的直径为管道直径的2倍时,管道的冲蚀速率最小,颗粒对于管道的冲蚀磨损程度最轻。     

加砂压裂过程中高压管汇失效爆裂分析

在加砂压裂施工中频繁出现高压管汇刺漏、破裂、断裂、爆管等事故事件发生,对加砂压裂施工过程中高压管汇失效原因分析,找出高压管汇在高压中存在的薄弱环节,提出建议措施。     

页岩气加砂压裂高压管汇失效爆裂风险 控制措施研究与实践

随着页岩气平台井工厂化压裂施工启动,在大排量、高压力、长时间施工条件下,高压管汇失效爆裂大幅增加。为减少高压管汇在压裂过程中失效爆裂风险,运用故障假设、因果分析法从人的因素、物的因素、技术工艺、生产管理、工作环境5个方面分析事故的原因,提出了提升采购产品质量、修订完善高压管汇使用技术规范和管理制度、实施专业化管理、应用大数据管理高压管汇、优化现场地面高压管汇流程分配布局设计与联接工艺等高压管汇失效爆裂风险预防控制措施和失效后应急安全防护措施,建立了生命周期全过程、专业化的高压管汇失效爆裂防控与应急防护体系,实现风险可防受控。为页岩气压裂作业的安全提供了参考。     

水力压裂冲蚀磨损对连续管剩余寿命影响研究

针对水力压裂中连续管内壁冲蚀磨损严重和连续管易失效的问题,基于液-固两 相流和冲蚀理论,建立了连续管内部砂砾冲蚀模型。采用Grant和Tabakoff模型求解砂 砾冲蚀速率,借助实验数据验证了CFD数值模型。利用该模型研究了连续管在不同弯曲 度、砂砾粒度、压裂液注入量、质量流量、压裂液粘度对连续管内壁的冲蚀特性。研究 表明:弯曲连续管比直连续管冲蚀磨损严重,且弯曲度对连续管内壁的冲蚀磨损影响较 大。随着注入量的增加,壁厚平均损失值和壁厚损失峰值呈现快速递增趋势。支撑剂固 体颗粒的粒度对连续管内壁的冲蚀磨损影响较大,粒度为40目时连续管冲蚀速率最大。 随质量流量的增加,连续管剩余寿命呈线性下降。随压裂液粘度的增加,连续管内壁冲 蚀速率总体呈现下降趋势。     

页岩气压裂弯管中液固两相流冲蚀磨损的数值模拟

为了研究超高压水力压裂下支撑剂颗粒进入弯管后冲蚀磨损区域的变化特性。基于液-固两相流理论、Fluent冲蚀模型建立弯管冲蚀模型,结合弯管内流场分析颗粒运动轨迹,引入斯托克斯数（St）探究冲蚀磨损区域变化,并进行数值分析。研究结果表明:弯管中冲蚀磨损发生区域有5处,主要严重区域有3处,弯管流场会改变固体颗粒数量及对壁面冲击动能与运动轨迹,St变化会明显引起冲蚀磨损区域的规律性变化;随着St从0~1至St>1变化,弯管段内壁面外侧（液体进入弯管后的正对区域）与直管段靠近弯管段的侧方区域的冲蚀磨损情况呈现“此消彼长”的规律性差异;管径越小,最大冲蚀速率的增长幅度越明显,增大管径,是减小冲蚀磨损的有效途径。研究结果对压裂弯管的改进设计及管道安全防护具有指导作用。     

焊肉位置对连续管冲蚀磨损规律研究

针对连续管在压裂作业时连续管内壁易受冲蚀磨损甚至导致失效的问题,基于液固两相流和冲蚀理论,利用FLUENT软件对比研究了带焊肉的直连续管、360°弯曲连续管、正弦弯曲连续管等连续管的内壁冲蚀磨损以及焊肉位置对360°弯曲连续管的冲蚀磨损规律。研究表明:360°弯曲连续管的最大冲蚀速率较直连续管增加了近22倍,正弦弯曲连续管的最大冲蚀速率较直连续管增加了近264倍;在360°弯曲连续管中,焊肉分布在外侧时连续管所受的最大冲蚀速率较无焊肉增加了约57%,焊肉在连续管内的扭转角度由90°增加到360°时,连续管最大冲蚀速率增加了约277%,建议控制焊肉位置以及焊肉扭转程度以减小冲蚀磨损。     

快速接头内壁冲蚀规律的数值模拟分析

为进一步改善快速接头受连续相作用易失效、内壁冲蚀磨损严重的问题,采用CFD软件中的Realizable k-ε湍流模型,对不同入口速度下的快速接头冲蚀磨损情况运用数值模拟方法分析,得到快速接头内部的流场分布及其冲蚀磨损情况.结果表明:快速接头的冲蚀主要集中在管径缩小段的大小管道交界处,且在管径突变处流体的压力、速度会发...     

气固两相流90°弯管抗冲蚀结构优化

为了提高天然气输送管道90°弯管的耐磨性能,提出了1种三段弯曲式弯管,通过对弯管弯曲段进行三段式改进来减小弯管中二次流的大小,优化弯管内的流场,改善弯管的冲蚀磨损状况。利用COMSOL仿真软件建立三段式弯管模型,并以弯管弯曲段和出口段二次流平均值之和最小为优化目标,在约束条件下凭借COMSOL中的COBYLA优化算法得到了最优管形;用Fluent对优化后的三段式弯管进行冲蚀数值模拟并与一段式弯管的模拟结果进行对比分析。研究结果表明:与一段式90°弯管相比,优化后的三段式弯管流场更加平稳,其弯曲段的二次流强度大幅降低,弯管壁面的冲蚀磨损程度得到较大的改善。     

弯管与盲通管冲蚀磨损对比分析研究

为了研究石油管道流向急剧改变处的冲蚀磨损问题,采用DPM模型,通过改变入口流速、颗粒质量流速、颗粒直径,对90°弯管与盲通管的流场分布及冲蚀情况进行数值模拟。结果表明:弯管与盲通管最大冲蚀速率随入口流速的增大呈指数增长,随颗粒质量流速的增大呈线性增长;在50~100 μm粒径范围内,最大冲蚀速率随粒径的增加逐渐减小,在100~300 μm粒径范围内,随粒径的增加而增大;在入口流速、颗粒质量流速、颗粒直径相同的条件下,弯管最大冲蚀速率明显高于盲通管最大冲蚀速率,盲通管的耐蚀性更强;由于流体在盲通管产生涡旋现象,增加了颗粒能量的耗散,从而减小了进入下游管线颗粒的速率,使得颗粒更易积存于盲通段形成堆积层,减小了下游管段冲蚀速率。     

土压平衡矩形顶管施工引起的地表沉降规律研究

为了分析与掌握矩形顶管施工引起的地表沉降变形规律,提出基于MIDAS-GTS有限元软件的分析方法,首先,通过工程实例验证MIDAS-GTS有限元软件在分析顶管施工引起地表沉降变形的有效性;其次,通过影响因素的敏感性分析确定不同影响因素作用下的地表沉降变形特性,这些影响因素主要包括开挖面支护压力、侧摩阻力、地层结构特性等;最后,通过地表沉降变形特性分析得出矩形顶管的适用范围。研究结果表明:基于MIDAS-GTS有限元软件的地表沉降规律分析方法和结果,可为矩形顶管施工过程提供相关参考和借鉴。     

大尺寸通风管网中障碍物对瓦斯爆炸冲击波传播特性影响的数值模拟

为了研究大尺寸通风管网中的瓦斯爆炸传播规律,采用数值模拟方法,针对具有不同障碍物数量的大尺寸通风管网模型,利用Fluent分析管网中各个监测点的超压变化曲线以及障碍物附近的速度矢量图,分析爆炸冲击波传播规律。研究结果表明:初期瓦斯爆炸后,障碍物的存在改变了通风管网内未燃瓦斯的积聚区域;高温和高压发生耦合作用,在氧气相对充足的进气管道中形成二次爆炸;障碍物与火焰波以及管网自身结构变化等多种因素形成复合作用,改变了通风管网内瓦斯爆炸冲击波的传播路径和叠加区域的位置;无障碍物时高压区域出现在进气管道中,有障碍物时高压区域出现在中部直管与斜管的交汇处附近,且数值相对较大。     

水力压裂有效压裂半径的影响因素研究*

为改善水力压裂增透效果,提高煤层瓦斯抽采效率,减少矿井瓦斯灾害,明确不同因素对水力压裂有效压裂半径的影响,基于Mohr-Coulomb准则建立水力压裂渗流—损伤耦合方程,并且求得水力压裂破裂区半径运算公式;运用ABAQUS软件模拟并分析地应力σ、注水水压P、压裂孔径d及弹性模量E对水力压裂有效压裂半径L的影响;并通过灰色关联分析方法确定水力压裂有效压裂半径的主控因素。研究结果表明:水力压裂有效压裂半径与注水水压、压裂孔径及弹性模量呈递增关系,与煤层地应力呈递减关系;水力压裂有效压裂半径受煤层地应力的影响最大,注水水压次之,受压裂孔径和弹性模量的影响相对较弱。