【正文】 圖812 縱向剖面泥漿體積分數(shù)分布圖圖813縱向剖面氣體體積分數(shù)分布分離效率計算公式：式中：分離器的分離效率，%除氣后鉆井液密度， 不含氣體的鉆井液密度， 氣侵后的鉆井液密度，已知 設(shè)計氣液分離器的分離效率：=61離心式氣液分離器設(shè)計第九章 結(jié)束語本文從結(jié)構(gòu)上對用于鉆井中泥漿處理的旋流式分離器進行了設(shè)計；并對分離器的各重要零部件進行了設(shè)計、強度計算以及流場分析。由圖8886可以很明顯的看出鉆井液進入分離氣后，鉆井液的速度場在進口處和液相出口的速度最大。固體壁面定義為無滑移壁面，筒體的內(nèi)表面為旋轉(zhuǎn)壁面。圖82為用此法生成的計算模型。除了直接在Gambit工作環(huán)境下建立模型外，還可以利用其他CAD軟件如UG、PRO/E、CAXA、SOLID 。為了改善求解的穩(wěn)定性，可以采用以下方法：●采用PRESTO方法離散壓力項，這種方法非常適合于旋流中的大壓力梯度。與有限差分法相比，有限單元法在流體力學(xué)應(yīng)用還遠遠不夠成熟，易出現(xiàn)數(shù)值溢出、數(shù)值發(fā)散等問題。 啟動混合模型求解。對于顆粒流，可應(yīng)用分子運動理論求得流動特性。當顆粒相廣泛分布或界面規(guī)律未知時，完善的多相流模型是不切實際的。從各相的守恒方程可以推導(dǎo)出一組方程，這些方程對于所有的相都具有類似的形式。流體相為連續(xù)相，直接求解時均NS方程，而離散相通過計算流場中大量的粒子，氣泡或是液滴的運動得到。它從原始的基本方程推導(dǎo)而來，其中使用了所謂的“Kolmogorov”數(shù)學(xué)技巧。在進一步簡化的模型中，人們放棄給雷諾應(yīng)力建立方程的想法，將它們直接用推廣的Bossinesq渦粘性模式來表示。所謂湍流模型理論就是以雷諾平均運動方程為基礎(chǔ)，依靠理論與經(jīng)驗引進一些模擬假設(shè)，建立一組描述湍流平均值的封閉方程組的計算方法。完全模擬（Direct Numberical Simulation DNS）在湍流尺度的網(wǎng)格尺寸內(nèi)求解N ─S方程而不使用任何湍流模型。應(yīng)力張量 （83） 其中：μ─分子粘性； I─單位張量。對于熱傳導(dǎo)或可壓縮流動，需要解能量守恒的附加方程。一般商業(yè)軟件也存在一些明顯的不足，例如：算法相對陳舊，不能緊跟CFD研究領(lǐng)域內(nèi)的最新成果；與不同行業(yè)內(nèi)的實際要求存在一定的距離，難以將各研究單位已有的研究成果結(jié)合到商業(yè)軟件中。%的射線探傷檢測,要求符合GB 332587中的Ⅱ級為合格.第八章 氣液兩相流場的數(shù)值模擬 數(shù)值計算方法簡介 計算流體力學(xué)作為流體力學(xué)研究中的一門新興分支，正在工業(yè)和科研領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮越來越重要的作用。實際螺栓總面積：螺栓平均間距：s=根據(jù)文獻[28]查表510，對于M16的螺栓，最小螺栓間距為允許最大螺栓間距：故，即所選螺柱直徑符合安裝和密封要求預(yù)緊時螺柱載荷：W= M=. m操作時墊片載荷：、壓力載荷：介質(zhì)靜壓軸向載荷：作用在法蘭端面上的總力矩： 法蘭應(yīng)力及度校核法蘭形狀系數(shù)：根據(jù)文獻[28]查表（528），（529），（530），（531）得：f= F= V= T= U= Y= Z=于是 軸向應(yīng)力：徑向應(yīng)力： 周向應(yīng)力：MPa 擬定法蘭尺寸及選材合適，可安全使用因為管道法蘭的內(nèi)徑符合工稱直徑系列，應(yīng)選用標準管道法蘭。amp。D和作為迭代量，直至準則方程左端小于1，D即為滿足分層流條件最小入口直徑。}} 運算結(jié)果：p= 為了保證泥漿正常從泥漿出口排出,必須提供一定的液柱高度Z1和氣室壓力p1,以補償輸送泥漿消耗的能,要求液柱高度Z1,第二斷面為泥漿出口處,建立兩斷面的能量平衡關(guān)系如下:+Z1+=+Z2+(1++) （57） 式中：p2斷面壓力 Z11斷面處液柱高度Z22斷面處液柱高度 1斷面處泥漿流速2斷面處泥漿流速 D排液管內(nèi)徑L排液管長度 出液管路沿程阻力系數(shù)由（57）式變形得：Z1Z2= +(1++) （58）（1） 當DL=40mm時，R代入（58）式得，顯然不滿足條件。 氣室壓力p1的確定在管中流動的氣體由于溫度和壓力沿管長變化,:+ +d=0 (51)通用氣體定律給出: pV=RT或= (52)設(shè)計參數(shù)所對應(yīng)的壓力為p、溫度T、體積V,那么: =將上式帶入(2),得 pV=T故管內(nèi)流速等于 = (53)將式(3)和式(2)代入式(1),有 pdp – ()dp + ()Td=0假設(shè)流動為等溫的,積分上式得: p1 2()ln()=p+() (54)根據(jù)Weymouth提出的公式計算,即 = (55) 上列各式中:泥漿密度氣室內(nèi)絕對壓力排氣管出口絕對壓力排氣管內(nèi)徑排氣管長度M摩爾質(zhì)量m氣體質(zhì)量R氣體常數(shù)T華氏溫度出氣管路沿程阻力系數(shù)設(shè)排氣管的直徑DG=20mm,此時，則= 已知日處理氣量為:90m/d= m/s，M=29，R=（55）式得 （56）編程計算程序如下：includeincludemain(){double m,n,p,f。假設(shè)旋流為強迫旋渦，即。 R1=p*v1*D/s。 R1=p*v1*D/s。 R=,p1=,p2=,s=, D=。在入口分流區(qū)內(nèi)流體作螺旋運動，所需的時間t為：t=入口分流區(qū)高度為： h=已知 由公式（9）得 旋渦區(qū)高度： = =下部液相空間的高度選取,應(yīng)保證液相在分離器內(nèi)有足夠的停留時間使氣泡得以分出進入上部氣相空間。對于分離器入口以下的液相分離部分,應(yīng)充分發(fā)揮離心分離特性,避免液相中夾帶氣泡。由于這一現(xiàn)象的復(fù)雜性,最近才剛剛提出了一套決定最佳外形比的基本標準。　對于沒有液位控制的GLCC,將入口段定位于靠近液面的上方是至關(guān)重要的。為宜,～,入口管直徑的選取應(yīng)保證流型為分層流,由Taitel和Dukler預(yù)測模型確定,分層流轉(zhuǎn)變?yōu)殚g歇流或環(huán)狀流的判別準則為: （27）式中： 式中D為入口管直徑,Ａ是它的橫截面積,h是無量綱液位高。阻力系數(shù)采用文獻提出的關(guān)系式求解: (18) (19)式中:,軸向上氣泡受重力和阻力的作用,但由于連續(xù)相為油相,柔占度大,滑脫速度小,其流態(tài)一般總處于層流區(qū),因Stokes公式適于求解氣泡的滑脫速度: (20)同樣,液滴在軸向上受重力和阻力作用,根據(jù)受力平衡,液滴軸向滑脫速度: (21)氣泡或液滴所受阻力與氣泡或液滴的合成速度有關(guān),其滑脫速度分別為: (23) (24)根據(jù)上面的氣泡和液滴軌跡分析,ｔ時間間隔中,氣泡或液滴在徑向和軸的位移(見圖34)圖34 氣泡和液滴軌跡示意圖 消去,即為氣泡和液滴軌跡控制方程,積分得氣泡或液滴的軸向位移, （25） （26）根據(jù)氣泡或液滴實現(xiàn)分離的必要性,Δ或Δ即為氣泡或液滴區(qū)的最小高度。②粒子間及粒子與器壁間沒有相互作用力。指對應(yīng)連續(xù)相入口實際流通面積。3 .連續(xù)相旋流特性分離器內(nèi)連續(xù)相旋流場分布對氣液分離至關(guān)重要。下部,液相為連續(xù)相,氣泡分散其中,稱氣泡區(qū)。圖32 GLCC結(jié)構(gòu)圖 入口分流區(qū)入口分流區(qū)即與入口槽連接的筒體部分(如圖32)。在油和氣的流量分別為16000ｍ3/ｄ和1980Ｍｍ3/ｄ,分離壓力為680ｋＰａ的分離工況下,若分別采用管柱式旋流分離器、傳統(tǒng)容器型立式和臥式分離器,6ｍ,相當于同等規(guī)模的傳統(tǒng)立式分離器()的一半左右,相當于傳統(tǒng)臥式分離器(29ｍ)的四分之一左`右。在欠平衡鉆井中，使用旋流式氣液分離器分離鉆井液中的氣體，能充分發(fā)揮該離器優(yōu)點，同時又能有效的避免它的缺點。這樣就達到了分離的目的。 旋流式分離器的結(jié)構(gòu)及工作原理旋流分離器，是一種利用離心沉降原理將非均相混合物中具有不同密度的相分離的機械分離設(shè)備。針對這一現(xiàn)狀,本設(shè)計自行設(shè)計一臺適應(yīng)欠平衡鉆井施工的管柱式液氣旋流分離器。在鉆井過程中，實現(xiàn)對油氣層的充分暴露和保護，有利于發(fā)現(xiàn)油七層和增加油井產(chǎn)量，欠平衡鉆井所具有的一些優(yōu)勢較好地適應(yīng)了這種需要。同時欠平衡鉆井與常規(guī)過平衡鉆井相比，其具有的優(yōu)點優(yōu)點有：（1）可以減輕或消除鉆井液對地層的危害；（2）良好的地層顯示，有利于達到勘探目的；（3）增加了防噴能力，降低了井噴失控的風(fēng)險；（4）可以大幅度地提高鉆速；（5）可以降低井漏風(fēng)險，節(jié)約鉆井成本；（6）可以減少壓差卡井風(fēng)險；（7）可以鉆井過程中生產(chǎn)油氣；（8）可以對地層進行較為準確的評價。第二章 方案論證目前分離器的種類繁多，分類方法也很多，主要按分離介質(zhì)不同可分為固液分離器、氣液分離器和液液分離器，按分離原理可分為重力式分離器、管式分離器和旋流式分離器。旋流分離器的基本構(gòu)造為一個分離腔、一到兩個入口和兩個出口。旋流分離技術(shù)可用于液液分離、氣液分離、固液分離、氣固分離等。因此，旋流式氣液分離用于分離鉆中的氣體具有廣闊前景。圖31 GLCC結(jié)構(gòu)圖 管柱式旋流氣液分離器由入口區(qū)(段)、入口分流區(qū)、漩渦區(qū)、氣泡區(qū)、液滴區(qū)、氣相和液相出口配管等部分組成(圖32)。氣液相經(jīng)入口槽進入入口分流區(qū)實現(xiàn)氣液的初步分離,上部的氣相、下部的液相分別沿筒壁旋轉(zhuǎn)形成旋流場。連續(xù)相做渦旋運動,由于氣液相密度差,分散相粒子(氣泡或液滴)與連續(xù)相間存在滑脫。連續(xù)相切向速度、徑向速度和軸向速度構(gòu)成了旋流場。根據(jù)實驗與數(shù)值模擬研究,徑向流速通常較切向流速和軸向流速低二個數(shù)量級,對氣液分離效率的影響非常小,因此忽略徑向速度。③氣泡或液滴的運動為定常流動。第四章 結(jié)構(gòu)設(shè)計分析 入口設(shè)計分析 由于管柱式旋流分離器主要依靠旋流產(chǎn)生的離心力實現(xiàn)氣液的高效分離,而入口結(jié)構(gòu)決定了分離器的氣液分布及其初始切向入口速度的大小,因此入口結(jié)構(gòu)和尺寸是影響管柱式旋流分離器實現(xiàn)氣液分離的關(guān)鍵因素。迭代求解準則方程,D和h作為迭代參量,直至準則方程左端小于1,din即為滿足分層流條件最小入口管直徑。最新的許多試驗都表明,單入口GLCC的最佳液面大約在距離入口下方1～3L/d處?！♂槍Ψ村F型、正錐型和圓柱型旋流體進行的研究表明,對于氣/液分離,圓柱型旋流體要稍優(yōu)于反錐型和正錐型結(jié)構(gòu)。研究表明,保持液相入口切向流速和液相流速的比為40時,旋流分離效果最佳。根據(jù)實踐經(jīng)驗,當筒體直徑小于1英寸時,液相空間高度取1～。 scanf(%f,%f,amp。 n2=pow(R1,)。 n4=pow(R1,)。則上式可寫為： (48)解得： (為常數(shù)) (49)初始條件：