【正文】 旋流式分離器具有這些特點(diǎn)，使得該分離器在鉆井過程中用于泥漿的處理具有實用性和可靠性，并具有廣闊的前景。由圖813可以看出在氣體出口管內(nèi)充滿氣體，攜帶液量可以忽略。圖8811逼真的反映了液相和氣相的速度場的矢量分布，氣相、液相流向各自的出口，在離心式分離器中實現(xiàn)了對氣液的分離。工作介質(zhì)為一定含氣量的鉆井液，每天的處理量：液體900/d,氣體90/d,入口流速為6m/s,其中A為入口管截面面積。假設(shè)流場為全湍流場，速度入口的流動充分的發(fā)展，入口的湍流強(qiáng)度為5%，湍流粘性比為10%。進(jìn)口的邊界取混合液的入口速度，同時確定第二相的體積分?jǐn)?shù)。按不同的求解方法，F(xiàn)LUENT的耦合式和分離式。同時，液液出口管徑和氣體出口管徑相對較小，流動區(qū)域的其他地方的網(wǎng)格相應(yīng)的較疏，以保證網(wǎng)格數(shù)不會太大。本章中用于計算的幾何模型具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：離心式氣液分離器入口管直徑： =40mm離心式氣液分離器入口管當(dāng)量長度： =1000mm離心式氣液分離器氣體出口管直徑：=20mm離心式氣液分離器氣體出口管當(dāng)量長度： =200mm離心式氣液分離器液體出口管直徑： =65mm離心式氣液分離器液體出口管當(dāng)量長度： =1614mm離心式氣液分離器殼體內(nèi)徑：d=300mm離心式氣液分離器總體高度：H=3300mmFLUENT作為一種求解器，在二維問題中可以使用三角形、四邊形或混合單元組成的網(wǎng)格，在三維問題中可以使用四面體、六面體、金字塔形、楔形單元，或者兩種單元的混合。在本文采用FLLUENT的前處理器Gambit來實現(xiàn)?！裼靡粋€較低的旋轉(zhuǎn)速度開始計算，然后逐漸增加，最后獲得合理的結(jié)果。這是因為當(dāng)旋轉(zhuǎn)項的影響很大時，動量方程高度耦合。對流項差分格式納入了一階迎風(fēng)、中心差分及QUICK等格式。 數(shù)值計算方法目前關(guān)于數(shù)值計算的方法有：有限差分法、有限元法、邊界元法等。初始計算是可以不求解題解分?jǐn)?shù)和滑流速度方程，當(dāng)計算收斂后，在求解這些方程。對于離心分離器，主要是分離在來連續(xù)液相中分散的小氣泡（含氣率為10%左右），氣泡的運(yùn)動一般認(rèn)為是泡狀流，可選用混合模型或歐拉模型。該模型的應(yīng)用包括氣泡柱，上浮，顆粒懸浮，以及流化床。壓力項和各界面交換系數(shù)耦合在一起，耦合方式依賴于所含相的情況。 混合模型的應(yīng)用包括低負(fù)載的粒子負(fù)載流，氣泡流，沉降，以及旋風(fēng)分離等多相流。（2）混合模型（Mixture） 混合模型求解混合物的動量方程，并通過相對速度描述離散相。在FLUENT中，有三種歐拉—?dú)W拉多相流模型：流體體積模型（VOF），混合（Mixture）模型以及歐拉（Euler）模型。由于一種相所占的體積不能被其他相占有，故引入相體積分?jǐn)?shù)（phasic volume fraction）。該模型假設(shè)離散相（第二相）的體積比率很低。多相流的數(shù)值計算方法有兩種：歐拉—拉格朗日（EulerLagrange）方法和歐拉—?dú)W拉（Euler Euler）方法。RNG模型是一個更一般，更基本的模型，尤其對強(qiáng)旋流流場及高曲率流線的離心分離器有著很好的改進(jìn)效果。應(yīng)用該模型可避開求解雷諾應(yīng)力方程所面臨的十分復(fù)雜的計算工作，又較好地預(yù)報了流動的各向異性的特點(diǎn)。由于它采用了同向性湍流疏運(yùn)的假設(shè)，故它不適應(yīng)具有非同向性湍流輸運(yùn)的強(qiáng)旋流。因而單方程模型同樣只適用于簡單流動，不適用于帶回流的復(fù)雜流動。 1925年P(guān)randtl提出的動量傳遞理論以及后來提出的自由剪切層模型、泰勒的渦量傳遞理論的馮卡門的相似性理論等一系列半經(jīng)驗理論，其基本思想都是建立關(guān)于雷諾應(yīng)力的模型假設(shè)，使雷諾平均運(yùn)動方程得以封閉。而基于求解雷諾時均方程的模擬，即統(tǒng)觀模擬，利用某些假設(shè)將雷諾時均方程中高階未知關(guān)聯(lián)項或者時均量來表達(dá)，從而使雷諾時均方程封閉。如文獻(xiàn)估算，長。目前，關(guān)于紊流的數(shù)值計算可分為細(xì)觀模擬和統(tǒng)觀模擬。湍流是由大小不同尺度的旋渦組成，對時間和空間都是非線性的隨機(jī)運(yùn)動。慣性坐標(biāo)系中的動量方程： （82）其中p是靜壓，τ是應(yīng)力張量，ρ和分別是中立體積力和外部體積力（如離散相相互作用的產(chǎn)生的升力）。當(dāng)流動是湍流是，還要解附加的輸運(yùn)方程。該模塊還具有方便的網(wǎng)絡(luò)檢查功能，對網(wǎng)絡(luò)單元體積、扭曲率、長細(xì)比等影響收斂和穩(wěn)定的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計并生成報告。本文運(yùn)用Fluent軟件對離心是分離器的內(nèi)流場進(jìn)行分析計算，F(xiàn)luent公司是享譽(yù)世界的最大計算流體力學(xué)（CFD）軟件供應(yīng)商，F(xiàn)luent軟件能夠精確地模擬無粘流、層流、湍流、化學(xué)反應(yīng)、多相流等復(fù)雜的餓流動現(xiàn)象。多數(shù)軟件經(jīng)過不同研究領(lǐng)域內(nèi)的算例測試，對不同類型的問題具有較好的適應(yīng)能力。一些成熟的算法，模型也以商業(yè)軟件的形式出現(xiàn)在工程及科研領(lǐng)域。3. 焊接采用手工電弧焊,對焊縫進(jìn)行100%的射線探傷檢測,要求符合GB332587中的Ⅱ級為合格. 1. 帶頸平焊法蘭與接管焊接接頭尺寸選用F6(JB4700~470392),其結(jié)構(gòu)如圖4所示。]248。根據(jù)參考文獻(xiàn)[24]，材料：16Mn,： SH340692. 考慮到設(shè)計壓力較高，介質(zhì)不允許泄漏，擬選用平焊法蘭，凸凹密封面。}}運(yùn)行結(jié)果:n= ,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d= n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=n=,d=故計算求得最小直徑: D=40mm1. 入口槽選型,根據(jù)分離器工藝設(shè)計分析入口槽選用新月形,同時入口噴嘴的截面積的確定保證入口液相流速為6 m/s.2. 綜合考慮本設(shè)計分離器的結(jié)構(gòu)，最后確定為單進(jìn)口。amp。 while(n1) {k=sqrt(1(2*n1)*(2*n1))。Duker模型確定。（3） 當(dāng)DL=65時，R代入（58）式得，（4） 當(dāng)DL=50mm時，R代入（58）式得，由因?qū)嶋H的工況，如果選擇次方案要求的高度太高。f=p**。for(p=。在設(shè)計設(shè)計氣液分離器時，根據(jù)設(shè)計參數(shù)的要求，要求避免這兩種情況的發(fā)生。② 豎直方向上計算在最小駐留時間內(nèi)混合體運(yùn)動的距離時，可忽略氣泡與液體的相對滑移，認(rèn)為氣泡隨液體一起在重力的作用下向下運(yùn)動，可得在內(nèi)，氣泡下降的距離： ④即旋流器的最小長度為。 printf(\nv1=%f,r=%f,v1,r)。 n5=pow(R1,)。 if(m==0) printf(\nv1=%f,r=%f,v1,r)。 n3=pow(R1,)。 p=p1+(p2p1)*n1。v1,amp。用此方法把半徑等分成10個點(diǎn)，通過編程算出其速度。對于大直徑的旋流分離器,根據(jù)建立的氣泡軌跡模型,求解氣泡(氣泡直徑取500μｍ)自器壁進(jìn)入中心氣核實現(xiàn)分離在軸向上穿過的距離,顯然液相空間的高度應(yīng)不小于。上半部分的高度應(yīng)足夠高,甚至在極端流型—段塞流工況下能夠吸收液相流量的波動,避免氣相夾帶液滴的現(xiàn)象。通常切向流速一般取6ｍ/ｓ,顯然臨界液相流速=。第五章 分離器工藝設(shè)計 計算分離器直徑考慮分離器上部的氣相分離部分,分離器直徑的選取應(yīng)避免氣相中夾帶液滴,以氣相折算速度表示,即氣相折算速度不能大于氣流中出現(xiàn)液滴時的臨界速度。 出口管設(shè)計分析氣液相出口管線的配置可根據(jù)氣液相流量、配置儀表的要求確定。對于一個給定的直徑,GLCC中入口上方的長度提供了液流擾動的容量,而入口下方的長度則決定了用于從液體中分離氣泡的存留時間。過低的液面,如距離入口處遠(yuǎn)大于3L/d,會導(dǎo)致切向入口速度的過度衰減,影響GLCC的性能。 雙傾斜入口將入口流預(yù)分為兩股流動：低入口的富液流和高入口的富氣流。噴嘴是入口段最后一個影響進(jìn)入分離器氣液相流速分布和入口切向流速大小的因素。入口管向下傾斜,在重力作用下有利于形成分層流,實現(xiàn)氣液兩相的初步分離,同時,向下的傾斜結(jié)構(gòu)使經(jīng)過初步分離的液相在入口下方旋轉(zhuǎn)一圈后形成旋流場,避免了對氣相向分離器上方運(yùn)動的阻塞。管柱式旋流分離器入口主要由入口管、噴嘴和入口槽3部分組成。、為氣液連續(xù)相切向速度。④作用在氣泡或液滴上的各種力的合力為零,分散粒子做勻速運(yùn)動。切向速度分布: (13)將切向速度表達(dá)式代入旋流強(qiáng)度定義式得: (14)根據(jù)定義Ω是分離器截面位置(ｚ)的函數(shù),確定了某截面的旋流強(qiáng)度,即可求得壁面處(忽略壁面附近的自由渦旋區(qū))的最大切向速度。沿旋轉(zhuǎn)半徑方向上,切向速度的變化非常顯著,按照其不同變化規(guī)律,可以將旋流分成兩個旋轉(zhuǎn)區(qū)域:近壁面處的自由渦旋區(qū)和中心強(qiáng)制渦旋區(qū)。是器內(nèi)對應(yīng)連續(xù)相(氣相或液相)的質(zhì)量流量。由于粘性耗散和壁面摩擦阻力的作用,切向速度沿軸向逐漸減小,采用旋流強(qiáng)度表征旋流場的衰減特性。假設(shè)徑向液滴滑脫速度為,軸向滑脫速度為,忽略氣相的徑向流速,氣相的軸向速度即折算速度為,這樣,液滴徑向絕對速度為,軸向(向上)的絕對速度為,液滴能夠分出的必要條件是分離器中心處的液滴到達(dá)器壁的時間應(yīng)短于液滴隨旋轉(zhuǎn)氣流流出分離器的時間。研究分散相粒子的運(yùn)動軌跡,可以分析分離特性?？刂企w壓力微分方程: (3)把方程(1)、(2)代入方程(3),并沿等壓漩渦表面積分()得: (4)整理上式即可得到漩渦方程: (5) (6)利用漩渦方程積分可得入口分流區(qū)下方液相總體積,應(yīng)用液相體積守恒: (7)式中:指平衡液位高度(見圖32)。 漩渦區(qū)經(jīng)初步分離的液相以切向速度沿筒壁旋轉(zhuǎn)形成強(qiáng)制旋流。而傳統(tǒng)分離器采用的入口結(jié)構(gòu)通常為垂直于筒體的結(jié)構(gòu)(目前很多分離器采用的分氣包亦為類似結(jié)構(gòu)),實驗證明采用垂直結(jié)構(gòu)的管柱式旋流分離器,氣液分離效果差,工作范圍大約是傾斜向下的入口結(jié)構(gòu)分離器的一半。 入口區(qū)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)決定了分離器的入口氣液相分布及氣液相切向入口速度的大小。而氣體則運(yùn)動到中心,并向上由氣體出口排出。第三章 管柱式氣液旋流分離器管柱式旋流分離器(GasLiquid Cylindrical Cyclone,簡寫GLCC)是一種新型分離裝置(見圖31)。旋流式氣液分離器有以上優(yōu)點(diǎn)，但也有如下缺點(diǎn):① 由于旋流器內(nèi)流體的流動產(chǎn)生一定的剪切作用，如果參數(shù)設(shè)計不當(dāng)，容易將液滴(油滴或水滴) 打碎乳化而惡化分離過程； 圖22② 通用性較差。本文設(shè)計的旋流分離器用于石油鉆井中鉆井液的氣液分離?？拷M(jìn)料端的 圖21為溢流口，遠(yuǎn)離進(jìn)料端的為底流口。分離腔主要有圓柱形、圓錐形、柱錐形三種基本形式。到20世紀(jì)80年代末,這種旋流分離器被用于石油工業(yè)中的產(chǎn)出水除油,取得了滿意的效果。目前對分離器的理論和實踐研究已比較深入，對內(nèi)部流動規(guī)律也了解很多。但經(jīng)濟(jì)性和操作壓力條件不斷要求其尋找新型高效、低成本的小型分離器,特別是在海上油田。在欠平衡鉆井過程出于安全的考慮和鉆井工藝的特殊要求，除了所用的地面常規(guī)地面裝備像氮或壓縮氣供應(yīng)裝置、容積小且壓力大的注液泵、液氣混合管匯、節(jié)流管匯、鉆屑或鉆井液取樣器、化學(xué)劑注射泵、采油分離系統(tǒng)和自動燃燒氣體系統(tǒng)等，還需要一些專業(yè)設(shè)備，主要有高壓旋轉(zhuǎn)分流器防噴器系統(tǒng)、液流導(dǎo)向系統(tǒng)、地面分離系統(tǒng)、隔水管帽旋轉(zhuǎn)防噴系統(tǒng)、實用隔水管裝置、模擬軟件、地面數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。,由于研制成功了旋轉(zhuǎn)防噴器及其它欠平衡鉆井配套設(shè)備,欠平衡鉆井技術(shù)得到了大規(guī)模推廣應(yīng)用,在實施過程中,工藝和設(shè)備又不斷的完善和提高,由于與普通鉆井相比,欠平衡鉆井有多方面的優(yōu)越性,加上政府的鼓勵政策,因此欠平衡鉆井技術(shù)發(fā)展很快,1992年采用欠平衡鉆井技術(shù)完成30口井,1993年達(dá)到120口,1994年和1995年分別完成230口和330口.我國開展欠平衡鉆井的研究起步較晚,但近年來隨著塔里木油田解放128井、輪古2井、輪古20井、輪古22井、輪古4井、輪古21C井,大港油田板深板深8等井采用欠平衡鉆井技術(shù)取得良好的開發(fā)效果和勘探突破,、中原、,國際鉆井招標(biāo)也越來越多地要求采用欠平衡鉆井技術(shù),也將促進(jìn)我國欠平衡鉆井技術(shù)的發(fā)展.在未來鉆井技術(shù)發(fā)展中,欠平衡鉆井技術(shù)將同水平井、分枝井、連續(xù)油管鉆井等技術(shù)一樣,，到2005年，美國國內(nèi)采用欠平衡鉆井技術(shù)完成的鉆井?dāng)?shù)量將占到總鉆井?dāng)?shù)量的30%，而且比較樂觀的預(yù)測則是37%。隨著信息、裝備的不斷完善和市場的不斷推動，我國欠平衡鉆井的數(shù)量也將穩(wěn)步攀升。但是國內(nèi)欠平衡鉆井裝備開發(fā)能力還很低,只有少數(shù)廠家可以生產(chǎn)專業(yè)裝備,常規(guī)和關(guān)鍵設(shè)備幾乎全部是依靠進(jìn)口.近幾年來,欠平衡鉆井技術(shù)在國內(nèi)得到了充分的推廣,昂貴的欠平衡裝備是制約著這項技術(shù)的障礙,其作用是將井筒內(nèi)循環(huán)出來的氣體與液體分離,從而保持正常的鉆井工作。與容器式分離器相比,諸如柱狀氣\液旋流器(GLCC)等小型分離器具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、重量輕等特點(diǎn),基本不需任何維護(hù),而且易于安裝及操作。經(jīng)過不斷的研究，在常規(guī)式分離器的基礎(chǔ)上，又出現(xiàn)了很多適用于各種場合的新型分離器。雖然旋流分離技術(shù)在氣液分離方面的應(yīng)用要晚得多,但已顯示出了其體積小、快速、高效、連續(xù)操作等方面的優(yōu)越性。入口有單入口和多入口幾種，但在實踐中，一般只有單入口和雙入口兩種。在具有密度差的混合物以一定的方式及速度從入口進(jìn)入旋流分離器后,在離心力場的作用下,密度大的相被甩向四周,并順著壁面向下運(yùn)動,作為底流