柱式氣液旋流分離器設計
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- 【摘要】 平衡鉆井技術有利于防止鉆井液漏失、能及時發現和保護油氣層，并能提高機械鉆速等。但是由于欠平衡裝備價格昂貴，制約著這一技術的發展。鑒于這種現狀，自行設計了臺應用于欠平衡鉆井的管柱式氣液旋流分離器。管柱式氣液旋流分離器是一種帶有傾斜切向入口及氣體、液體出口的垂直管。它依靠旋流離心力實現氣、液兩相分離，與傳統的重力式分離器相比，具有結構緊湊、重量輕、投資節省成本等優點，是代替傳統容積式分離器的新型分離裝置。在氣液兩相旋流分析的基礎上，建立了預測分離性能的機理模型，該模型包括了入口分離模型、旋渦模型、氣泡及液滴軌跡模型；依據機理模型，提出了管柱式旋流分離器工藝設計技術指標和工藝步驟.設計根據管柱式旋流分離器的機理模型以及設計工況，完成了管柱式旋流分離器的結構設計、強度分析、理論校核、焊接工藝設計以及分離器內氣液兩相流的數值模擬，為工程設計和理論設計提供一定的理論依據。
【關鍵詞】欠平衡鉆井技術 旋流分離器 氣 液 兩相流動 分離 機理
模型 設計
目錄
柱式氣液旋流分離器設計 1
緒論 3
欠平衡鉆井技術的發展現狀和前景 3
1、 設計背景 7
1.1 選擇氣液旋流分離器的意義 7
1.2 氣液旋流分離器的國內外研究現狀 7
2、 方案論證 9
2.1 旋流式氣液分離方案的可行性 9
2.2 旋流式分離器的結構及工作原理 9
2.3 旋流式分離器的優缺點 10
3、結構分析及設計 10
3.1 入口設計分析 10
3.1.1入口管分析 11
3.1.2入口噴嘴分析 11
3.1.3雙入口分析 12
3.2主體結構設計分析 12
3.2.1入口位置 12
3.2.2最佳外形比 12
3.2.3旋流體錐度 12
3.3 出口管設計分析 13
4、柱式氣液旋流分離器參數設計 13
4.1 計算分離器直徑 13
4.2分離器的高度計算 14
4.2.1確定上半部分的高度 14
4.2.2計算入口分流區的高度 14
4.2.3計算旋渦區的高度 14
4.2.4氣泡軸向距離計算 14
4.3分離能力計算 16
① 徑向方向上 16
② 豎直方向上 17
4.4液面高度的確定 17
4.4.1 氣室壓力p1的確定 17
4.4.2液面高度Z2的確定 19
4.5入口管的設計計算 20
4.6筒體強度設計 22
4.6.1 設計參數 22
4.6.2 筒體厚度設計 22
4.7法蘭的校核計算 23
4.7.1排氣管法蘭校核計算 23
4.7.2排液管管法蘭校核計算 26
5、氣液兩相流場的數值模擬 29
5.1 數值計算方法簡介 29
5.1.1 控制方程 30
5.1.2湍流模型 31
5.1.3多相流模型 32
5.1.4 數值計算方法 34
5.1.5 邊界條件的處理 35
5.2 計算前處理 35
參考文獻 36 ...
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