【摘要】：嚴格控制鉆井液的性能參數(shù)對于平衡壓力鉆井具有重要的意義,而氣侵現(xiàn)象會嚴重改變鉆井液的密度,導致其密度下降,粘度升高,對鉆井安全帶來危害。除氣器是用于除去氣侵鉆井液中小氣泡的設(shè)備。真空除氣器由于結(jié)構(gòu)簡單、處理量大、除氣效率高等優(yōu)點,得到了廣泛的應用。為保證除氣效果達到要求,需要對真空除氣器的性能進行分析,而除氣器的性能很大程度上決定于其內(nèi)部流場的分布。本文以CQQ-01真空除氣器為研究對象,運用CFD方法對除氣器內(nèi)部旋轉(zhuǎn)流場進行了分析,同時分析了除氣器葉輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)對流場的影響,從而為合理地選擇葉輪參數(shù)提供了依據(jù)。本文采用Inventor軟件建立除氣器三維模型,同時采用CFD分析軟件STAR-CCM+建立除氣器旋轉(zhuǎn)區(qū)域的CFD仿真模型,對仿真模型進行數(shù)值計算,計算結(jié)果的殘差監(jiān)測曲線、入口壓力監(jiān)測曲線和出口流量監(jiān)測曲線表明該模型的計算精確度達到了要求,對除氣器旋轉(zhuǎn)區(qū)域中間截面的速度場、壓力場和葉片工作面、葉片背面的壓力場進行分析,結(jié)果顯示:從葉片入口到葉片出口,由于葉片旋轉(zhuǎn)做功,液體速度逐漸增大,壓力也逐漸升高;從葉片出口到擴壓管出口,液體速度逐漸減小,壓力逐漸升高,液體速度減小導致的動能損失轉(zhuǎn)化為液體的壓力能;擴壓管內(nèi)側(cè)靠近壁面的地方出現(xiàn)了局部的回流和漩渦,導致內(nèi)側(cè)液體速度較低,而擴壓管其他區(qū)域的液體基本平行于壁面向外流動,最后垂直于出口流向外面;葉片工作面和背面的壓力隨直徑的增大而增大,但在同一直徑的圓周上,工作面的壓力高于背面。根據(jù)對CFD計算結(jié)果的分析結(jié)合離心式葉輪機械的工作原理,驗證了CFD模型的正確性。為了得到除氣器葉輪參數(shù)的合理取值,本文針對除氣器葉輪葉片數(shù)、葉片彎曲形式、葉輪直徑和葉輪轉(zhuǎn)速等參數(shù)對流場的影響進行了分析,結(jié)果表明:葉片數(shù)的增加能使除氣器旋轉(zhuǎn)區(qū)域的速度場和壓力場分布更加均勻;采用后彎葉片能降低流場內(nèi)的回流和漩渦的面積,同時能抑制空化現(xiàn)象的出現(xiàn);葉輪直徑的增大能使葉片入口的速度增大,同時能降低葉片入口的壓力,有利于與外界形成壓力差,從而將液體吸入到葉輪中;葉輪轉(zhuǎn)速的增加會使葉片旋轉(zhuǎn)區(qū)域的液體速度增加,同時降低葉片入口的壓力,但也會使擴壓管內(nèi)側(cè)的回流和漩渦面積增大,當轉(zhuǎn)速低于1500 r/min時,葉片入口與外界形成的壓力差太小,不利于葉輪吸入液體,當轉(zhuǎn)速高于2000 r/min時,會導致葉片入口壓力太低,從而出現(xiàn)空化現(xiàn)象。
【圖文】：

為 27~51 kPa。該型除氣器的結(jié)構(gòu)特點是：在一個長度約為 3800 1100 mm 的拖撬式底座上，水平安裝一個長度約為 3000 mm，直徑的真空罐。真空罐的正上方安裝一個真空泵和氣水分離器。該除氣器00 mm，總重量 1520 kg。氣器的工作過程是：通過真空泵在真空罐內(nèi)產(chǎn)生一定的真空度，從而液吸入到真空罐內(nèi)，鉆井液進入真空罐后，在真空罐內(nèi)部上方水平安向槽道內(nèi)流動，槽道的端部與兩片傘形分流板連接，鉆井液從槽道板[17]。由于傘形分流板的表面積比較大，，鉆井液在傘形板上擴展為10 mm 湍流薄層，在湍流和真空度的共同作用下，鉆井液里的小氣泡浮，氣體釋放，真空泵將釋放的氣體從罐體內(nèi)抽出。真空罐內(nèi)部下方心泵，用來將除氣后的鉆井液排出。離心泵由功率約為 37 kW 的電泵由功率約為 3 kW 的電機驅(qū)動。液位控制機構(gòu)由三通閥、連桿和，可以對真空罐內(nèi)的真空度和鉆井液的液位進行控制。

第 1 章 緒論表面積的同時還能減小安裝空間；真空泵和氣水分離器安裝構(gòu)較為緊湊、占用空間小[15]。該真空除氣器根據(jù)單位時間處G-10 兩個型號。其單位時間處理量分別為 1.9 m3/min 和 3.8×寬×高）分別為 2200×1400×1600（mm）和 2500×150量分別為 1080 kg 和 1770 kg。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P634.3

【參考文獻】

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本文編號：2708974