攜砂液對管道內(nèi)壁的沖蝕及壓裂管道振動,造成了管道壁厚減薄、壓裂管匯系統(tǒng)疲勞損傷,這兩種是壓裂管匯系統(tǒng)常見的失效形式。進行壓裂管匯T型三通管件失效分析及壽命預估對提高其使用壽命,以及降低管匯系統(tǒng)的實際運營成本具有重大的意義。本文利用SolidWorks、Fluent分別建立了壓裂管匯T型三通管件實體模型,以及壓裂管匯T型三通管件數(shù)值分析模型,就攜砂液流向、支撐劑流速、質量流量、顆粒直徑對壓裂管匯T型三通管件沖蝕進行了數(shù)值仿真;就壓裂管匯T型三通管件連接的兩個活動彎管張開角度對T型三通疲勞壽命的影響進行了數(shù)值仿真;建立了適用于壓裂管匯T型三通的沖蝕及疲勞壽命預估模型,并進行壽命預估。結果表明:匯流狀態(tài)下的沖蝕率最大,最大沖蝕率是最小沖蝕率的30.7倍;內(nèi)部流速與沖蝕率呈現(xiàn)冪函數(shù)關系;支撐劑顆粒粒徑、質量流量與沖蝕率呈現(xiàn)正相關關系;管件兩側活動彎管張開角度都在90°左右的狀態(tài)下壓裂管匯T型三通管件疲勞壽命最小,活動彎頭安裝在垂直管道接口比安裝在水平管道接口對疲勞壽命的影響要高;構建了半經(jīng)驗模型,并將神經(jīng)網(wǎng)絡算法融入進來構建了組合預估模型,使得半經(jīng)驗模型有較高調節(jié)能力,具有較高的可行性及實用性... 

【文章來源】：長江大學湖北省

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

壓裂管匯T型三通管件管匯模型

圖 2-2 壓裂管匯 T 型三通管件流道模型Fig.2-2 Flow channel model of t-type tee pipe fracturing manifold2.2.2 壓裂管匯 T 型三通管件數(shù)值分析模型Fluent 中內(nèi)置的離散相模型（DPM）進行沖蝕磨損仿真，要求固體粒子的體積分數(shù)小于 6%。參數(shù)設置要適當，使得支撐劑顆粒占總體積分數(shù)不超過 6%，這樣壓裂液對壓裂管道的沖蝕可以用 Fluent 中內(nèi)置的離散相模型（DPM）來進行仿真。周兆明等人[46]的實驗也證明了 Fluent 軟件中的離散相模型（DPM）可以用來計算壓裂液對管道內(nèi)壁的沖蝕。1.支撐劑及連續(xù)相介質壓裂施工現(xiàn)場實際使用支撐劑以人造陶粒為主，且支撐劑顆粒形狀相對來說很是規(guī)則，可以簡化為球形，支撐劑密度為 2750 kg/m3，體積密度為 1800 kg/m3支撐劑鋁礬土粒子直徑為 100 目，攜砂液介質為清水，為不可壓縮流體。2. 離散相顆粒軌道計算模型離散相模型(DPM)不考慮支撐劑粒子對支撐劑粒子的作用。笛卡爾坐標下顆

pkg/s；C(dp)表示顆粒直徑的函數(shù)，常取 1.8×10-9；α 為顆粒撞擊壁面的撞擊角； fα表示沖擊角的函數(shù)，參照張孟昀[48]取值；b(v)為相對速度的系數(shù)，取為 2.6；A 為壁面單元面積，m2。4.湍流模型壓裂管匯內(nèi)部流道流場變化復雜，管匯系統(tǒng)存在活動彎頭、三通、四通等改變流體流動狀態(tài)的部件，流道變化處容易產(chǎn)生渦流，標準κ -ε 模型中的粘性系數(shù)為各向同性，計算液體在流道變化處的流動等情況時，湍流的各向異性使得標準κ -ε模型產(chǎn)生計算誤差。RNGκ -ε 模型相比標準 κ -ε 模型，主要針對旋渦、壁面彎曲率過高或流動軌跡過于彎曲等場合。本文使用 RNGκ -ε 模型。5.邊界條件及網(wǎng)格進口條件設置為速度進口（velocity inlet），出口設置為壓力出口（pressureoutlet）。用 ICEM 繪制流道六面體結構化網(wǎng)格，網(wǎng)格總數(shù)為 163498 個，網(wǎng)格質量高于 0.7 的占 97.5%，網(wǎng)格質量平均為 0.89。網(wǎng)格圖及網(wǎng)格質量分布表分別如圖 2-3、表 2-2 所示。


本文編號：3517373