本文關(guān)鍵詞：澀北氣田集輸管件沖蝕磨損特性及脆性涂層耐磨性能研究

  更多相關(guān)文章： 集輸管件 沖蝕磨損特性 沖蝕防護(hù) 脆性涂層 耐磨性能

【摘要】：澀北氣田儲層中泥質(zhì)膠結(jié)強(qiáng)度較低,因而在其開采過程中會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的氣井出砂現(xiàn)象,這些砂粒會隨氣流進(jìn)入澀北氣田內(nèi)部的集輸管線中,并對其中的局部管件造成嚴(yán)重的沖蝕磨損現(xiàn)象,從而影響澀北氣田的正常生產(chǎn),并有可能進(jìn)一步造成管件壁面的刺漏,甚至引發(fā)相應(yīng)的安全事故。針對這一問題,考慮管件入口流速、砂粒直徑、砂粒質(zhì)量流量等參數(shù)的變化范圍,通過數(shù)值模擬分析澀北氣田各類集輸管件的沖蝕磨損特性,從不同方面提出具有針對性的沖蝕防護(hù)措施,并對各類防護(hù)措施進(jìn)行分析比較,根據(jù)比較結(jié)果,重點(diǎn)對SiC脆性涂層應(yīng)用于澀北氣田集輸管件上的沖蝕防護(hù)效果、材料失效機(jī)理及耐磨性能進(jìn)行了研究,具體的研究內(nèi)容如下：(1)為了建立模擬計(jì)算碳鋼管件沖蝕磨損特性的數(shù)學(xué)模型,基于氣固兩相流理論,通過歐拉法計(jì)算氣相流場、拉格朗日法跟蹤砂粒軌跡,并將其與塑性材料的沖蝕磨損理論相結(jié)合以完成數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建。(2)針對澀北氣田集輸管件的沖蝕磨損問題,確定所要研究的集輸管件類型以及管件入口流速、砂粒直徑、砂粒質(zhì)量流量等工況參數(shù)的范圍,針對澀北氣田某開發(fā)單元中的部分站內(nèi)集氣管線,基于上述數(shù)學(xué)模型模擬計(jì)算了管線中所用彎管、T型三通、球閥這三類管件的最大沖蝕磨損速率,并從各管件內(nèi)部的氣相流場及砂粒運(yùn)動軌跡兩方面來對其沖蝕磨損特性進(jìn)行具體分析,包括沖蝕磨損集中區(qū)位置及沖蝕磨損速率值,此外還進(jìn)一步分析了管件結(jié)構(gòu)及工況參數(shù)的變化對其沖蝕磨損特性的影響規(guī)律。分別從確定各類管件重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域、改變沖蝕砂粒近壁面處的運(yùn)動軌跡以及運(yùn)用耐磨涂層這三個方面來對管件沖蝕磨損的防護(hù)措施進(jìn)行分析比較,并指出噴涂耐磨涂層是現(xiàn)今工程中應(yīng)用最為廣泛的沖蝕磨損防護(hù)方法,可用于本文中澀北氣田集輸管件的沖蝕防護(hù)。(3)為了優(yōu)選出沖蝕防護(hù)效果相對最好的耐磨涂層,對有機(jī)材料、塑性材料、脆性材料三種耐磨涂層的自身特點(diǎn)及適用性進(jìn)行比較,通過比較確定將脆性耐磨涂層作為澀北氣田集輸管件的沖蝕防護(hù)材料。為了對脆性涂層的沖蝕防護(hù)效果進(jìn)行評估,將顯式動力學(xué)計(jì)算模型、脆性材料的非線性本構(gòu)模型及材料失效準(zhǔn)則相結(jié)合,以建立動態(tài)模擬砂粒沖擊脆性涂層的數(shù)學(xué)模型。(4)為了對脆性耐磨涂層的應(yīng)用效果及耐磨性能進(jìn)行分析,確定SiC脆性涂層及澀北氣田集輸管材的相關(guān)參數(shù),建立多顆粒連續(xù)沖蝕涂層／管件基體雙層局部靶板的物理模型,并基于上述數(shù)學(xué)模型對其進(jìn)行沖蝕過程的動力學(xué)模擬,分析了脆性涂層在應(yīng)用于澀北氣田集輸管件內(nèi)壁上時,其沖蝕防護(hù)效果及沖蝕失效機(jī)理,通過統(tǒng)計(jì)涂層失效單元數(shù)來確定其局部沖蝕量,以研究不同因素對脆性涂層耐磨性能的影響規(guī)律,從而為其在澀北氣田上的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：集輸管件 沖蝕磨損特性 沖蝕防護(hù) 脆性涂層 耐磨性能
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE977
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-25
• 1.1 論文研究背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-23
• 1.2.1 沖蝕磨損的分類及氣固兩相流概述10-12
• 1.2.2 沖蝕失效機(jī)理及相關(guān)理論模型12-16
• 1.2.3 沖蝕環(huán)境下材料耐磨性能的影響因素分析16-19
• 1.2.4 管件整體沖蝕磨損特性的研究19-22
• 1.2.5 管件沖蝕磨損的防護(hù)22-23
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容和技術(shù)路線23-25
• 1.3.1 主要研究內(nèi)容23
• 1.3.2 技術(shù)路線23-25
• 第2章 管件沖蝕磨損特性模擬理論與分析25-38
• 2.1 FLUENT軟件介紹及離散相模型的選擇25-26
• 2.2 離散相模擬數(shù)學(xué)模型的建立26-33
• 2.2.1 連續(xù)相(氣相)控制方程及湍流模型26-28
• 2.2.2 離散相顆粒軌跡計(jì)算模型28-29
• 2.2.3 相間耦合計(jì)算29-30
• 2.2.4 適用于有限體積法的沖蝕磨損速率計(jì)算模型30
• 2.2.5 基于有限體積法的控制方程離散30-33
• 2.3 離散相模擬分析步驟及關(guān)鍵技術(shù)33-36
• 2.3.1 總體分析步驟33-34
• 2.3.2 網(wǎng)格劃分方法34
• 2.3.3 離散相邊界條件的設(shè)置34
• 2.3.4 近壁區(qū)內(nèi)流體的處理方法34-36
• 2.4 實(shí)例驗(yàn)證36-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第3章 澀北氣田集輸管件沖蝕磨損特性數(shù)值模擬38-64
• 3.1 研究對象及工況參數(shù)范圍的確定38-39
• 3.1.1 研究對象的確定38
• 3.1.2 氣質(zhì)條件及工況參數(shù)范圍的確定38-39
• 3.2 彎管沖蝕磨損特性分析39-46
• 3.2.1 彎管沖蝕磨損特性模擬結(jié)果分析39-42
• 3.2.2 彎管自身結(jié)構(gòu)及尺寸的變化對其沖蝕磨損特性的影響42-44
• 3.2.3 工況參數(shù)變化對彎管沖蝕磨損特性的影響44-46
• 3.3 T型三通沖蝕磨損特性分析46-53
• 3.3.1 T型三通沖蝕磨損特性模擬結(jié)果分析46-51
• 3.3.2 T型三通自身結(jié)構(gòu)及尺寸變化對其沖蝕磨損特性的影響51-52
• 3.3.3 工況參數(shù)變化對T型三通沖蝕磨損特性的影響52-53
• 3.4 球閥沖蝕磨損特性分析53-62
• 3.4.1 球閥沖蝕磨損特性模擬結(jié)果分析54-57
• 3.4.2 球閥自身結(jié)構(gòu)及尺寸變化對其沖蝕磨損特性的影響57-61
• 3.4.3 工況參數(shù)變化對球閥沖蝕磨損特性的影響61-62
• 3.5 澀北氣田集輸管件沖蝕磨損的防護(hù)措施62-63
• 3.5.1 確定管件的沖蝕防護(hù)重點(diǎn)區(qū)域62
• 3.5.2 改變沖蝕砂粒近壁面處的運(yùn)動軌跡62-63
• 3.5.3 耐磨涂層的運(yùn)用63
• 3.6 本章小結(jié)63-64
• 第4章 耐磨涂層適用性分析及耐磨性能動力學(xué)模擬理論與分析64-77
• 4.1 集輸管件內(nèi)壁耐磨涂層的適用性分析64-67
• 4.1.1 有機(jī)材料耐磨涂層的特點(diǎn)及適用性分析64-65
• 4.1.2 塑性材料耐磨涂層的特點(diǎn)及適用性分析65
• 4.1.3 脆性材料耐磨涂層的特點(diǎn)及適用性分析65-67
• 4.2 脆性涂層耐磨性能的動力學(xué)模擬67-75
• 4.2.1 ANSYS/LS-DYNA顯式動力學(xué)軟件簡介67-68
• 4.2.2 三維實(shí)體單元的基本顯式算法68-70
• 4.2.3 沖蝕動力學(xué)模擬分析步驟及關(guān)鍵技術(shù)70-75
• 4.3 脆性涂層材料的選擇及模型有效性驗(yàn)證75-76
• 4.4 本章小結(jié)76-77
• 第5章 脆性涂層沖蝕防護(hù)效果分析及耐磨性能模擬77-92
• 5.1 脆性涂層的材料特性77
• 5.2 脆性涂層沖蝕防護(hù)效果及沖蝕失效機(jī)理分析77-83
• 5.2.1 模型建立及網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證77-79
• 5.2.2 脆性耐磨涂層沖蝕防護(hù)效果分析比較79-80
• 5.2.3 脆性耐磨涂層材料沖蝕失效機(jī)理分析80-83
• 5.3 材料機(jī)械性質(zhì)對脆性涂層耐磨性能的影響83-87
• 5.4 沖蝕砂粒的性質(zhì)對脆性涂層耐磨性能的影響87-90
• 5.4.1 砂粒沖角的影響87-88
• 5.4.2 砂粒沖速的影響88-89
• 5.4.3 砂粒直徑的影響89-90
• 5.5 本章小結(jié)90-92
• 第6章 結(jié)論與展望92-94
• 6.1 結(jié)論92-93
• 6.2 展望93-94
• 致謝94-95
• 參考文獻(xiàn)95-102
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果102

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本文編號：607924