本文關鍵詞：混合器結構設計及多物理場仿真研究　出處：《長江大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： CFD 多相流 混合頭 攪拌器 水泥漿

【摘要】：石油鉆井井深幾百米、上千米、乃至萬米。井下環(huán)境惡劣套管與水泥漿必須經(jīng)歷高壓高溫等環(huán)境,同時也要防止油氣等井下其余介質(zhì)腐蝕和影響,相應的還要避免采油過程的酸化處理、壓裂等一系列作業(yè)的各種檢驗。固井的目的是:封隔疏松、易塌、易漏等復雜地,封隔油、氣、水層,防止互相竄漏。因此,固井水泥漿混合的質(zhì)量直接影響固井作業(yè)的完成質(zhì)量,所以對固井水泥漿的要求也越來越高。因此,提高水泥漿的混合質(zhì)量以及混合效率,對固井作業(yè)有著很大的現(xiàn)實意義。針對目前對固井水泥漿的質(zhì)量要求日益嚴格,本文通過了解國內(nèi)外固井車混漿系統(tǒng)、多相流相關研究,探究設計出了有利于水泥漿預混合的混合頭。分別對混合頭的清水入口尺寸、速度以及干灰入口速度和分水頂針角度、分水頂針與清水出口之間的間距進行CFD了模擬仿真確定有利于水泥漿混合的最佳方案。之后又對攪拌器的轉(zhuǎn)速以及同軸上兩槳葉的間距和兩個攪拌軸的距離等操作參數(shù)、尺寸參數(shù)、位置參數(shù)進行了模擬仿真,優(yōu)化了攪拌器結構更加有利于水泥漿的攪拌混合。最終對混合頭與攪拌器內(nèi)流場進行了整體CFD數(shù)值模擬與水泥漿單獨在攪拌器中攪拌混合做對比,分別分析其攪拌時間為1min、1.5min時水泥漿混合狀況最終探究其對混合效率的影響。本文通過對混合有以及攪拌器的CFD流暢仿真得到了以下結論:(1)FLUENT在歐拉-歐拉坐標系下可建立以下三種模型:Volume of Fluid模型,Mixture模型和Eulerian模型。綜合分析三種多相流模型的適應條件,最終對于混合頭的多相流模擬模型選擇Eulerian模型,對于攪拌器內(nèi)多相流的模擬選擇Mixture模型。對于湍流模型的選用,本文探究的混合頭與攪拌器內(nèi)流體湍流強度較大,雷諾數(shù)高同時又考慮計算機計算能力要求選擇標準的k-ε模型。關于攪拌罐內(nèi)攪拌漿區(qū)域的處理選擇了多重參考系的方法。(2)對混合頭的整體結構進行了設計,運用CFD流體軟件對其進行數(shù)值模擬計算。分別模擬了清水入口直徑為50mm、60mm、70mm的情況下對混合效果的影響,最終選擇清水入口為60mm為最佳尺寸。同時又對分水頂針不同角度30°、45°、60°模擬分析探究對水泥漿混合效果的影響,最終選擇分水頂針角度為45°為最佳角度。接著又對分水頂針距離清水出口的間距進行了模擬仿真間距分別為5mm、10mm、15mm,最終選擇清水出口與分水頂針的最佳間距為5mm。最終選擇清水入口直徑為60mm、分水頂針角度為45°、分水頂針與清水出口的距離為5mm這一組組合。在選擇此組合條件下在保證混合頭的處理量的前提下探究清水入口與干灰入口的進口速度分別為8m/s、2m/s為進口操作參數(shù)。(3)對四機廠現(xiàn)有結構攪拌器進行了流場數(shù)值模擬,分別探究了在不同轉(zhuǎn)速100rpm、150rpm、200rpm、250rpm、300rpm下對混合性能的影響。轉(zhuǎn)速在100~200rpm之間時對水泥漿混合影響顯著,轉(zhuǎn)速200~250rpm之間時影響程度變化不明顯,轉(zhuǎn)速在250~300rpm時幾乎對水泥漿的混合沒有影響。最終綜合考慮攪拌效率與能耗得出正常工作的轉(zhuǎn)速在150~200rpm之間,最高轉(zhuǎn)速為250rpm。又探究了同一軸上的兩槳葉之間的距離分別為150mm、170mm、190mm、210mm,通過模擬得出最佳間距為190mm時對水泥漿的混合有較好的影響。最后分析探究了兩攪拌軸之間的距離對混合的影響,分別對間距為575mm、555mm、535mm、515mm、495mm、475mm進行了模擬分析,通過對模擬結果的處理,最終兩攪拌軸間距在575時對水泥漿的混合影響最佳。(4)對通過混合頭預混合的水泥漿在攪拌器中進行攪拌模擬分析,將混合頭與攪拌器內(nèi)流場進行整體分析。之后在分別提取經(jīng)過混合頭預混合的水泥漿和沒有經(jīng)過預混合的水泥漿在攪拌1min、1.5min后的模擬結果作對比。最終可以明顯的得出經(jīng)過混合頭預混合的水泥漿混合效果較佳,體現(xiàn)出了混合頭在水泥漿混合時的作用。
[Abstract]:In order to improve the mixing quality and mixing efficiency of cement slurry , this paper presents the best solution for cement slurry mixing . The influence of the distance between the two stirring shafts on the mixing performance of the cement slurry was studied . The results showed that the optimum distance between the water inlet and the water outlet was 5 mm , 10 mm and 15 mm . The results showed that the optimum distance between the two impellers was 5 mm , 10 mm and 15 mm .

【學位授予單位】：長江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE925.2

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本文編號：1439449