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油管清洗空化射流喷头内流特性研究及寿命预测

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油管清洗空化射流喷头内流特性研究及寿命预测

作者：王佳祥东北石油大学

学位级别：硕士

目前,随着我国油田开发进入中后期,为保持持续稳定的原油产量,大力发展了三次采油技术。随着油田聚合物驱和三元复合驱采油推广应用,油管结垢问题严重,聚驱和三元复合驱使油管上的垢蚀成分与性质发生显著变化,油井结垢成分经历了以碳酸... 详细信息

目前,随着我国油田开发进入中后期,为保持持续稳定的原油产量,大力发展了三次采油技术。随着油田聚合物驱和三元复合驱采油推广应用,油管结垢问题严重,聚驱和三元复合驱使油管上的垢蚀成分与性质发生显著变化,油井结垢成分经历了以碳酸垢为主、碳酸垢与硅垢并存和以硅垢为主3个阶段,现有技术难以实现有效清洗,甚至造成油管基体的损坏及成本显著增加,并且在后场清洗会很大程度上增加采油成本。急需提出一种高效、低成本、绿色环保的在井场清洗油管的方式。空化水射流清洗技术因其具有节能、环保等优点,本文采用该方法对油管内壁进行清洗。它是将空化现象与水射流技术相结合,利用空化气泡溃灭产生的高温高压的冲击波和微射流来增强射流打击效果,其清洗效果好、成本低,被广泛应用于石油、化工、环保等领域的工业清洗中。但对油管内三元垢的清洗研究较少,且其冲蚀磨损寿命预测研究较少。本文针对清洗62mm内径结垢油管设计了空化单喷嘴,基于RNG K-E湍流模型,Mixture模型和ZGB空化模型,对空化喷嘴流场进行数值模拟,研究不同扩散段角度与扩散段长度对空化的影响,确定了空化喷嘴最佳结构参数。通过数值模拟方法,研究空化喷嘴不同靶距,不同喷射角度的流场,得到了其压力场、速度场、气相体积分数的分布规律,并结合油管清垢实验,得到了油管清洗最佳靶距和喷射角度。依据空化喷嘴的最优喷射角度及靶距,设计旋转自进空化喷头结构,采用数值模拟的方法对其流场进行分析,得到流场的速度场、压力场的分布规律、不同压力条件下旋转自进喷头的扭矩、自进力以及射流打击力。开展了空化喷头自进力测试实验,测得了不同压力条件下旋转自进空化喷头的自进力,与模拟结果吻合,验证了数值模拟的准确性。开展了室内油管清洗实验及井场清洗实验,清洗后的油管内壁基本可见金属原色,实现了三元结垢油管的有效清洗。基于离散相模型,冲蚀磨损模型对空化喷嘴进行冲蚀磨损模拟,得到冲蚀磨损主要发生在入口腔尾部、谐振腔尾部、圆柱段前端及扩散段的位置。当压力达到20MPa时,预计空化喷嘴可以使用56.8个小时。本研究设计了旋转自进空化射流油管清洗喷头结构,并对其流动特性和冲蚀磨损规律进行了分析,实现了三元结垢油管的有效清洗,可为油管清洗技术提高、降低成本提供技术支持。

关键词：空化射流喷嘴油管清洗冲蚀磨损

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油管清洗旋转喷头流场及空化特性研究

油管清洗旋转喷头流场及空化特性研究

作者：王连安东北石油大学

学位级别：硕士

油管是石油工业用量最大、花费最多的石油物资,在役油管清洗是油管再利用的重要环节。旋转空化水射流清洗技术,是将旋转作用与空化水射流技术相结合,可在低压条件下,使得液态水产生空化,利用空化汽泡溃灭产生的高温高压的冲击和微射流... 详细信息

油管是石油工业用量最大、花费最多的石油物资,在役油管清洗是油管再利用的重要环节。旋转空化水射流清洗技术,是将旋转作用与空化水射流技术相结合,可在低压条件下,使得液态水产生空化,利用空化汽泡溃灭产生的高温高压的冲击和微射流来增强射流打击效果,达到良好清洗效果。但管道约束内旋转效应对空化水射流的流场及空化云生成和溃灭的影响还不明确,无法有效指导清洗设备的设计。本文对旋转空化水射流流场以空化特性进行了研究,主要研究工作:进行了空化射流大涡模拟(LES)亚格子模型适用性研究,采用大涡模拟对风琴管空化喷嘴流场进行数值模拟,基于Mixture多相流模型和Zwart-Gerber-Belamri(ZGB)空化模型,分别采用Smagorinsky-Lilly模型(SM)、壁面适应的局部涡粘模型(WALE)和代数壁面模型(WMLES)三种不同的亚格子模型,对风琴管喷嘴空化水射流流场进行数值模拟,分析空化水射流特性、空化云演化规律及脱落频率。结果表明,WALE模型可以较为准确模拟空化云演化周期,其发展具有四个阶段分别为初生阶段、发展阶段、脱落阶段以及溃灭阶段,其模拟结果与高速摄像拍摄结果吻合较好;在喷嘴内圆柱段以及扩散段壁面附近有流动分离,WALE模型较好的模拟出了涡环结构;涡量的分析表明,涡流在喷嘴出口附近出现,射流末端空化泡破碎产生扰动,大尺度涡演化为小尺度涡,WALE模型模拟出涡的破碎范围较SM模型更大,WMLES模型未捕捉到小尺度涡。采用优选的WALE亚格子模型的大涡模拟方法对旋转空化水射流流场进行了模拟,开展了不同射流压力和不同转速的数值模拟,分析了射流压力和转速对空化射流流场特性及空化云发展规律的影响。结果表明:旋转射流对壁面的打击力随射流压力的增大而增大,随旋转速度的增大呈现先增大后减小的规律;射流的偏转程度与转速正相关与射流压力负相关,分别进行了射流压力为8MPa、12MPa、16MPa的数值模拟。研究发现,当旋转速度增加至300rad/s时,射流压力为8MPa时射流末端已经出现偏转,射流压力为12MPa时刚出现偏转现象,当射流压力增加至16MPa时偏转现象消失;流场中存在三对大小涡环,静止时其大小基本相同,随着转速的增大其尺寸差距增大,涡环的位置随转速变化而发生变化,转速越大其越靠近射流前面;旋转流场中的空化云发展周期随射流压力增大而减小,随旋转速度增大而增大。本文研究,得到了旋转状态下空化水射流流场及空化云时空演化规律,对旋转空化射流喷头在油管清洗中的应用,提升清洗效果,提高清洗效率具有指导意义。

关键词：空化射流旋转喷头大涡模拟油管清洗

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常压电磁感应加热油管清洗工艺与装置研究

钻采工艺 2007年第3期30卷 85-87页

作者：赵霄峰李少兵张华礼罗小麟唐枨浩中原油田井下作业二处作业三大队西南油气田公司采气工程研究院四川石油局安全环保质量监督检测研究院

介绍一种采用循环水做清洗介质,旋转机械刷做除油工具,电磁感应加热为辅助除油手段的油管常压清洗工艺技术。在详述工艺流程的基础上,提出这种工艺方法中影响油管清洗质量和清洗速度的主要工艺参数,以及他们之间的相互作用规律。经过与... 详细信息

介绍一种采用循环水做清洗介质,旋转机械刷做除油工具,电磁感应加热为辅助除油手段的油管常压清洗工艺技术。在详述工艺流程的基础上,提出这种工艺方法中影响油管清洗质量和清洗速度的主要工艺参数,以及他们之间的相互作用规律。经过与国内同类工艺手段类比分析证明,油管常压清洗工艺技术在安全、环保、高效、节能等四个方面具有显著技术优势。

关键词：常压电磁感加热油管清洗油管修复工艺装置

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油管清洗特种车关键技术研究

清洗世界 2015年第2期31卷 24-29页

作者：赵军友刘祥猛张振国王秀会万法伟郑艳玲中国石油大学(华东) 机电工程学院山东青岛266580 北汽福田汽车股份有限公司北京102206 徐州徐工特种工程机械有限公司江苏徐州221000

针对目前油管清洗存在清洗效果差、清洗效率低及二次污染等问题,结合高温蒸汽技术和车载自动化技术,研制了一种车载式油管清洗装置。利用ANSYS软件对清洗车框架结构进行了建模和应力分析,结果表明:当承重为6.6t时,最大弯曲应力为47MPa,... 详细信息

针对目前油管清洗存在清洗效果差、清洗效率低及二次污染等问题,结合高温蒸汽技术和车载自动化技术,研制了一种车载式油管清洗装置。利用ANSYS软件对清洗车框架结构进行了建模和应力分析,结果表明:当承重为6.6t时,最大弯曲应力为47MPa,最大变形量为1.611mm,满足使用要求。根据直径8.89cm油管油污的实际情况,计算出了在不同季节、不同工况下清洗单根油管所需要的蒸汽量,并对蒸汽喷嘴的结构及参数进行了设计。

关键词：油管清洗特种车高温蒸汽射流蒸汽量计算机辅助设计

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高压水射流油管清洗生产线及关键参数优化

石油机械 2001年第9期29卷 46-47页

作者：孙渊平陈永红李淑芳杨霞刘兰涛胜利油田有限公司临盘采油厂

针对传统的油管清洗方法存在工艺技术及设备落后 ,能源浪费大 ,工作环境污染严重及成本高等问题 ,开发了高压水射流油管清洗生产线。阐述了生产线的基本组成 ,并对射流距离、工作压力与流速、油管的递进速度与转速等关键参数进行了优化... 详细信息

针对传统的油管清洗方法存在工艺技术及设备落后 ,能源浪费大 ,工作环境污染严重及成本高等问题 ,开发了高压水射流油管清洗生产线。阐述了生产线的基本组成 ,并对射流距离、工作压力与流速、油管的递进速度与转速等关键参数进行了优化。新开发的清洗生产线与传统工艺相比较 ,油管清洗费用由平均 1 4 1元 /m降为 0 32元 /m ,按年清洗 12 0万m计 ,每年可节约 130 0 8万元。同时还具有工艺技术先进。

关键词：采油高压水射流油管清洗工艺设备参数优化

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油管清洗安全环保技术

安全、健康和环境 2009年第7期9卷 23-24页

作者：张士俊丁志刚左美苏中国石油化工股份有限公司江苏油田分公司试采二厂江苏金湖211600

分析了传统油管清洗工艺存在的安全环保隐患;介绍了中频高压清洗油管工艺流程及采用中频高压清洗油管工艺后的效果。

关键词：油管清洗中频高压清洗安全环保

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油管清洗除垢技术质量及其应用探讨

中国石油和化工标准与质量 2016年第12期36卷 26-27页

作者：刘超东北石油大学石油工程学院黑龙江大庆163000

输油管线在长期使用过程中,其内壁和外壁都会产生很多污垢,为了要提高输油管线的使用性能,则要定期对油管进行清洗。本文对输油管线清洗除垢方法进行分析和探讨,旨在提高输油管线使用寿命。

关键词：油管清洗清洗除垢技术方法

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油管清洗方法应用与研究

石油石化节能 2008年第4期19卷 5-9页

作者：冯定黄朝斌黎瑶操自强长江大学机械工程学院湖北省荆州市434023 江汉油田分公司江汉采油厂湖北省潜江市433123

旧油管清洗作为油管修复工艺中最基础、关键的一环，其清洗质量对油管的使用成本，施工作业的质量有着重大的影响；同时，其清洗方式也影响着清洗效果和成本、修复质量、操作安全性以及环保等方面。针对传统清洗方法对结垢、锈皮旧油管... 详细信息

旧油管清洗作为油管修复工艺中最基础、关键的一环，其清洗质量对油管的使用成本，施工作业的质量有着重大的影响；同时，其清洗方式也影响着清洗效果和成本、修复质量、操作安全性以及环保等方面。针对传统清洗方法对结垢、锈皮旧油管存在着清洗效率低、清洗成本高、环境污染严重等问题，提出了旧油管的内壁采用钻通与高压水射流相结合、外壁采用刷式清洗与低压射流清洗结合的清洗方案。现场使用表明这种清洗方案提高了油管清洗质量和效率，降低了清洗成本。改善了工人的工作环境，确保了工人的人身安全。给油田企业创造了较大的经济效益和社会效益。

关键词：油管清洗高压射流钻通环保节能

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水射流油管清洗喷嘴结构的优化研究

采油工程 2021年第1期 72-76,84页

作者：郑淑梅大庆榆树林油田开发有限责任公司

为提高水射流油管清洗效率,开展了喷嘴结构优化研究。以圆柱形高压水射流喷嘴为研究对象,以油管壁面动压力与壁面切应力为判断喷嘴清洗性能的主要指标,利用计算流体力学(CFD)Fluent分析软件及Solidworks建模软件,对油管清洗高压水射流... 详细信息

为提高水射流油管清洗效率,开展了喷嘴结构优化研究。以圆柱形高压水射流喷嘴为研究对象,以油管壁面动压力与壁面切应力为判断喷嘴清洗性能的主要指标,利用计算流体力学(CFD)Fluent分析软件及Solidworks建模软件,对油管清洗高压水射流喷嘴进行三维建模,并进行模拟分析,利用正交实验方法对喷嘴关键结构进行优化。优化结果表明,喷嘴圆锥段收缩角为45°,入口直径为4mm,出口直径为0.5mm,出口圆柱段长度为1mm,喷嘴与轴线夹角90°为喷嘴最佳结构。该研究可为油管清洗方面提供一定的理论与技术参考。

关键词：油管清洗结构优化高压水射流模拟分析正交实验