基于CFD的翻板式浮阀流场模拟分析.pdf

2 0 1 5年 第 4 4卷 第 1 期第 2 2页 石油 矿 0I L FI ELD 场机 械 EQUI P MENT 2 0 1 5， 4 4 I 2 2 2 6 o o 文 章 编 号 1 0 0 1 3 4 8 2 2 0 1 5 0 1 - 0 0 2 2 0 5 基于 C F D的翻板 式浮 阀流场模拟分析 张 晓东 ， 王庆仓 。 严 永发 。 陶 赞 ， 蔡光林 ， 杨文武 1 ． 西南石油大学 机 电工程学院 ， 成都 6 1 0 5 0 0 ； 2 ． 中石油塔里木油 田分公 司， 新疆 库尔勒 8 4 1 0 0 0 摘 要 根 据 o 1 2 1 mm 翻 板 式浮 阀的 结构尺 寸 建 立 阀芯 三 维模 型 。采 用 C F D软 件 对 阀板 不 同开度 时其速度场和压力场进行数值模拟， 然后用函数求解器求解不 同开度时阀板的受力情况， 分析阀板 在关闭过程 中的受力情况及流体 变化规律 。研究结果表 明 阀板和阀座 密封贴合 面处流体速度达 到 4 0 m／ s ， 压 力 约为 6 0 MP a ， 此 处 密封 圈受 冲蚀 破坏 严 重 ； 阀板 在 即将 关 闭 时 ， 直 径 为 4 mm 的销 轴承 受约 1 6 0 0 N的冲击载荷 ， 容易被剪断； 可采用增加销轴直径或者热处理的方法来提 高销轴 的 抗 剪切 能 力 。 关 键词 翻板 式 浮 阀 ； C F D； 阀板 ； 销轴 ； 数值 模拟 中图分 类号 T E 9 2 1 ． 5 文献 标 识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 4 2 ． 2 0 1 5 ． 0 1 ． 0 0 6 S i m u l a t i o n An a l y s i s o f Fl o w F i e l d o f t h e Fl a p p e r Fl o a t Va l v e Ba s e d o n CFD Z HANG Xi a o d o n g ， W ANG Qi n g c a n g ， YAN Yo n g f a 。 ， TAO Yun ， CAI Gu a ng l i n ， YANG W e nwu 1 ． Co l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d El e c t r i c a l En gi n e e r i n g， S o u t h we s t Pe t r o l e u m Un i v e r s i t y， C h e n g du 6 1 0 5 0 0， C h i n a； 2 ． Ta r i m Oi l f i e l d Co mp a n y， CNPC， Ko r l a 8 4 1 0 0 0， Ch i n a Ab s t r a c t a t hr e e d i me ns i o na l mod e l of v a l v e s p o ol wa s e s t a b l i s h e d a c c o r d i ng t o t he s t r uc t ur e s i z e o f 0 1 2 1 mm f l a p p e r f l o a t v a l v e ． Th e CF D s o f t wa r e wa s a d o p t e d t o c o n d u c t a n u me r i c a 1 s i mu l a t i o n r e s e a r c h o n v e l o c i t y f i e l d a nd p r e s s ur e f i e l d o f v a l ve s po o l whe n t he f l a p pe r i n di f f e r e nt op e n i ng， t h e f o r c e o n f l a p p e r wa s wo r k e d o u t b y t h e f u n c t i o n s o l v e r 。 t o r e v e a 1 t h e v a r i a t i o n l a w o f f l u i d a n d t h e c h a n g e o f t h e f o r c e o n t h e f l a p p e r i n t h e p r o c e s s o f f l a p p e r c l o s i n g ． Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e s p e e d i s 4 0 m／ s a n d t h e p r e s s u r e i s a b o u t 6 0 MP a o n t h e v a l v e s e a t s e a l i n g j o i n t s u r f a c e wh e r e t h e s e a l e r o s i on da m a g e i s s e r i o us ． A 4mm di a m e t e r p i n be a r s t he i m p a c t l oa d a bou t 1， 6 00 N whe n t h e f l a pp e r i s c omi ng o f f ． The p i n i s e a s y t o be s he a r e d． I n c r e a s i n g t he d i a me t e r of t he pi n or us i ng t he m e t h o d o f h e a t t r e a t m e nt c a n i m p r ov e t he s he a r r e s i s t a nc e o f t h e p i n． Ke y wo r ds f l a p pe r f l o a t v a l v e； CFD； f l a p pe r； p i n； nu m e r i c a l s i m u l a t i o n 翻板式浮阀是一种全通径 内防喷工具 ， 安装在 近钻头处 ， 钻井液正常循环 冲开 阀板 ， 停止循环 ， 阀 板关闭 如图 1 。在高压油气井下 ， 地层产生 的大 量气体携带砂砾沿钻柱 内上返， 冲蚀阀板 与阀芯 的 密封贴合面， 造成 阀板关 闭不严 ， 从而诱 发井喷事 故。关于 翻 板式 浮 阀 的研 究 仅 限 于结 构 力学 分 收稿 日期 2 0 1 4 ～ 0 7 2 4 基 金项 目 国家重大科技专项“ 大型油气 田及煤层气开发一塔里木盆地库车前陆冲断带油气开发示范工程” 2 0 1 1 Z X 0 5 0 4 6 作者简 介 张晓东 1 9 5 9 一 ， 男 ， 重庆武隆人 ， 教授 ， 博士生导师 ， 主要从 事石油 天然气 装备和 油气钻采 新工 具研究 ， E - ma i l z x d 1 2 3 4 2 0 1 2 6 ． c o rn。 2 0 1 5年 第 4 4卷 第 1期第 2 6 页 石 油 矿 场 机 械 OI L F I EL D E QUI P ME NT 文 章 编 号 1 0 0 1 - 3 4 8 2 2 0 1 5 0 1 - 0 0 2 6 0 4 抽油机 用机械式无切换换 向装置设计 刘 健 ， 崔俊 国 ， 肖文生 ， 傅登伟 ， 杨 林 ， 李延隆 中国石油大学 华东机电工程学院 ， 山东 青 岛 2 6 6 5 8 0 摘要 油田开采难度的不断增加对抽 油机提 出了长冲程 、 低冲次等新的要求。通过分析现有主要换 向机 构的 特点 ， 设计 了适 合 长冲程抽 油机 的导杆 齿轮 组 合 式机 械 无 切 换换 向机 构 。对 传 动机 构 进 行 了运动 学分析 ， 得 出 了摆 动 导杆 机 构的运 动 曲线 。对该 装 置的 关键 结构进 行 了设 计 分析 ， 并 以该 装置 为基 础 ， 研 发 了机械 式 无切换 换 向抽 油机 。 关键词 抽 油机 ； 换 向器； 导杆齿轮组合机构； 运动学分析 中 图分类 号 TE 9 3 3 ． 1 0 3 文 献标 识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 4 2 ． 2 0 1 5 ． 0 1 ． 0 0 7 De s i g n o f M e c h a n i c a l Re v e r s i n g De v i c e wi t h o u t S wi t c hi n g f o r Pu mpi n g Un i t LI U J i a n， CUI J u n g u o， XI AO W e n s h e n g， FU De n g we i ， YANG Li n， LI Ya n l o n g Co l l e ge o f Me c h a n i c a l a n d El e c t r o n i c En gi n e e r i n g， C h i n a Un i v e r s i t y o f Pe t r o l e u m Hu a d o n g ， Qi n g d a o 2 6 6 5 8 0， Ch i n a Ab s t r a c t Ne w t y p e p u mp i n g u n i t s wi t h c h a r a c t e r i s t i c s u c h a s l o n g s t r o k e a n d l O W v e l o c i t y a r e ne c e s s a r y be c a us e o f t he i nc r e a s i n g e x pl o i t a t i o n d i f f i c u l t y i n o i l f i e l d． M e c ha n i c a l r e v e r s i n g de v i c e wi t h o u t s wi t c h i n g b a s e d o n c o mb i n e d me c h a n i s m o f g u i d e b a r a n d g e a r f o r p u mp i n g u n i t a r e d e ‘ s i g ne d a c c o r di n g t o t he a n a l ys i s of t he c ur r e n t r e v e r s i ng de vi c e s ．Th e k i ne ma t i c s a na l y s i s o f t hi s me c h a n i s m i S c a r r i e d o u t a n d t h e 1 a w o f mo t i o n o f t h e s wi n g g u i d e b a r me c h a n i s m i S o b t a i n e d ． A n e w k i n d o f p u mp i n g u n i t b a s e d o n me c h a n i c a l r e v e r s i n g d e v i c e wi t h o u t s wi t c h i n g i s d e v e l o p e d ． Ke y wo r d s p u mp i n g u n i t ； c o mmu t a t o r ； c o mb i n e d me c h a n i s m o f g u i d e - b a r a n d g e a r ； k i n e ma t i c s a n a l y s i s 随着油 田开发进入中后期 ， 要保持油田的稳产、 高产 ， 就需要有 足够 的采液量 大泵提 液 ； 另一方 面， 为开发低渗透 、 低品位油藏 ， 需要小排量深抽 小 泵深抽 ， 以保持油层在较大压差下生产； 另外 ， 稠油 井和多气井的数量也不断增加。这些客观因素都要 求发展长冲程 、 低 冲次抽油机I 1 ] 。滚筒式抽油机是 长冲程、 低冲次抽油机的理想机型 ， 目前困扰该机型 发展和推广的主要问题是换向机构的可靠性较差嘲。 目前， 常用的换向机构均存在 自身的不足和局限性 ， 其使用领域和能够满足的工作要求也不尽相 同。 参考文献 [ 1 ] 魏 强 ， 肖 润 德 ， 潘 登． 一 种 双 板 安 全 浮 阀 中 国， 2 0 1 2 2 0 2 7 2 7 7 0 ． 8 [ P J ． 2 0 1 3 0 1 1 6 ． [ 2 ] 谢娟， 王德玉， 李悦钦 ， 等． 钻具内防喷工具的现状和研 究方向建议E J ] ． 机械， 2 0 0 7 ， 3 4 1 0 4 - 6 ． [ 3 ] 郑泳． F型 新 型钻 具 浮 阀研 制 与应 用 [ J ] ． 钻采 工 艺 ， 2 0 1 0， 3 3 4 8 0 - 8 2 ． [ 4 ] 王福军． 计 算 流体 动力 学分 析 C F D软件 原 理与 应用 E 5 1 [ 6 ] [ 7 ] [ M] ． 北 京 清华大学 出版社 ， 2 0 0 4 ． 张永学 ， 李振林． 流体 机械内部流场数值模拟方法 综述 E J ] ． 流体机械， 2 0 0 6 ， 3 4 7 3 4 3 8 ． 祝效 华 ， 刘 少 胡 ， 童 华． 气 体 钻 井钻 杆 冲 蚀 规律 研 究 [ J ] ． 石油学报 ， 2 0 1 0 ， 3 1 6 1 0 1 3 1 0 1 7 ． 冯文荣 ， 曹佳 ， 朱海燕 ， 等． 方钻杆旋塞 阀流场 的三维数 值模拟研究 [ J ] ． 石 油机 械 ， 2 0 1 2 ， 4 0 5 7 - l O ． 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 6 - i i 作者简 介 刘健 1 9 7 0 一 ， 男 ， 江苏赣榆人 ， 副教授 ， 博 士， 主要从事石油机械及动态测试技术研 究。