高压井控楔形节流阀三维流场模拟及阀芯失效分析

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1、2010钲第39卷石油矿场机械第7期第5页OILFIELDEQUIPMENT2010，39(7)：5～8文章编号：1001—3482(2010)07—0005—04高压井控楔形节流阀三维流场模拟及阀芯失效分析付玉坤，刘炯，王娟，邓淇尹，韩传军(1．西南石油大学，成都610500；2．川I庆钻探工程有限公司安全环保质量监督检测研究院，四川广汉618300)摘要：井控节流阀是钻井井控管汇中的关键设备，直接关系到压井的成败。根据节流阀实际流场情况，建立了楔形节流阀三维有限元模型，并基于流体动力学理论，运用流体分析软件对高压井控节流阀内的三维流场进行了模拟，得出节流阀内部流场分布规

2、律及特点。结果表明，由于内部流体的高速流动，阀芯在楔形面沿轴向处以及前端处会首先发生冲蚀失效。将该分析结果与现场阀芯失效的实际情况进行了比较，结果非常吻合。关键词：井控节流阀；楔形阀芯；三维流场模拟；冲蚀中图分类号：TE926．01文献标识码：A3DFlowSimulationandErosionMechanismAnalysisoftheHigh—PressureThrottleValvesFUYu-kun，LIUJong，WANGJuan，DENGQi—yi，HANChua州un(1．SouthwestPetroleumUniversity，Chengdu610500，

3、China；2．EnvironmentalSafetyandQualitySupervisionDetectionInstitute，Sichuan-ChangqingDrillingEngineeringCompanyLimited，Guanghan618300，China)Abstract：Throttlevalvesareoneoftheimportantequipmentsinthewell—controlheader，thenor—maloperationofwhichasuccessfulwellkillingwilllieon．Inthispaper，base

4、dontheactualflowfieldofthethrottle，settingupathree-dimensionalfiniteelementmodelofthewedg~shapedthrottle，andonthebasisofhydrodynamics，usingthemodernanalyticsoftwaretosimulatetheflowfieldsinhigh-pressurethrottlevalves．Theresultsshowthat，becauseofthehigh—speedflowoftheinternalflowfieldofthro

5、ttle，findingthaterosionisfirstoccursalongtheaxialdirectioninthewedg~shapedsurface，andwhichisveryconsistentwiththeactualsituationwhencomparingwiththeactualconditionsoftheoilfield．Keywords：well-controlthrottlevalve；wedge—valvecore；3dflowsimulation；erosion节流管汇是现代井控工艺中重要的设备之一，受到较大的影响口]。典型失效阀芯如

6、图1。因此，对比早先使用的锥形节流阀，目前油气田现场使用提高节流阀的工作可靠性是设计者和使用者必须重的楔形节流阀工作更加稳定可靠，较好地避免了高视的问题之一。压流体冲击下阀芯的震荡以及断裂现象的发生。但本文通过对楔形阀内部三维流场的数值模该阀在现场实际应用中也出现了一些问题，例如节拟L4及不稳定情况的分析，得出了楔形阀内部流体流阀的阀杆端面以及楔形面沿轴向出现明显的刺漏的流动情况，并找到了楔形阀芯失效的主要影响原痕迹，楔形面的刺漏深度甚至达到3mm，节流效果因，为楔形阀的结构改进提供了理论依据。收稿日期：2009—12—29基金项目：四川省优势产业发展急需紧缺专业博士后引进

7、项目(省586)作者简介：付玉坤(1984一)，男，山东菏泽人，硕士研究生，主要从事石油钻采设备与工具的研究，E一,nail：flyshand@126．com。石油矿场机械2010年7月尸尸；：t一eP_轨k3一xk一,一：TXk(／1+十)]j+十簪t(差+十螽)瑟-Ct-,2p}(6)式中，P为流体密度，kg／m。；P为压力，Pa；比为流体的速度矢量，m／s；。为湍流粘性系数，kg／(m·s)；￡为耗散率，1TI。／s。；忌为湍流动能，ITI／s。。在标准e方程中，相关常数可取为C一0．09，C1—1．41～1