海底泥浆举升圆盘泵流场仿真和性能的研究

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1、海底泥浆举升圆盘泵流场仿真与性能研究摘要为解决深海钻井复杂作业环境和地质条件对常规海洋钻井技术带来的一系列问题，国际石油工业界研发了双梯度钻井系统技术，在若干实现系统方案中，无隔水管泥浆回收钻井技术和海底泥浆举升钻井技术经过工业应用可以解决深水钻井过程中的的诸多问题。本文主要结合“大型油气田及煤层气开发”国家科技重大专项所属课题“深水油气田开发钻完井工程配套技术"(2008ZX05026．01)，开展海底泥浆举升钻井技术及海底泥浆举升泵等相关方面的研究。在跟踪研究国外相关技术的基础上，系统研究可实现海底泥浆举升钻井作业的举升泵方案，提出适合于我国南海深水钻井作业的海

2、底泥浆圆盘泵举升钻井系统及关键装备方案。通过应用FluentCFD软件系统，基于k-￡湍流模型对圆盘叶轮内部单相流场进行仿真分析，并在此基础上对圆盘叶轮内部低浓度固液两相流场进行模拟分析，得出叶轮内部压力和速度流场分布规律。利用对比仿真分析的方法研究圆盘叶轮结构参数及流体介质属性分别对圆盘泵主要工作性能、叶轮表面磨蚀量的影响，并应用正交试验方法对多因素多水平下圆盘泵性能进行研究，分别得出叶轮结构、流体属性和圆盘泵性能以及叶轮表面磨蚀量之间的关系，研究结果可为圆盘泵样机试验设计提供指导。从仿真分析结果和试验预期指标出发，提出圆盘泵样机试验方案，在减少试验周期、降低经济

3、成本和可重复利用材料的基础上并对试验样机结构进行设计，并对试验系统管路进行设计，并进行试验台动力及测试设备进行配置，为圆盘泵样机试验的开展提供参考。关键词：海底泥浆举升钻井；双梯度钻井；海底举升泵；圆盘泵；数值模拟。FlowfieldsimulationandperformanceasssessmentforthesubseamudliftdiscpumpAbstractInordertosolvetheproblemsassociatedwithcomplexoperationenvironmentandgeologyconditionsduringdeepwat

4、erdrillingprocess，dualgradientdrillingtechnologyhasbeenresearchedanddevelopedbytheinternationalpetroleumindustry．Amongalltheimplementationsstudied，Riserlessmudrecoverydrillingtechnologyandsubseamudliftdrillingtechnologyhadpassedindustryapplication，whichcallovercomemanyproblemsencounter

5、edindeepwaterdrilling．Thepresentpaperissponsoredby“Developmentoflargescaleoil&gasfieldandcoalbedgas’’Nationalscienceandtechnologymajorspecialproject(2008ZX05026．01)，researchWascarriedonthesubseamudlifldrillingtechnologyandsubseamudliflpump．Basedonthestudyoftherelatedtechnologyabroad，sc

6、hemesofthepumpwhichCantransportmudfromseabedtosurfaceWasstudied，aschemeofsubseamudlifldrillingsystemandkeyequipmentsWasproposed．ByapplyingtheFluentCFDsoftware，flowfiledofthediscpumpimpellerundersinglephaseflowwasanalysedbasedonk-sturbulencemodule，andfurthersimulationofthelowconcentrati

7、onsolid-liquidtwophaseflowWaSanalysedutilizingthediscretephasemodle，cometolawofthepressureandvelocityfielddistributionofthediscimpellerinnerflowfiled．Impactontheperformanceofthediscpumpandabrasionoftheimpellersurfaceunderdifferentimpellerstructureandfluidpropertywasstudiedthroughcont