油气井节流油嘴冲蚀及结构优化研究.pdf

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1、分类号TE983学号151020109密级全日制学术型硕士学位论文题目油气井节流油嘴冲蚀及结构优化研究作者姓名王莎莎导师姓名、职称窦益华教授学科(专业)名机械电子工程称提交论文日期2018年5月30日学位论文创新性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明

2、并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：____________日期：____________学位论文使用授权的说明本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。论文作者签名：__________日期：__________导师签名：__________日期：

3、__________·注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出（含解密年限等）。I中文摘要论文题目：油气井节流油嘴冲蚀及结构优化研究专业：机械电子工程硕士生：王莎莎(签名)导师：窦益华(签名)摘要节流油嘴是高压油气井中控制流量和压力的非常重要的地面管汇部件，该类油气井流速高，压力大，流态复杂，容易造成油嘴冲蚀。冲蚀破坏导致油嘴频繁更换，给油气井的安全生产带来了严重隐患。因此急需基于减缓冲蚀和综合节流效应进行地面节流油嘴的结构优化研究。本文以地面节流油嘴为研究对象，通过节流理论、实验及数值模拟三个方面的分析，开展了节流油嘴冲

4、蚀及结构优化研究。首先，针对天然气井或者油井，基于流体力学理论分析了天然气或者流体流经节流油嘴的流动规律，得到压裂后放喷工况下固定油嘴节流压降计算公式，分析不同井口压力、不同放喷流量及油嘴尺寸对油嘴节流压降的影响。结果表明：对于液体流经油嘴时，节流压降与油嘴长度呈线性关系，当油嘴直径超过8mm，油嘴长度对节流压降的影响非常小，而节流压降与油嘴直径呈幂函数关系。针对油嘴常用的42CrMo、硬质合金和陶瓷三种材料，利用自制的喷射式实验装置实现三种材料的冲蚀实验研究，获得流速和冲击角度对材料冲蚀速率的影响规律，采用扫描电镜分析了冲

5、击角度和流体流速对不同材料的微观形貌的影响。实验结果表明，42CrMo钢的冲蚀质量损失随着角度的增大先增大后减小，在30°时达到最大。硬质合金和陶瓷冲蚀质量损失随着角度的增大而增大。针对两种脆性材料建立了压裂返排工况陶瓷和硬质合金材料冲蚀计算模型。利用CFD数值模拟方法分析压裂返排工况下节流油嘴内部的流场分布和冲蚀，将实验拟合出的冲蚀计算模型应用到FLUENT软件，通过改变喷嘴直径和长度来分析节流油嘴内流场和冲蚀变化，根据流场模拟结果及冲蚀分析对油嘴结构进行优化。模拟结果表明：节流压降与油嘴长度呈线性关系，与油嘴直径呈幂函数

6、关系。当固定油嘴长度，改变油嘴直径时，油嘴直径越大，压降越小。直径越小压降变化越明显，损失也越明显；当固定节流油嘴直径时，油嘴长度越长压降越大，但变化趋势不太明显。幂率流体的冲蚀速率远大于水介质的。相比等直径喷嘴，采用变直径结构喷嘴的流动阻力更小，在相同的节流压差下，变直径油嘴的流量更大，冲蚀更小。节流油嘴内腔最大冲蚀速率发生在喷嘴入口的流体转向处。关键词：节流油嘴冲蚀实验数值模拟结构优化论文类型：应用研究（本文得到国家自然科学基金项目NSFC51674199“页岩气水平井压裂与生产套管变形机理及其控制机制研究”的资助）II

7、英文摘要Subject：StudyonerosionandstructureoptimizationofthenozzleforoilandgaswellSpeciality：MechanicalandElectronicEngineeringName：WangShasha(signature)Instructor：DouYihua(signature)ABSTRACTThenozzleisaveryimportantcomponentofcontrollingflowandpressureinthehighpressure

8、oilandgaswells,thiskindofoilandgaswellshavehighvelocity,highpressureandcomplicatedflowstate,whichcaneasilycauseerosionofnozzle.Thefrequentreplace