方钻杆旋塞阀流场的三维数值模拟研究.pdf

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1、石油机械2012年第40卷第5期CttlNAPETROLEUMMACttlNERY●钻井技术与装备方钻杆旋塞阀流场的三维数值模拟研究冯文荣曹佳朱海燕冯勇4(1．西南石油大学2．江汉机械研究所3．中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室4．西部钻探吐哈钻井公司)摘要：以114．3mm整体式方钻杆旋塞阀为例，采用CFD软件对其速度场和压力场进行数值模拟研究，以揭示流场的速度和压力分布，弄清流体在球阀关闭过程中的变化规律。建模时采用有限体积法对控制方程进行离散，用Quick格式处理对流项，压力修正采用

2、二阶格式，方程组的求解采用分离求解和Simple算法。研究结果表明，旋钮水平面处的作用力存在3MPa差异，增加了该处的疲劳损坏，使得裂纹沿水平面扩展；方钻杆旋塞阀的失效形式均与流场数值模拟计算结果一致，说明流场数值模拟结果是正确的。关键词：方钻杆；旋塞阀；球阀；旋钮；开关角度；数值模拟中图分类号：TE931文献标识码：A文章编号：1001—4578(2012)05—0007—04Three·dimensionalNumericalSimulationoftheFlowFieldoftheKellyCoc

3、kValveFengWenrongGaoJiaZhuHaiyanFengYong(1．SouthwestPetroleumUniversity2．JianghanMachineryResearchInstitute3．StateKeyLab0ratoryofPetrole『上r，lReSOUrce。dExploration，ChinaUniversityofPetroleum，Belting．4．TuhaDrillingcompanyofCNPCXiBuDrillingEngineeringCo．，Lt

4、d．)Abstract：Withthe114．3mmintegralkellycockvalveastheexample．theCFDs0ftwarewasadoptedtoc0n．ductanumericalsimulationresearchonitsvelocityfieldandpressurefieldSOastorevealthevelocitvandDI．essuredistributionoftheflowfieldandclarifythevariationlawoffluidinth

5、eprocessofballva1vecIosing．Inm0delingthefinitevolumemethodwasusedtodiscretizethegoverningequationandtheQUICKschemewasappliedtodealwiththeconvectionterm．ThesecondorderformwasadoptedtocorrectpressureandtheseparatingsolutionalgorithmandtheSIMPLEalgorithmwer

6、eadoptedtosolvetheequations．Thefindingsshowthatthereisa3MPadifflerencewiththeactingforceontheknoblevel，thusincreasingthefatigueanddamageoftheplaceandmakingthecI．ackexpandalongtheleve1．Thefailureformofthekellycockvalveisinagreementwiththenumerica1simu1ati

7、0nca1cu．1ationoftheflowfield，whichindicatesthecorrectnessofthenumericalsimu1ation0fthefl0wfield．Keywords：kelly；cockvalve；ballvalve；knob：switchingangle：numericalsimu1ati0n闭。当发生井涌或井喷事故时，关闭方钻杆旋塞0引言阀，截断钻具内通道，达到钻具内防喷的目的。近年来，方钻杆旋塞阀接连出现壳体裂纹或断裂，球方钻杆旋塞阀是一种重要的钻具内防

8、喷工具，阀与上阀座之间密封失效、阀坐刺坏，球阀与本体分别安装在方钻杆的上端和下端，用特殊的扳手可问被钻井液充填，阀座密封面锈蚀，或施工水泥浆以通过旋转拨动球阀转动，实现球阀的打开和关进入腔室固死了旋塞阀等事故，给油气田钻井造成$基金项目：国家科技重大专项子课题“深水钻井工程设计关键技术研究”(2008ZX05026—001一O1)。石油机械2012年第40卷第5期巨大经济损失，严重时甚至诱发井喷事故。很多关塞阀流场模型的最大单元尺寸设置为4