WLB2500井下水力涡轮力学特性台架试验及CFD模拟

石油机械2017 年第45 卷第 2 期CHINA PETROLELM M ACHINERY — 13 —◄钻井技术与装备►自动垂直钻井工具系统整体性能试验台架设计王小通u王闻涛u孟瑞斌2杨晓勇2闫文辉3周亚辉u卞志楠2(1.国家油气钻井装备工程技术研究中心2.宝鸡石油机械有限责任公司3.西安石油大学）摘要：为了验证自动垂直钻井工具系统的整体性能是否满足设计要求，研制了自动垂直钻井 工具系统整体性能多功能试验台架。

试验台架采用多级耐腐蚀离心泵为主的清水循环系统，通过 变频来模拟实际钻井中钻井液流量的变化，确定工具对排量的适应范围；采用模拟转盘旋转装置 有效模拟实际钻井中工具旋转的工况。

地面试验结果表明：该台架设计合理，功能齐全，满足了 自动垂直钻井工具系统的功能试验要求，缩短了工具研发周期。

所得结论可为自动直钻井工具系 统的现场应用提供参考。

关键词：自动垂直钻井工具；性能试验；变频控制；清水循环；纠斜；井斜角中图分类号：T E921文献标识码：入如：10.16082/】.（:吐[^吼.100卜4578.2017.02.004Design of Integrative Performance Test Rack for AutomaticVertical Drilling Tool SystemW ang X iaotong1,2 W ang W entao1,2Meng R uibin2Yang Xiaoyong2Yan W enhui3Zhou Y ahui1,2Bian Zhinan2(1.National Engineering Research Center for OH and Gas Drilling Equipment；PC Baoji Oilfield Machinery Co. ,Ltd.；3. X i’an Shiyou University)Abstract ：An automatic m ulti-function test rack lor vertical drilling tool system has been developed to verily w hether the overall perform ance oi the automatic vertical drilling tool system meets the design requirem ents. The test rack has the water circulation system with m ulti-stage corrosion-resistance centrifugal pum p, which can sim ulate the change ol the drilling fluid flow in the actual drilling through the frequency conversion to determ ine the applica­ble range ol the tool to the displacem ent. The rotary table sim ulation device could sim ulate the rotating conditions ol tools during drilling. The ground test results show that the rack could m eet the functional testing requirem ents of au­tomatic vertical drilling tool system with rational design and com plete fu n ctio n, which could shorten the tool devel­opm ent cycle. The conclusions could provide references for the field application of automatic drilling tool system.Key words：automatic vertical drilling tool; perform ance test; frequency conversion control；water circula­tion ；hole straightening；hole inclination0引百随着石油勘探开发领域的不断拓展与深人，山前高陡构造和大倾角地层钻井过程中发生的井斜将 直接影响井身质量和钻井速度，钻井过程中的防斜 打快一直是钻井工程中的主要难题之一，国内学者 *就此提出了一些防斜打快的方法[|_3]，但应用效果 不佳。

户撒河五级电站转轮改造的CFD数值模拟摘要户撒河五级电站安装有两台水轮发电机组，水轮机型号为HLD46-WJ-76，水轮机转轮在运行过程中经常出现水中的木棍、竹子等卡塞在叶片之间，导致机组出力降低而被迫停机清污和清理转轮叶片中的卡塞物，从而大大降低机组的等效可用系数，导致发电量降低。

通过研究、讨论和借鉴成熟的改造技术，将其转轮改造为HL124型长短叶片的提效转轮，经过3年多时间的运行，转轮叶片间的卡塞物大大减少，机组最大出力由原来的4MW提升至4.2MW，提升了5%。

对公司两台机组的转轮进行更新改造，在原有流道不变的情况下，机组装机容量由2×4000KW改造增容至2x4200kW。

在改造前后期运用CFD仿真分析软件对转轮与电站流道进行了全流道分析。

数值计算表明：无论是HLD46还是HL124型转轮最高压力总是集中在转轮叶片进水边及靠近进口边的上冠及下环的部分区域；低压区域主要集中在转轮中心上冠自然补气口的附近。

随着工况由空载工况向最优工况的变迁过程中低压区域的范围也在逐渐缩小。

而HL124型长短叶片转轮在空载工况和小流量工况下均未发现叶片间存在低压区的现象。

说明HL124型长短叶片的导流水力性能要优于HLD46型转轮，因HL124型转轮为长短叶片型转轮，且转轮叶片数多，增加了叶片的轴面宽度，从而提高了转轮的水力性能及结构强度。

在空载工况下，可以看出在HLD46型转轮叶片之间存在明显漩涡脱流区。

随着出力的增加，过流量的增大，达到低负荷工况区，尽管流量增加，但通过叶片的流体涡结构并没有减弱，反而增强了，再到最优工况时，叶片之间的涡结构消失了。

说明HLD46型转轮对低负荷工况坏流态的抵抗能力相对于HL124型转轮较弱。

在空载工况下的HL124型转轮，转轮叶片之间存在一定的涡旋现象，但相比HLD46型转轮在该工况下叶片间的涡结构相对强烈一些，随出力增加到低负荷工况下，HL124型转轮叶片间涡结构的强度减弱了，在最优工况下涡结构几乎完全消失了。

第53卷 第10期 2023年10月中国海洋大学学报P E R I O D I C A L O F O C E A N U N I V E R S I T Y O F C H I N A53(10):063~073O c t .,2023钻井立管下放安装过程中涡激振动响应实验研究❋李效民,柳润波,顾洪禄,李福恒,郭海燕(中国海洋大学工程学院,山东青岛266100)摘 要: 为研究海流作用下钻井立管在下放安装过程中的涡激振动(V o r t e x -i n d u c e d v i b r a t i o n ,V I V )响应特性,本文基于光纤光栅应变传感器技术,考虑立管下部组件(L o w e r m a r i n e r i s e r s p a c k a ge ,L M R P )设计制作了多种钻井模型立管,对其下放安装过程中自由悬挂状态下的动力响应进行了水槽实验研究㊂实验制作了具有移动滑轨的下放装置,测试得到了0.4m /s 的均匀水流下模型立管动态应变响应时程曲线,并基于有限元法求得立管模型的固有频率和振型函数,再利用模态叠加法重构了立管模型位移响应㊂分析结果表明:立管在横流向(C r o s s -l i n e ,C F )的应变大于顺流向(I n -l i n e ,I L )的应变,但两个方向的频率相同;自由端顺流向位移随L M R P 质量增大而减小,但当质量超过管重时位移变化趋于稳定;自由端最大振幅受底部L M R P 质量的影响较小,约为立管最大振幅的十分之一㊂关键词: 钻井立管;安装下放;立管下部组件;模态叠加法;涡激振动中图法分类号: T U 311.3 文献标志码: A 文章编号: 1672-5174(2023)10-063-11D O I : 10.16441/j.c n k i .h d x b .20230005引用格式: 李效民,柳润波,顾洪禄,等.钻井立管下放安装过程中涡激振动响应实验研究[J ].中国海洋大学学报(自然科学版),2023,53(10):63-73.L i X i a o m i n ,L i u R u n b o ,G u H o n g l u ,e t a l .E x p e r i m e n t a l s t u d y o n v o r t e x i n d u c e d v i b r a t i o n r e s p o n s e o f d r i l l i n g r i s e r d u r i n gl o w e r i n g a n d i n s t a l l a t i o n [J ].P e r i o d i c a l o f O c e a n U n i v e r s i t y of C h i n a ,2023,53(10):63-73. ❋ 基金项目:国家自然科学基金项目(51979257);山东省自然科学基金项目(Z R 2019M E E 032)资助S u p p o r t e d b y t h e N a t i o n a l N a t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f C h i n a (51979257);t h e S h a n d o n g Pr o v i n c i a l N a t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n ,C h i n a (Z R 2019M E E 032)收稿日期:2023-01-07;修订日期:2023-02-20作者简介:李效民(1982 ),男,博士,副教授,主要研究方向为海洋工程结构动力分析㊂E -m a i l :l x m 0318@o u c .e d u .c n海洋立管是连接海洋平台和海底设备的纽带,是深水油气资源开发的核心构件㊂深海钻井立管力学性能特殊,是薄弱易损构件之一㊂在安装过程中立管底部处于悬空状态,水下长度随着立管下放逐渐变长,且下端没有任何约束限制㊂此时,相比于已经安装完成的立管,悬挂式立管更脆弱㊁不稳定,下放过程中产生的涡激振动也会加速立管的疲劳破坏,这导致其在复杂海洋环境下的安装窗口时间大大缩短,因此必须保证立管在安装时的整体稳定性㊂如何在复杂海况下安全㊁快速地安装钻井立管已经成为海洋立管研究中的关键问题之一㊂当前关于立管安装过程的研究主要集中在数值模拟方法上㊂林秀娟等[1]开发了一个用于深海采油树下放安装的分析模型,可以分析立管的动态响应㊂龚铭煊等[2]考虑不同边界条件建立了悬挂立管力学模型,使用有限元方法对下放到不同水深时立管的力学特性进行了研究㊂H u 等[3]基于有限差分法将立管近似离散成多个刚性段,建立了不同边界条件㊁不同水深下的动力模型,分析了安装下放时不同长度立管的动态响应㊂W a n g 等[4-6]采用变分法分析了立管安装过程中的应力㊁变形和振动特性,并基于立管安装时的力学行为,给出了立管安装时的安全操作窗口㊂W a n g 等[7]把水下集束管汇的安装分成3个阶段,并用O r c a F l e x 软件对其安装过程进行了建模分析㊂L i u 等[8]建立了一个有限元模型,用于研究紧急疏散条件下深水钻井平台立管系统的动态行为㊂T i a n 等[9]通过有限差分法建立了一个双立管模型,将生产立管和安装钻井立管串联布置,考虑生产立管干扰效应,研究了水深㊁立管壁厚和水下防喷器质量对钻井立管安装的影响㊂L i u等[10]建立了一个考虑复杂边界条件的数学模型,将立管简化为弹性杆和块体的组合,研究了深水钻井立管在提升工况下的轴向振动㊂而当前相关的实验研究还仅限于软㊁硬悬挂立管以及相关模型的动力响应,并未考虑立管的下放过程㊂G a o 等[11]对均匀流中自由悬挂圆柱体的轨迹和流态进行了实验研究,探究了外部流速对圆柱体轨迹响应和尾流模式的影响㊂W a n g 等[12]对深水井中自由悬挂式立管在船舶运动下的动力响应进行了实验研究,研究表明船舶运动引起的涡激振动导致立管受到的阻力显著增大㊂M a o 等[13]基于应变仪测试技术对悬挂式疏散Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2023年立管进行了模型实验,考虑轴向拉力和立管下部组件(L o w e r m a r i n e r i s e r s p a c k a ge ,L M R P )质量等因素的影响,采用有限元特征值法分析了悬挂立管的固有频率和振型㊂J u n g 等[14]对自由悬挂立管在静水中的受迫振动进行了数值和实验研究㊂F r a n z i n i 等[15]研究了倾斜圆柱体在水流中的动力响应,得出了一定雷诺数范围内倾斜圆柱体的涡激振动新测量值㊂综上所述,国内㊁外学者大多是对下放到特定阶段的立管进行研究,并未对立管安装下放的连续过程进行实验研究,也没有深入了解安装下放时立管的涡激振动特性,对带有重型L M R P 的悬挂式立管在安装下放过程中变形机制和振动特性的了解还远远不够㊂为进一步探究钻井立管下放时的动力响应,本文基于光纤光栅技术设计了悬挂立管模型的安装下放实验,通过有限元法分析了模型的固有频率和振型函数,再通过模态叠加法重构立管位移,研究并分析了底部悬挂不同质量的L M R P 对立管安装下放过程中动力响应的影响㊂1 实验描述1.1实验装置实验在中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室波流水槽进行,水槽长60m ㊁宽3m ㊁深1.5m ㊂在实验过程中,水流发生器模拟了流速为0.4m /s 的均匀水流,并在实验支架前2m 处安装了多普勒测速仪,用来实时监测立管下放过程中的水流速度,实验装置如图1所示㊂在开始下放前,立管完全露在水面以上,立管模型上端通过万向节连接到可以上下滑动的支架顶板上,立管底部是自由端,通过万向节悬挂着不同质量的柱型铁块,用于模拟L M R P 重物,铁块底部紧贴水面,如图2所示㊂实验支架和实验槽之间通过夹紧装置固定,防止在水流作用下支架与模型之间的耦合振动㊂图1 实验装置图F i g .1 S k e t c h o f e x pe r i m e n t a l d e v i ce 图2 立管模型图F i g .2 D e t a i l d r a w i n g of r i s e r m o d e l 等到多普勒测速仪显示水流速度稳定时立管开始下放㊂实验通过绞盘来控制绞线实现立管的匀速下放,开始下放的同时采集应变传感器数据,待立管底部触底时停止采集㊂由于支架上顶板的重力远大于滑轨的摩擦力,故绞盘绞线的释放速度可以看作是顶板的下放速度㊂定制绞盘的小齿轮每转动10齿,支架上顶板就会下降0.03m ㊂水槽的水深控制在1.2m ,实验保持每秒一齿的下放速度,400s 后立管下放到水槽底部,实验工程设置如表1所示㊂表1 工况设置T a b l e 1 W o r k i n g c o n d i t i o n d e s i gn 参数①工况②1234L M R P 质量③/k g0.50.81.11.4水流速度④/(m /s )0.40.40.40.4下放速度⑤/(m /s )0.0030.0030.0030.003下放时间⑥/s400400400400N o t e :①P a r a m e t e r ;②C o n d i t i o n ;③L M R P m a s s ;④W a t e r v e l o c i t y;⑤L o w e r i n g s p e e d ;⑥L o w e r i n gt i m e 1.2立管模型设计在测试了各种类型管道的机械性能并考虑了刚度46Copyright ©博看网. All Rights Reserved.10期李效民,等:钻井立管下放安装过程中涡激振动响应实验研究和模态要求之后,选择透明有机玻璃管作为立管模型材料㊂立管模型主要参数如表2所示,横截面和应变传感器布置如图3所示㊂立管模型由有机玻璃管和紧贴在管上的光纤光栅应变传感器组成,沿立管长度均匀布置6个应变测试点,其中1号测试点的一端为立管模型顶部,6号测试点的一端为立管模型底部㊂每个测试点(绕管一圈)布置4个应变传感器,2个在横流(C r o s s-l i n e,C F)方向,2个在顺流(I n-l i n e,I L)方向,测试点间距为0.30m,立管顶端和底端留有0.25m的边距,应变仪的采样频率为1000H z㊂表2立管模型的主要参数T a b l e2 M a i n p a r a m e t e r s o f t h e r i s e r m o d e l 参数P a r a m e t e r数值V a l u e 长度L e n g t h L2.0m 水深W a t e r d e p t h Z1.2m 泊松比P o i s s o n's r a t i oν0.32立管密度R i s e r d e n s i t yρ0.31k g/m 外径E x t e r n a l d i a m e t e r D o16m m 内径I n t e r n a l d i a m e t e r D i14m m 弹性模量E l a s t i c m o d u l u s E1.5G Pa图3应变传感器布置示意图F i g.3 A r r a n g e m e n t o f s t r a i n s e n s o r s2位移重构2.1模态叠加法实验使用光纤光栅应变传感器测量立管的应变响应㊂根据L i等[16]的数据处理方法,V I V在C F方向和I L方向引起的弯曲应变可以写成:εV I V-C F=εC F1-εC F22,(1)εV I V-I L=εI L1-εI L2-εI L1-εI L22㊂(2)式中:εV I V-I L和εV I V-C F分别是涡激振动在I L和C F方向上引起的平均应变;εC F1㊁εC F2㊁εI L1和εI L2分别表示在位置C F1㊁C F2㊁I L1㊁I L2的原始应变采样数据㊂为了消除环境噪声对测量应变的影响,本文使用带通滤波对实测应变进行滤波,滤波范围为0.5~19H z㊂基于应变数据,根据模态叠加法可以获得立管的V I V位移响应㊂只要沿立管布置足够数量的传感器,且位置合理,就可以通过模态叠加法得到任意位置的位移响应㊂根据模态叠加法,立管位移响应y为不同模态函数的线性叠加:y(z,t)=ðN n=1ωn(t)φn(z),zɪ(0,L)㊂(3)式中:ωn(t)是模态权重;φn(z)是模态函数;z是沿立管轴向位置,单位是m;t是立管下放时间,单位是s㊂对于本文中的立管模型,弯曲应变ε和曲率κ之间的关系可以表示为:κz,t=εz,t/R㊂(4)式中R是立管模型的外半径㊂根据几何关系,曲率值可近似为位移相对于空间变量的二阶导数:2yz2ʈκ(z,t)㊂(5)通过将式(5)代入式(4),可以得到式(6):56Copyright©博看网. All Rights Reserved.中国海洋大学学报2023年εz,t/RʈðN n=1ωn(t)φᵡn(z),zɪ(0,L)㊂(6)式中N是立管模型振动涉及的最高振型数㊂2.2频率及振型分析使用有限元法对立管模型的前6阶固有频率和振型进行计算,计算结果如表3㊁4和图4所示㊂由于几何对称性,立管模型在I L和C F这两个方向上的固有频率和模态相同㊂表3展示了没有悬挂重物和底部悬挂不同重物时立管模型的前六阶频率㊂悬挂重物的立管模型频率要明显低于普通立管模型频率,且重物质量越大,频率降低的幅度越小㊂表4展示了考虑水流附加质量影响的悬挂0.8k g重物立管模型在下放过程中的频率变化,随着立管的下放,附加质量逐渐增大导致了立管的振动频率逐渐变小㊂图4(a) (f)展示了悬挂立管模型和普通悬臂模型的前六阶振动模式㊂悬挂重物不会影响立管振型的振幅,只会影响立管振型底部的位移,立管底部悬挂的重物相当于给立管增加了一个约束,限制了立管底部的位移,变成了类似于简支梁的振型㊂表3立管模型的前六阶固有频率T a b l e3F i r s t s i x n a t u r a l f r e q u e n c i e s o f r i s e r m o d e l阶数O r d e r无重物N o w e i g h tL M R P质量L M R P m a s s0.5k g0.8k g1.1k g1.4k g 12.391.671.651.601.58 27.736.276.216.196.17 316.1313.9113.8513.8213.81 427.5924.6024.5824.5224.50 542.1038.3538.2938.2638.25 659.6755.1658.1155.0755.05表4悬挂0.8k g重物立管模型下放过程中的频率变化T a b l e4F r e q u e n c y v a r i a t i o n o f0.8k g h e a v yr i s e r m o d e l d u r i n g l o w e r i n g阶数O r d e r未下放N o t l o w e r e d下放时间L o w e r i n g t i m e100s200s300s400s 11.651.641.611.541.45 26.216.135.785.655.59 313.8513.4012.9512.6112.07 424.5823.5123.1022.0921.48 538.2936.6835.5334.7133.65 658.1153.0351.2349.4847.85图4悬挂0.8k g重物立管模型与无重物悬挂立管模型的前六阶振型比较F i g.4C o m p a r i s o n o f t h e f i r s t s i x m o d e s o f t h e0.8k g h e a v y r i s e r m o d e l a n d t h e w e i g h t l e s s r i s e r m o d e l66Copyright©博看网. All Rights Reserved.10期李效民,等:钻井立管下放安装过程中涡激振动响应实验研究3 结果与讨论3.1立管模型V I V 特性结合上述方法分析当流速为0.4m /s㊁立管底部重物为0.8k g 时立管模型下放安装过程中的振动特性㊂图5为立管模型下放到100和300s 左右时1~6号应变测试点的应变特性㊂图5 下放到100s 和300s 左右时立管6个实验段的应变特性F i g .5 S t r a i n c h a r a c t e r i s t i c s o f s i x e x pe r i m e n t a l s e c t i o n s of r i s e r w h e n l o w e r e d t o a b o u t 100s a n d 300s 76Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2023年在图5(a)列中每个应变测试点随时间都呈现出周期性的往复振动模式,且6个应变测试点在C F 方向上的应变幅值略大于I L 方向的应变幅值㊂立管的最大振动幅度出现在节点4附近,离节点4越远,振动幅度越小,符合立管的一阶振动特性㊂这是由于实验用以模拟L M R P 的重物有不可忽略的长度,导致立管的中心点更接近节点4导致㊂在图5(b)列中立管的1~5号应变测试点在C F 和I L 方向上的主频均为2.3H z,略高于立管的一阶固有频率,因此在下放到100s 左右时立管以一阶振动模态为主㊂每个应变测试点的主频都相同,频率响应在C F 和I L 方向上的分布几乎相同,原因可能是实验采用的立管长细比不够大,在恒定的低速水流下,导致悬挂立管的自由端的两个方向频率相同,这种现象同M a o 等[13,17]的研究结果相吻合㊂立管的第六应变测试点在I L 方向上出现了一个7.2H z的高频响应,这是因为当立管开始下放时,立管底端先浸入水面,底部悬挂物受到水流的冲击发生剧烈振动,因此在立管底部会出现以二阶频率为主的局部振动㊂从图5(c )列中可以看出当立管下放到300s 左右时,立管的最大振动幅度出现在节点2和节点5附近,立管的中心节点4的振幅最小,每个应变测试点都呈现出应变随时间周期性的往复振动模式,且6个应变测试点上C F 方向的应变幅值均明显大于I L 方向的应变幅值,立管整体表现出以二阶模态为主导的振动,C F方向各实验断面的应变幅值远大于I L 方向,I L 方向的振动明显受到C F 方向振动的干扰和控制㊂在图5(d)列中,在C F 和I L 方向上,立管的应变测试点(节点)1㊁2㊁3㊁4㊁5和6的主频均为6.1H z,与立管在水流中的二阶振动频率非常接近,因此立管在下放后期以二阶振动模态为主㊂除了节点4之外,每个应变测试点的主频都相同,且I L 方向上的振幅要弱于C F 方向,I L 方向上的振动明显受到C F 方向上振动的干扰和控制㊂立管的应变测试点4在C F 方向上的主频为2.3H z,在I L 方向上的主频为1.9H z,这是因为应变测试点4位于立管正中间,立管处于二阶振动时节点4的振动幅度最小,而一阶振动幅度最大,因此表现出局部一阶模态的振动特性㊂图6分析了立管模型的位移时空云图㊂图6(a) (b )分析了立管模型下放到100s 左右时在I L 和C F 方向上5个运动周期的弯曲应变分布㊂从图6中可以看出,立管在C F 和I L 方向上的应变都是非常规则并具有周期性的,表现出典型的行波特征,响应以第一种模式为主㊂另一方面,与C F 方向上的响应相比,I L 方向响应的规则性略差,且C F 方向的应变要略大于I L 方向应变㊂图6(c ) (d )展示了立管下放到300s 左右时的弯曲应变的分布,从图中可以看出,立管下放到300s 左右时应变响应变为典型的驻波特征,响应以第二种模式为主,且立管表现出来的规律与下放到100s 左右时一致,即在C F 方向上响应的规律性要好于I L 方向㊂图6 下放到100s 和300s 左右时立管位移时空云图F i g .6 T e m p o r a l a n d s p a t i a l n e p h o g r a m o f r i s e r d i s p l a c e m e n t w h e n l o w e r i n gt o a b o u t 100s a n d 300s 86Copyright ©博看网. All Rights Reserved.10期李效民,等:钻井立管下放安装过程中涡激振动响应实验研究3.2立管下放时间对立管位形的影响基于上述的位移重构方法分析立管沿长度方向上的振幅大小,每隔20s 绘制一次立管位形图(见图7)㊂从图中可以看出,当立管刚开始下放时,立管在两个方向上的振幅几乎相同,均表现出一阶模态㊂在下放过程的前160s 里,立管振幅变化很小,最大值约为0.02D ,最小值约为-0.02D ,立管底部位移约为0.003D ,立管的最大振幅总是出现在立管的中点㊂随着立管模型的继续下放,振幅急剧增大㊂当立管下放到240s 时开始在C F 方向上表现出明显的二阶模态,此时模型的振幅最大值为0.11D ,最小值为-0.11D ,最值点出现在x /L =0.3处,并且在I L 方向上的振幅明显小于C F 方向,立管底部位移约为0.01D ㊂当下放进行到340s 时,振幅增加的速度逐渐变缓㊂下放到400s 时立管振幅约为0.31D ,最小值为-0.30D ,底部位移约为0.033D ㊂由图7分析可得立管模型在下放到180~320s 时振幅的增长速度最为剧烈,刚下放和即将完成下放时振幅变化较为平缓㊂立管底部自由端的振幅约为最大振幅的十分之一㊂立管模型在I L 方向上的振幅曲线看起来不像C F 方向那样对称,这与两个方面有关:1.V I V 具有随机性;2.在立管下放过程中会受水流冲击从而在I L 方向上产生一个较大的位移,这就导致立管在I L 方向上的运动平面是一个倾斜平面,因此会出现振幅曲线不对称的现象㊂图7 立管下放过程中的位形变化F i g .7 C o n f i g u r a t i o n c h a n g e d u r i n g r i s e r l o w e r i n g3.3下放时间对立管振幅的影响图8分析了当流速为0.4m /s,立管底部重物为0.8k g 时,立管模型的振动幅值随下放时间的变化趋势㊂图8(a)为立管模型在安装下放过程中立管振动最96Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2023年大幅度,图8(b)为立管底部自由端的振动幅度㊂立管模型的最大振幅的下放时间在0~150s 时稳定在0.01D 左右,且在两方向上表现得非常接近㊂下放到150s 后,C F 方向上的振动幅度开始缓慢变大,在经历了50s 的过渡期后振幅增速加快,在400s 时达到0.3D ㊂I L 方向上的最大振幅则在250s 时出现增大趋势,并一直保持缓慢增加的速度直到下放结束,最大值约为0.09D ㊂立管底部的振动幅度在前150s 一直保持稳定,下放到150s 时开始缓慢增大,直到下放结束,且在C F 方向上的振幅一直大于I L 方向㊂图8 立管安装下放过程中的振幅分析F i g .8 A m p l i t u d e a n a l y s i s d u r i n g r i s e r i n s t a l l a t i o n a n d l o w e r i n g3.4L M R P 质量对立管频率的影响图9显示了在下放到100和300s 且立管底部L M R P 质量分别为0.5㊁0.8㊁1.1和1.4k g 时第四应变测试点(z /L =0.575)的频率响应㊂可以看到刚开始下放时(100s 以前),立管模型以一个相对稳定的幅度低频振荡㊂频率响应由稳定的主频和一部分高频响应组成,且底部重物的质量越大,高频振动的参与越明显㊂不同L M R P 质量对应的立管在C F 方向上的主响应频率依次为2.49㊁2.29㊁2.44和2.59,在I L 方向上的主响应频率依次为2.34㊁2.32㊁2.54和2.59㊂I L 方向上的振动频率略大于C F 方向,且立管底部悬挂的重物越大,振动频率越大,而振动幅度越小㊂当立管下放到300s 左右时,悬垂立管在C F 方向上的主频显著增大,但在I L 方向上的主频没有太大变化㊂不同工况下的立管在C F 方向的振动幅度总是远大于I L 方向,底部的重物质量越大,立管模型越偏向于高阶振动㊂不同质量的立管在C F 方向上的主响应频率依次为5.42㊁5.28㊁5.28和5.16,立管的响应频率随着L M R P 质量的增大而减小㊂图9 100s (a )和300s (b)时各个工况下第四测试截面的振动响应F i g .9 V i b r a t i o n r e s po n s e o f t h e f o u r t h s e c t i o n a t 100s (a )a n d 300s (b )07Copyright ©博看网. All Rights Reserved.10期李效民,等:钻井立管下放安装过程中涡激振动响应实验研究3.5L M R P质量对立管振幅和位移的影响图10给出了考虑底部悬挂不同质量重物时立管模型的振动幅度,显示了悬挂立管的振动模型形状㊂当立管下放到100s 时,立管主要表现出一阶振动模态,此时立管的振动幅度随着底部悬挂重物质量的减小而增大,且I L 方向上的振幅要略小于C F 方向㊂最大振幅均出现在立管中部x /L =0.5处㊂当m =0.5k g时振动幅度最大,达到了0.02D ㊂当m =0.8k g 时,由于底部质量的增加,立管的振动幅度大幅度减小,随着悬挂重物质量逐渐增大,底部重物的质量已经大大超过了立管本身的质量(0.8k g),此时相当于立管模型由上端铰接下端自由转变成两端铰接,底部重物质量的增加(m =1.1k g 或m =1.4k g)对立管振动幅度的影响已经微乎其微㊂当立管下放到300s 时,立管在I L 方向上仍表现为一阶振动,底部重物对立管的影响与立管刚开始下放时一样,振动幅度随着底部悬挂重物质量的减小而增大,当m =0.5k g 时振动幅度最大,达到了0.06D ㊂在C F 方向上主要表现出二阶振动模态,当m =0.5k g时,最大振幅点在x /L =0.275处,随着底部质量的增大,立管最大振幅点会而出现下移现象㊂当m =0.8k g时立管的振动幅度最大,达到了0.2D ,此时L M B P 质量近似于立管质量,最大振幅出现在x /L =0.3处㊂当底部L M B P 质量大于立管自重时,立管的振动幅度大幅降低㊂当立管模型处在二阶振动模态时,底部质量的增大对自由端的振动幅度影响很小,4种工况下立管底部自由端的振动幅度均在0.02D 左右㊂图10 100s (a )和300s (b)时四组工况下立管模型的振动响应比较F i g .10 C o m p a r i s o n o f v i b r a t i o n r e s p o n s e s o f r i s e r m o d e l s u n d e r f o u r w o r k i n g co n d i t i o n s a t 100s (a )a n d 300s (b ) 图11(a)分析了在考虑了底部悬挂不同质量重物时立管模型的最大振幅㊂立管底部重物的质量大小对立管的最大振动幅度几乎没有影响,且C F 方向上的振幅一直大于I L 方向㊂立管模型的最大振幅的下放时间在0~150s 内表现出趋于稳定的极小值,且在两方向上表现得非常接近㊂下放到150s 后,C F 方向上的振动幅度开始增大,在经历了50s 的过渡期后振幅突然增大,在400s 时达到0.3D ㊂I L 方向上的振幅最大值则在280s 左右时开始出现增大趋势,并一直保持缓慢的速度增加,直到下放结束,最大值约为0.08D ㊂图11(b)分析了悬挂不同质量重物的立管模型在I L 方向上受水流拖曳力引起的位移,最大位移点始终位于立管模型底部㊂当重物m =0.5k g 时,立管底部的位移要远大于其他三种工况,当完成立管下放时,底部位移达到最大,约为5.0D ㊂当底部悬挂的重物达到0.8k g 时,位移出现与立管振动相似的规律,由于重物质量已经接近管体本身质量(m =0.8k g),底部重物质量的增加(m =1.1k g 或m =1.4k g)对立管振动幅度17Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2023年的影响已经微乎其微,故当完成立管下放时,底部重物质量为0.8㊁1.1和1.4k g 对应的底部位移分别为2.5D ㊁2.1D 和1.8D㊂图11 安装下放过程中四组工况下立管模型的最大振动幅度和最大位移F i g .11 M a x i m u m v i b r a t i o n a m p l i t u d e a n d m a x i m u m d i s p l a c e m e n t o f r i s e r m o d e l u n d e r f o u r w o r k i n gc o nd i t i o n s d u r i n g i n s t a l l a t i o n a n d l o we r i n g4 结论(1)采用有限元法分析了考虑轴向拉力和L M R P质量的立管的固有频率㊂数值模拟结果表明,随着L M R P 质量的增加,立管的固有频率逐渐减小,且质量越大,减小的幅度越小㊂(2)立管在C F 方向的涡旋脱落产生了很大的升力,I L 方向上的振动频率受C F 方向支配,但两个方向的频率相同㊂在立管安装下放过程中,C F 方向上的应变始终大于I L 方向上的应变,且当立管处于二阶模态时这种情况更为明显㊂(3)底部L M R P 质量的大小对自由端的最大振幅影响较小,其值约为立管最大振幅的十分之一㊂由于立管的结构特性,立管在I L 方向上的位移受拖曳力引起的大位移支配,自由端的大位移会随着立管的下放逐渐增大,还会随着L M R P 质量的增大而减小,但当L M R P 质量超过管重时位移变化趋于稳定㊂需要指出的是本文只分析了某一流速下悬挂立管下放安装过程的振动特性,同时由于实验测试条件的限制和测试模型支架的限制,也仅测试了某一特定长度立管的下放过程㊂后续还需要对不同环境参数条件下立管下放安装全过程的动力响应特性进行深入研究㊂参考文献:[1] 林秀娟,肖文生,王鸿雁.深水采油树下放过程钻柱力学分析[J ].中国石油大学学报(自然科学版),2011,35(5):125-129.L i n X J ,X i a o W X ,W a n g H Y .D r i l l s t r i n g m e c h a n i c a l a n a l ys i s o f r u n n i n g d e e p w a t e r o i l t r e e [J ].J o u r n a l o f C h i n a U n i v e r s i t y of P e -t r o l e u m ,2011,35(5):125-129.[2] 龚铭煊,刘再生,段梦兰,等.深海水下采油树下放安装过程分析与研究[J ].石油机械,2013,41(4):50-54.G o n g M X ,L i u Z S ,D u a n M L ,e t a l .R e s e a r c h o n t h e r u n n i n gi n -s t a l l m e n t p r o c e s s o f d e e ps e a u n d e r w a t e r c h r i s t m a s t r e e [J ].C h i n a P e t r o l e u m M a c h i n e r y,2013,41(4):50-54.[3] H u Y ,C a o J ,Y a o B ,e t a l .D yn a m i c b e h a v i o r s o f a m a r i n e r i s e r w i t h v a r i a b l e l e n g t h d u r i n g th e i n s t a l l a t i o n o f a s u b s e a p r o d u c t i o n t r e e [J ].J o u r n a l o f M a r i n e S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2018,23(2):378-388.[4] W a n g Y ,G a o D .O n t h e s t a t i c m e c h a n i c s o f t h e t u b u l a r s ys t e m d u r i n g i n s t a l l a t i o n o f t h e s u r f a c e c a s i n g i n d e e p w a t e r d r i l l i n g [J ].A p pl i e d O c e a n R e s e a r c h ,2021,110:102599.[5] W a n g Y ,G a o D ,F a n g J .S t u d y o n l a t e r a l v i b r a t i o n a n a l ys i s o f m a -r i n e r i s e r i n i n s t a l l a t i o n -v i a v a r i a t i o n a l a p p r o a c h [J ].J o u r n a l o f N a t u r a l G a s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g,2015,22:523-529.[6] W a n g Y ,G a o D ,F a n g J .M e c h a n i c a l b e h a v i o r a n a l ys i s f o r t h e d e -t e r m i n a t i o n o f r i s e r i n s t a l l a t i o n w i n d o w i n o f f s h o r e d r i l l i n g [J ].J o u r n a l o f N a t u r a l G a s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ,2015,24:317-323.[7] W a n g Y ,T u o H ,L i L ,e t a l .D yn a m i c s i m u l a t i o n o f i n s t a l l a t i o n o f t h e s u b s e a c l u s t e r m a n i f o l d b y d r i l l i n g p i p e i n d e e p wa t e rb a s e d o n O rc a F l e x [J ].J o u r n a l o f P e t r o l e u m S c i e n c e a nd E n g i ne e r i n g,2018,163:67-78.[8] L i u J ,W a n g P,G u o X ,e t a l .N o n l i n e a r v i b r a t i o n m o d e l a n d r e -s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c o f d r i l l i n g r i s e r s i n d e e p-s e a u n d e r s o f t s u s -p e n s i o n e v a c u a t i o n c o n d i t i o n [J ].M e c h a n i c a l S y s t e m s a n d S i g n a l P r o c e s s i n g,2022,169:108783.[9] T i a n D ,F a n H ,L e i r a B J ,e t a l .S t u d y on t h e s t a t i c b e h a v i o r o f i n s t a l l i n g a d e e p -w a t e r d r i l l i n g r i s e r o n a p r o d u c t i o n p l a t f o r m [J ].J o u r n a l o f P e t r o l e u m S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g,2020,185:106652.[10] L i u J ,M a X ,Z h a n g X ,e t a l .A x i a l v i b r a t i o n o f d e e p-w a t e r d r i l l -i n g r i s e r s u n d e r l i f t i n g c o n d i t i o n s [J ].J o u r n a l o f P e t r o l e u m S c i -e n c e a n d E n g i n e e r i n g,2022,209:109903.[11] G a o Y ,T a n D S ,Z h a n g B ,e t a l .E x p e r i m e n t a l s t u d y on o r b i t a l r e s p o n s e a n d f l o w b e h a v i o r b e h i n d a f r e e l y s u s p e n d e d c y l i n d e r [J ].O c e a n E n g i n e e r i n g,2015,108:439-448.[12] W a n g J ,X i a n g S ,F u S ,e t a l .E x p e r i m e n t a l i n v e s t i ga t i o n o n t h e 27Copyright ©博看网. All Rights Reserved.10期李效民,等:钻井立管下放安装过程中涡激振动响应实验研究d y n a m i c re s p o n s e s of a f r e e-h a ng i n g w a t e r i n t a k e r i s e r u n d e r v e s-s e l m o t i o n[J].M a r i n e S t r u c t u r e s,2016,50:1-19.[13] M a o L,Z e n g S,L i u Q.E x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n o n v o r t e x-i n-d u ce d v i b r a t i o n s of a h a n g-o f f e v a c u a t e d d r i l l i ng r i s e r[J].N o n l i n-e a r D y n a m i c s,2020,102(3):1499-1516.[14]J u n g D,P a r k H,K o t e r a y a m a W,e t a l.V i b r a t i o n o f h i g h l y f l e x i-b l e f r e e h a n g i n g p i p e i nc a l m w a t e r[J].O c e a n E n g i n e e r i n g,2005,32(14):1726-1739.[15]F r a n z i n i G R,F u j a r r a A L C,M e n e g h i n i J R,e t a l.E x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o n o f V o r t e x-I n d u c e d V i b r a t i o n o n r i g i d,s m o o t h a n di n c l i n e d c y l i n d e r s[J].J o u r n a l o f F l u i d s a n d S t r u c t u r e s,2009,25(4):742-750.[16]L i F,G u o H,L i X,e t a l.E x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n o n f l o w-i n d u c e d v i b r a t i o n c o n t r o l o f f l e x i b l e r i s e r s f i t t e d w i t h n e w c o n f i g u-r a t i o n o f s p l i t t e r p l a t e s[J].O c e a n E n g i n e e r i n g,2022,266: 112597.[17] H u e r a-H u a r t e F J,B e a r m a n P W.W a k e s t r u c t u r e s a n d v o r t e x-i n d u c e d v i b r a t i o n s o f a l o n g f l e x i b l e c y l i n d e r P a r t1:D y n a m i cr e s p o n s e[J].J o u r n a l o f F l u i d s a n d S t r u c t u r e s,2009,25(6):969-990.E x p e r i m e n t a l S t u d y o n V o r t e x I n d u c e d V i b r a t i o n R e s p o n s e o fD r i l l i n g R i s e r D u r i n g L o w e r i n g a n d I n s t a l l a t i o nL i X i a o m i n,L i u R u n b o,G u H o n g l u,L i F u h e n g,G u o H a i y a n(C o l l e g e o f E n g i n e e r i n g,O c e a n U n i v e r s i t y o f C h i n a,Q i n g d a o266100,C h i n a)A b s t r a c t:I n o r d e r t o s t u d y t h e r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s o f v o r t e x-i n d u c e d v i b r a t i o n(V I V)d u r i n g t h e i n s t a l l a t i o n o f d r i l l i n g r i s e r u n d e r s e a c u r r e n t,s e v e r a l d r i l l i n g m o d e l r i s e r s w e r e m a d e b a s e d o n t h e f i b e rB r a g g g r a t i n g s t r a i n s e n s o r t e c h n o l o g y a n d c o n s i d e r i n g t h e l o w e r m a r i n e r i s e r p a c k a g e(L M R P),a n d t h e d y n a m i c r e s p o n s e u n d e r f r e e s u s p e n s i o n d u r i n g t h e i n s t a l l a t i o n p r o c e s s w a s s t u d i e d b y f l u m e e x p e r i-m e n t.A l o w e r i n g d e v i c e w i t h a m o v i n g s l i d e r a i l w a s m a d e i n t h e e x p e r i m e n t.T h e d y n a m i c s t r a i n r e-s p o n s e o f m o d e l r i s e r u n d e r u n i f o r m f l o w o f0.4m/s i s o b t a i n e d.T h e n a t u r a l f r e q u e n c y a n d v i b r a t i o n m o d e f u n c t i o n o f t h e r i s e r m o d e l w e r e o b t a i n e d b a s e d o n t h e f i n i t e e l e m e n t m e t h o d,a n d t h e d i s p l a c e-m e n t r e s p o n s e o f t h e r i s e r m o d e l w a s r e c o n s t r u c t e d u s i n g t h e m o d e s u p e r p o s i t i o n m e t h o d.T h e a n a l y s i s r e s u l t s s h o w t h a t t h e s t r a i n o f t h e r i s e r i n t h e c r o s s-l i n e(C F)i s g r e a t e r t h a n t h a t i n t h e i n-l i n e(I L),b u t t h e f r e q u e n c y o f t h e t w o d i r e c t i o n s i s t h e s a m e;T h e d o w n s t r e a m d i s p l a c e m e n t o f t h e f r e e e n d d e c r e a s e s w i t h t h e i n c r e a s e o f t h e L M R P m a s s,b u t t h e d i s p l a c e m e n t c h a n g e s t e n d t o b e s t a b l e w h e n t h e m a s s e x-c e e d s t h e p i p e w e i g h t;T h e m a x i m u m a m p l i t u d e a t t h e f r e e e n d i s i n d e p e n d e n t o f t h e L M R P m a s s a t t h e b o t t o m,w h i c h i s a b o u t o n e t e n t h o f t h e m a x i m u m a m p l i t u d e o f t h e r i s e r.K e y w o r d s:d r i l l i n g r i s e r;l o w e r i n g a n d i n s t a l l a t i o n;t h e l o w e r m a r i n e r i s e r p a c k a g e(L M R P);m o d a l s u p e r p o s i t i o n m e t h o d;v o r t e x i n d u c e d v i b r a t i o n(V I V)责任编辑高蓓37Copyright©博看网. 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深水钻井隔水管动力特性及涡激振动响应实验与理论汇报人：日期:•深水钻井隔水管概述•深水钻井隔水管的动力特性•涡激振动响应实验•理论模型及预测•深水钻井隔水管动力特性的优化设计建议目•参考文献录01深水钻井隔水管概述深水钻井隔水管的定义和重要性深水钻井隔水管是一种用于深水钻井的关键设备，其主要功能是隔离海水和淡水，为钻井提供稳定的工作环境，同时保护钻井设备和人员的安全。

在深水钻井过程中，隔水管能够承受高水压、抵抗外部扰动、保持结构稳定，是保障钻井作业顺利进行的关键因素。

由于深海环境的复杂性和不确定性，隔水管的性能和质量对于整个钻井作业的成败具有至关重要的影响。

深水钻井隔水管的背景和历史深水钻井技术是随着石油工业的发展而逐步发展起来的，隔水管作为其中的重要设备之一，也经历了从传统材料到高性能材料、从简单结构到复杂结构的演变过程。

在20世纪90年代以前，深水钻井隔水管主要由钢丝绳和水泥构成，具有结构简单、成本低廉的优点，但同时也存在重量大、易损坏、难以维修等缺点。

随着材料技术和结构设计的发展，新型的深水钻井隔水管不断涌现，如玻璃纤维增强塑料隔水管、碳纤维增强塑料隔水管等，这些新型隔水管具有轻便、抗腐蚀、易于安装等优点，逐渐取代了传统的钢丝绳水泥隔水管。

深水钻井隔水管的当前应用和发展趋势•目前，深水钻井隔水管已经成为了全球海洋石油工业中不可或缺的一部分，广泛应用于海洋油气资源的开发中。

•随着技术的不断进步和应用需求的不断提高，深水钻井隔水管也在不断地进行着更新换代。

未来，隔水管将更加注重轻量化、高强度、耐腐蚀、易于安装等方面的性能提升，以满足更加复杂的海洋环境和高效率的钻井作业需求。

同时，随着数字化和智能化技术的不断发展，深水钻井隔水管的智能化监测和控制系统也将成为未来发展的重要方向。

通过对隔水管运行状态的实时监测和调控，能够提高钻井作业的安全性和效率，降低事故发生的风险。

此外，随着环保意识的日益增强，绿色制造和可持续发展也成为了隔水管行业的重要发展趋势。

第38卷第6期石 油 钻 探 技 术Vo l 138No 162010年11月PET RO L EU M DRIL LI NG T ECHN IQ U ES N o v.,2010收稿日期:2009-09-21;改回日期:2010-10-18基金项目:中国石化科技攻关项目/井底增压钻井技术研究0(编号:JP04015)、教育部/长江学者和创新团队发展计划0资助项目(编号:IRT 411)联合资助作者简介:薛亮(1973)),男,辽宁北镇人,1997年毕业于北京航空航天大学空气动力学专业,2007年获中国石油大学(北京)油气井工程专业博士学位,讲师,主要从事钻采流体力学相关理论与技术研究。

联系方式:(010)89734958,x ueliang200888@!设备与工具#do i:10.3969/j.issn.1001-0890.2010.06.017射流式井下增压器数值试验研究薛 亮 汪志明 李帮民(中国石油大学(北京)石油天然气工程学院,北京昌平 102249)摘 要:超高压喷射钻井可以大幅提高机械钻速,井下增压器是超高压喷射钻井技术的核心装备。

基于计算流体力学相关理论与方法,针对第二代射流式井下增压器,建立了数值试验模型,并基于F L U ENT 数值模拟软件对第二代射流式井下增压器进行了数值试验。

结果表明:第二代射流式井下增压器在增加新流道后,上、下活塞缸之间实现了完全并联,水力特性明显改善;增加旁通阀后,消除了复位冲程节流阀憋压效应,工具压降明显下降。

进行了第二代射流式井下增压器下井试验,试验一次成功,工具压降与数值试验结果基本一致,验证了数值试验方法的可行性。

关键词:喷射钻井;井下增压器;增压冲程;复位冲程;数值模拟中图分类号:T E248 文献标识码:A 文章编号:1001-0890(2010)06-0079-05Numerical Study of Flow Field for Fluidic Downhole Boost CompressorXue Liang Wang Zhiming Li Bangmin(College of Petroleum engineering ,China Univer sity of Petr oleum ,Changp ing,Beij ing,102249,China)Abstract:Do w nhole bo ost compresso r is the co re technique of ultrahigh pressure jet drilling,w hich can increase penetration rate in deep w ell.Based o n the theor ies and metho ds of computatio nal fluid dynam ics,the numerical m odel for com pressor w as developed and numerical ex periments w ere conducted using FLU -ENT for the second g eneratio n o f dow nhole boost compressor.T he results indicated that w ith the new flow channel w ere added in the seco nd g eneration o f dow nhole compresso r,the tw o piston cylinders (upper and low er)w ere connected in parallel,the fluidic char acteristic w as im pro ved obviously.By increasing the by -pass valve,the pressure ho lding effect in the pro cess of restoratio n stroke was impr oved.Pressure drop w as reduced significantly.T he undergro und test w as co nducted successfully.Pressure drop is consistent w ith the numerical r esults w hich v erify the feasibility o f numerical metho d.Key words:jet dr illing;dow nhole booster;boo sting str oke;r estoratio n stroke;num erical sim ulation 超高压射流辅助破岩技术[1-4]被认为是提高深井机械钻速的关键技术之一。

文章编号：1000 − 7393(2023)04 − 0485 − 08 DOI: 10.13639/j.odpt.202211032超高压产水气井可视化井下节流模拟实验及嘴流模型评价马辉运 董宗豪 周玮 魏林胜 谭昊 王威林中国石油西南油气田分公司工程技术研究院引用格式：马辉运，董宗豪，周玮，魏林胜，谭昊，王威林. 超高压产水气井可视化井下节流模拟实验及嘴流模型评价 ［J ］. 石油钻采工艺，2023，45（4）：485-492.摘要：井下节流可有效防治井口水合物、简化地面流程、降低成本，但该工艺用于超高压产水气井时，气液两相管流和嘴流之间相互影响，使部分井的日产气量与设计值误差较大，准确预测气液通过井下节流器的流量和压降，对指导工艺设计至关重要。

为此，在搭建可视化实验装置的基础上开展了井下节流模拟实验研究，分析了不同流型下的气液两相嘴流动态，根据节流器上游流型将实验数据进行划分，评价了现有4种工程常用嘴流模型在不同流型下的表现。

研究结果表明，段塞流、搅动流和环状流关于质量流量预测采用的数学模型，分别推荐Ashford 模型(相关系数R 2=0.92)、Sachdeva 模型(相关系数R 2=0.80)和Al-Safran 模型(相关系数R 2=0.96)。

选取双探8井开展现场应用，确定节流器下入深度为3 000 m ，判断流型为搅动流，选取Sachdeva 模型计算节流器嘴径为5.3 mm 。

模型评价结果可为产水气井井下节流工艺设计提供理论依据和指导。

关键词：产水气井；超高压；井下节流；可视化实验；流型；两相嘴流模型中图分类号：TE375 文献标识码： AVisual downhole throttling simulation experiment and nozzle flow model evaluation forwater-producing gas wells with ultrahigh pressureMA Huiyun, DONG Zonghao, ZHOU Wei, WEI Linsheng, TAN Hao, WANG WeilinResearch Institute of Engineering Technology , PetroChina Southwest Oil and Gas Field Company , Chengdu 610031, Sichuan , ChinaCitation: MA Huiyun, DONG Zonghao, ZHOU Wei, WEI Linsheng, TAN Hao, WANG Weilin. Visual downhole throttling simulation experiment and nozzle flow model evaluation for water-producing gas wells with ultrahigh pressure ［J ］. Oil Drilling &Production Technology, 2023, 45(4): 485-492.Abstract: Downhole throttling can effectively prevent hydrate generation at wellhead, simplify surface processes and reduce costs. However, when this technology is applied in water-producing gas wells with ultrahigh pressure, the mutual influence between gas-liquid two-phase flow and nozzle flow may lead to significant discrepancies between the daily gas production and the designed values for some wells. Accurately predicting the flow rate and pressure drop of gas and liquid through downhole throttler is crucial to process design. To address this issue, one study was conducted based on a constructed visualization experimental apparatus to perform downhole throttling simulation experiments. The dynamics of gas-liquid two-phase nozzle flow under different flow patterns was analyzed. Data were divided based on the upstream flow pattern before the throttler, and the performance of four commonly used engineering nozzle flow models under different flow patterns was evaluated. The research results show that among the mathematical基金项目: 中国石油西南油气田分公司川西专项合作项目“川西超深井排水采气技术攻关与试验”(编号：JS2022-07)。

增压器涡轮叶片间流体流动的数值模拟
郭军武;张怀新
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2016(038)002
【摘要】从N-S基本方程出发,采用亚格子尺度模型,运用大涡模拟方法,通过建模和数值计算研究涡轮叶片间流体流动时周围流场的速度、压力、雷诺数和流线分布情况,得出涡轮叶片间流场参数的分布范围,发现各个工况点流场的变化规律和影响因素.该研究结果对增压器涡轮结构进一步优化设计具有重要的指导意义.
【总页数】6页(P59-64)
【作者】郭军武;张怀新
【作者单位】上海海事大学商船学院,上海201306;上海交通大学船建学院,上海200240
【正文语种】中文
【中图分类】U664.121
【相关文献】
1.增压器涡轮叶片转角对流体流动的影响研究 [J], 郭军武;王守宝
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3.可变截面涡轮增压器喷嘴叶片小开度流动特性 [J], 姜鹏飞;李延昭;闫伟;王桂华;杨文芳
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5.无气膜冷却的涡轮叶片流动实验和数值模拟 [J], 成文娟; 付猛
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