柱式气液旋流分离器设计毕业论文.doc

柱式气液旋流分离器结构设计1柱式气液旋流分离器设计【摘要】平衡钻井技术有利于防止钻井液漏失、能及时发现和保护油气层，并能提高机械钻速等。但是由于欠平衡装备价格昂贵，制约着这一技术的发展。鉴于这种现状，自行设计了台应用于欠平衡钻井的管柱式气液旋流分离器。管柱式气液旋流分离器是一种带有倾斜切向入口及气体、液体出口的垂直管。它依靠旋流离心力实现气、液两相分离，与传统的重力式分离器相比，具有结构紧凑、重量轻、投资节省成本等优点，是代替传统容积式分离器的新型分离装置。在气液两相旋流分析的基础上，建立了预测分离性能的机理模型，该模型包括了入口分离模型、旋涡模型、气泡及液滴轨迹模型；依据机理模型，提出了管柱式旋流分离器工艺设计技术指标和工艺步骤.设计根据管柱式旋流分离器的机理模型以及设计工况，完成了管柱式旋流分离器的结构设计、强度分析、理论校核、焊接工艺设计以及分离器内气液两相流的数值模拟，为工程设计和理论设计提供一定的理论依据。【关键词】欠平衡钻井技术旋流分离器气液两相流动分离机理模型设计2Gas-liqulidCylindricalCycloneAuthor:Wangmaohui(SchoolofMechanicalEngineering,YangtzeUniversity)Tutor:FengJin(SchoolofMechanicalEngineering,YangtzeUniversity)【Abstract】Thebalancedwelldrillingtechnologyisadvantageousinpreventinglossofcirculation,canpromptlydiscoverandprotecthydrocarbonzone,alsocanenhancethepenetrationrate.Buttheexpensiveunderbalanceequipmenthasrestrictedthistechnologyssdevelopment.Inviewofthesituation,Idesignedagas-liqulidcylindricalcycloneindependentlyforthebalanceunderdrilling.TheGLCCisonekindhasleansthebevellingtotheentranceandthegas,theliquidexportationhangstheascendingpipe.Itcanrealizethegas-lipfluidseparationdependsuponthecyclonecentrifugalforce.comparedwiththetraditionalgravitytypeseparator,whichhasthecompactstructure,thelighterweight,thesmallerinvestmentandsoon.Itsanewdisengagingequipmentwhichreplacethetraditionalvolumetypeseparator.Onthebasisofthegas-liquidtwo-phasecycloneanalyses,hasestablishedtheforecastseparationperformancemechanismmodel,thismodelincludetheentranceseparationmodel,thewhirlpoolmodel,theairbubbleandthebubblepathmodel；Basedonthemechanismmodel,proposedthetubecolumntypecycloneseparatortechnologicaldesigntechnicalspecificationandthecraftstep.Thedesignbasistubecolumntypecycloneseparatormechanismmodelaswellasthedesignoperatingmode,hascompletedthetubecolumntypecycloneseparatorstructuraldesign,theintensityanalysis,thetheoryexamination,intheweldingtechnologicaldesignaswellasthenumericalsimulationofthegas-liquidtwophasefloeintheseparatorsimulations,providethecertaintheorybasisfortheengineeringdesignandthetheoreticaldesign.【Keywords】:Underbalanceddrillingtechnology，cycloneseparator,Gas-Liquidtwo-phaseflow,separationmechanismodel，Design柱式气液旋流分离器结构设计3目录柱式气液旋流分离器设计.1绪论.2欠平衡钻井技术的发展现状和前景.51、设计背景.61.1选择气液旋流分离器的意义.61.2气液旋流分离器的国内外研究现状.72、方案论证.82.1旋流式气液分离方案的可行性.82.2旋流式分离器的结构及工作原理.92.3旋流式分离器的优缺点.93、结构分析及设计.103.1入口设计分析.103.1.1入口管分析.103.1.2入口喷嘴分析.113.1.3双入口分析.113.2主体结构设计分析.113.2.1入口位置.113.2.2最佳外形比.123.2.3旋流体锥度.123.3出口管设计分析.124、柱式气液旋流分离器参数设计.124.1计算分离器直径.124.2分离器的高度计算.134.2.1确定上半部分的高度.134.2.2计算入口分流区的高度.134.2.3计算旋涡区的高度.134.2.4气泡轴向距离计算.144.3分离能力计算.15径向方向上.15竖直方向上.164.4液面高度的确定.174.4.1气室压力p1的确定.174.4.2液面高度Z2的确定.184.5入口管的设计计算.204.6筒体强度设计.214.6.1设计参数.214.6.2筒体厚度设计.224.7法兰的校核计算.224.7.1排气管法兰校核计算.224.7.2排液管管法兰校核计算.255、气液两相流场的数值模拟.305.1数值计算方法简介.3045.1.1控制方程.315.1.2湍流模型.325.1.3多相流模型.335.1.4数值计算方法.355.1.5边界条件的处理.355.2计算前处理.36参考文献.37