石油气液两相垂直管流流型仿真和气泡破碎器安全评价研究

论文摘要

连续气举采油是一种重要的采油技术,它具有适应范围广、油井修理间隔期长、油井工作简化和操作人员少等优点。随着西部油田和海上油田开发力度的加大,该方法再次引起人们的重视。但是从能量利用率的角度来看,气举法的效率较低。研究表明:在气举井中安装气泡破碎器,将影响气举效率的段塞流、过渡流转变为泡状流,可大大提高气举采油的效率。鉴于当前已有产品离实际使用要求尚有差距,我实验室开展了投捞式气泡破碎器研制和实验工作。投捞式气泡破碎器是在学习、借鉴前人有限经验和成果的基础上,进行的重新设计,不可避免的存在某些风险。因此在投捞式气泡破碎器设计开发和使用的全过程中,借助安全系统工程原理对其进行安全评价是十分必要的,有利于指导设计,减少故障,规避风险。论文根据油管柱中气液混合物运动的水动力计算原理,借鉴奥齐思泽斯基的垂直管中气液两相流压力梯度预测方法,建立了流型分布的计算模型。采用Visual C++编写了计算程序,在此基础上调用OpenGL图形开发环境,开发了一个简单的流型分布可视化仿真软件。该软件不仅为气泡破碎器的布置提供建议,也是气泡破碎器井下试验后,进行安全分析的基础。本文所做的这项工作,是为将来借助计算机仿真技术进行气泡破碎器安全评价奠定基础。在分析现有适合设备安全评价方法的基础上,选择了3种安全分析方法,分4个阶段（组装、投放、运行和打捞）对气泡破碎器系统进行安全评价。在方案设计阶段,借助预先危险性分析（PHA）方法,辨识出可能出现或已经存在的危险因素,提出改正和控制措施,并为方案选择提供建议;在方案确定后,采用故障类型和影响分析（FMEA）对系统的各组成零部件进行分析,找出了可能发生的故障及类型,查明各故障对系统的最终影响;最后,在PHA和FMEA的基础上,采用事故树（FTA）方法,通过对所建立的事故树进行定性分析,找出事故发生的主要原因和挖掘出潜在的影响因素,并制订了安全对策。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 课题选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 计算机可视化仿真
• 1.3.1 科学计算可视化及可视化仿真
• 1.3.2 OpenGL 技术
• 1.4 设备安全评价方法概述
• 1.4.1 预先危险性分析（PHA）
• 1.4.2 故障类型和影响分析（FMEA）
• 1.4.3 事故树分析（FTA）
• 1.5 课题的研究内容
• 第二章 气举采油工艺
• 2.1 油管柱中气液混合物运动的水动力计算
• 2.1.1 水动力计算方程
• 2.1.2 水动力计算步骤
• 2.2 气液两相流垂直管流流型
• 2.3 气举采油举液机理
• 2.4 气泡破碎器
• 2.4.1 布置
• 2.4.2 试验及应用情况
• 第三章 流型分布的计算模型
• 3.1 计算模型的分类及其应用范围
• 3.2 计算模型
• 3.2.1 确定混合物的流动型态
• mix和摩阻压力梯度（dp/dL）_fr'>3.2.2 计算气液混合物密度ρ_mix和摩阻压力梯度（dp/dL）_fr
• 3.2.3 判别步骤
• 第四章 流型分布可视化仿真软件开发
• 4.1 可视化仿真软件开发工具
• 4.1.1 Visual C++6.0 编程语言
• 4.1.2 OpenGL 编程技术及环境
• 4.2 可视化仿真软件方案设计
• 4.2.1 仿真软件框图
• 4.2.2 气泡的模拟方案
• 4.3 可视化仿真软件的编程实现
• 4.3.1 系统框架的建立
• 4.3.2 计算模型编程求解
• 4.3.3 流型分布仿真动画的实现
• 4.4 流型分布可视化仿真软件
• 4.4.1 软件功能
• 4.4.2 软件界面
• 4.4.3 动画过程
• 第五章 投捞式气泡破碎器系统
• 5.1 气泡破碎器
• 5.1.1 气泡破碎器的固定装置
• 5.1.2 气泡破碎器的破碎装置
• 5.2 投放串
• 5.3 打捞串
• 第六章 气泡破碎器系统安全评价
• 6.1 气泡破碎器系统开发方案预先危险性分析（PHA）
• 6.2 气泡破碎器系统故障类型及影响分析（FMEA）
• 6.3 气泡破碎器系统事故树分析（FTA）
• 6.3.1 组装阶段FTA
• 6.3.2 投放阶段FTA
• 6.3.3 运行阶段FTA
• 6.3.4 打捞阶段FTA
• 结论
• 主要工作和成果
• 展望
• 参考文献
• 附录
• 附录A 水力—机械作用式气泡破碎器的布置计算
• 附录B CFUN类的定义
• 附录C 函数ONLIUXINGPANDUAN（ ）的部分代码
• SIMULATION类部分代码'>附录D COPENGL_SIMULATION类部分代码
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢