钻井液离心分离机工作性能研究

论文摘要

钻井液离心机处于钻井液固控系统的最后一级,可有效控制钻井液密度,清除钻井液中的有害固相,对钻井生产具有重大意义。本文首先介绍了钻井液离心机的基本结构和工作原理,离心机内部流体流动的四种理论,以及相应的四种离心机处理量的理论计算公式。其次,分析并推导了钻井液离心机根据沉渣计算的理论处理量公式,并以离心机恒处理量为目标函数,进行了钻井液密度和转鼓转速之间函数关系的理论推导,并设计了试验方案,为设计离心机和现场选用钻井液离心机提供了参考。再次,介绍了高速离心机转鼓的理论强度计算公式,并应用有限元分析软件ANSYS对LW500 1200离心机转鼓做了有限元强度分析和振动模态分析,结果表明离心机转鼓满足强度要求,而且在正常转速范围内不会发生共振现象,对照该型号离心机实际现场应用的情况,本文所研究的钻井液离心机确实能够满足工作安全要求。最后,以LW500×1200离心机转鼓为研究对象,在满足强度要求的前提下,以离心机转鼓整体质量最小为目标函数,做了离心机转鼓优化设计。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第1章 前言
• 1.1 课题来源
• 1.2 离心机概况
• 1.3 离心机研究现状分析
• 1.3.1 国内外的理论和实验研究成果
• 1.3.2 国内外离心机生产现状
• 1.4 课题研究的背景及意义
• 1.4.1 我国固控现状与问题
• 1.4.2 对钻井工程的危害
• 1.4.3 当前离心机存在的问题
• 第2章 离心力场中的流体动力学
• 2.1 钻井液离心机的结构与工作原理
• 2.2 离心机主要技术参数
• 2.2.1 结构方面的参数
• 2.2.2 操作方面的参数
• 2.2.3 主要参数对钻井液离心机处理量的影响
• 2.3 连续性方程
• 2.4 纳维——斯托克斯方程
• 2.5 沉降离心机转鼓内的流体流动
• 2.5.1 “活塞式”流动状态
• 2.5.2 层流流动状态
• 2.5.3 表面层流动状态
• 2.5.4 流线流动状态
• 2.6 离心力场中的沉降分离过程
• 2.7 小结
• 第3章 脱水区的沉渣动力学
• 3.1 沉渣在脱水区的滑动动力学
• 3.1.1 力平衡方程
• 3.1.2 工业生产用螺旋沉降离心机参数的计算
• 3.2 具有加速度的沉渣的滑动动力学
• 3.3 沉渣在脱水区的停留时间
• 3.4 螺旋的输渣效率
• 3.5 螺旋转距
• 3.6 螺旋的输渣功率
• 3.7 小结
• 第4章 沉降离心机的生产能力
• 4.1 按Σ理论计算生产能力
• 4.2 按层流理论计算生产能力
• 4.2.1 沿转鼓轴向层流流动
• 4.2.2 沿螺旋流道层流流动
• 4.2.3 并流式螺旋沉降离心机
• 4.3 按螺旋输渣能力计算的生产能力
• 4.4 几种生产能力的比较
• 4.4.1 转鼓技术参数的确定
• 4.4.2 按Σ理论计算生产能力
• 4.4.3 按螺旋的排渣能力计算生产能力
• 4.5 新的钻井液离心机处理量公式的推导
• 4.6 小结
• 第5章 钻井液高速离心机转鼓强度的应力分析
• 5.1 钻井液高速离心机转鼓理论强度计算
• 5.2 有限元方法在离心机转鼓强度分析中的应用
• 5.2.1 建立分析模型时的一些考虑
• 5.2.2 转鼓的承载特点
• 5.2.3 计算结果评定
• 5.2.4 转鼓整体应力分布的计算
• 5.2.5 有加强箍的转鼓的应力计算
• 5.2.6 优化和CAD上的应用
• 5.2.7 离心机转鼓强度计算方法的对比分析及发展前景
• 5.3 LW500×1200 离心机转鼓有限元强度计算
• 5.3.1 有限元模型的建立
• 5.3.2 载荷
• 5.3.3 边界条件
• 5.4 有限元计算和分析
• 5.4.1 静力分析
• 5.4.2 模态分析
• 5.5 小结
• 第6章 离心机转鼓优化设计
• 6.1 ANSYS单元介绍
• 6.2 ANSYS程序一阶方法优化技术原理
• 6.3 优化设计的注意事项
• 6.3.1 设计变量注意事项
• 6.3.2 选择状态变量注意事项
• 6.3.3 选择目标函数
• 6.4 LW500×1200 离心机转鼓优化设计
• 6.4.1 优化设计模型
• 6.4.2 模型加载
• 6.4.3 获取参数变量
• 6.4.4 优化设计参数变量范围
• 6.4.5 结果后处理
• 6.5 小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 本文得到主要结果
• 7.2 未来研究设想
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果