钻井液离心分离机工作性能研究

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。 1.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。 2.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。 3.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。 4.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。

目录

文摘

英文文摘

声明

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∑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∑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