随着液态CO₂压裂技术的应用和发展,油田井上相配套的压裂设备需要日益完善,研制出一种密闭混砂装置实现液态CO₂加砂混合成为了CO₂压裂地面工艺的关键技术之一。为此,针对液态CO₂粘度低,携砂能力差的缺点,本文提出了一种基于文丘里原理的密闭混砂装置,利用高剪切流强力混拌有效改善了液态CO₂与压裂液的混合,这也是本研究的目的。本研究针对国内密闭固液混配装置的现状与国外先进产品的差距,以目前压裂工艺的实际需要为出发点,重点工作是对固液混配装置的混配工作区进行整体设计。本研究基于文丘里原理建立了CO₂密闭混砂装置模型,采用有限元Fluent软件模拟密闭混砂装置内流体的流动和混砂效果。在处理量和携砂比等工艺参数确定的情况下,重点分析喉管直径d、喉管长度l和扩散角β三种结构因素对CO₂密闭混砂装置混砂效果的影响,比较分析不同影响因素下,混砂装置内压力分布、出口端砂粒体积分布,最后得到混砂装置最佳结构参数,为液态CO₂密闭混砂装置结构设计提供方法和依据。根据优选出的最佳结构参数进行设计,绘制密闭混砂装置三维图,选取适应液态CO₂低温环境的混砂器材料,基于有限元软件进行混配装置的强度分析。即,在Gambit中创建物理求解模型,选用不同区域不同密度的方法对网格进行划分;把流体域模型导入混配装置管道模型中,建立流固耦合关系分析密闭混砂装置的应力应变。根据等强度原则,在不影响流体流道的基础上,分析出密闭混砂装置在不同的壁厚和不同选材时的优选方案。优选的方案采用单因素分析法,当材料不变时,从8mm、7mm、6mm和5mm的壁厚中的选取通过强度评定的密闭混砂装置的最佳壁厚;当壁厚最佳尺寸时改变三种不同低温材料Q345e、16MnDR和15MnNiDR,选择最佳低温材料,由此得出在工艺条件下的最佳密闭混砂装置的结构设计。