【摘 要】
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本文以石油天然气开采中的压裂作业为工程背景,针对携砂压裂液引起压裂管柱和地面管汇的压降和振动问题,对典型的变径管和T型管结构受不同颗粒流参数影响的压降及管道振动规律进行了实验研究,为此类问题的理论研究和工程应用提供了实验依据。1.依据压裂作业流程,设计了实验装置的四大系统,实验管道的变径和T型结构尺寸,以及实验流程及实验工况;依据循环管路压降和动力装置参数计算,优选了实验装置的主要部件;搭建并调试
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本文以石油天然气开采中的压裂作业为工程背景,针对携砂压裂液引起压裂管柱和地面管汇的压降和振动问题,对典型的变径管和T型管结构受不同颗粒流参数影响的压降及管道振动规律进行了实验研究,为此类问题的理论研究和工程应用提供了实验依据。1.依据压裂作业流程,设计了实验装置的四大系统,实验管道的变径和T型结构尺寸,以及实验流程及实验工况;依据循环管路压降和动力装置参数计算,优选了实验装置的主要部件;搭建并调试了变径管和T型管内颗粒流的压降及管道振动实验装置。2.针对变径管的单级和多级变径结构,采用正交实验法分别设计了35种和41种实验工况。实验表明:（1）变径管内颗粒流及清水压降实验结果与理论结果相对误差均小于10%,验证了理论计算公式选用的准确性。（2）通过变径管正交实验全因素分析,得到了影响因素对压降及管道振动影响的主次顺序。（3）对于单级变径管,流速越大、砂比越大,变径比越小、变径长度越长,颗粒群在变径结构内的碰撞、堆积越严重,颗粒流压力损失越大,管道振动越剧烈。流速增加,使压降增大了1.84倍,振动幅值平均值增大了1.30倍;变径长度增加,使压降增大了1.13倍,振动幅值平均值增大了1.80倍;砂比增加,压降增大了1.07倍,振动幅值平均值增大了1.22倍。（4）对于多级变径管,流速越大、砂比越大,变径比越小、变径结构组数越多,颗粒群在多级变径结构中碰撞几率急剧增加,管道振动更剧烈,压降越大。流速增加,使压降增大了1.72倍,振动幅值平均值增大了1.32倍;变径结构组数增加,使压降增大了1.19倍,振动幅值平均值增大了1.36倍。3.针对单级单出口、单级和多级双出口T型管,采用正交实验法均设计了12种实验工况。实验表明:（1）通过T型管正交实验全因素分析,得到了影响因素对压降及管道振动影响的主次顺序;流速越大、砂比越大,变径比越小以及变径结构组数越多,T型管压降越大,管道振动更剧烈。（2）对于单级单出口T型管,流速增加,使压降增大了1.63倍,振动幅值平均值增大了1.27倍;砂比增加,使压降增大了1.12倍,振动幅值平均值增大了1.48倍。（3）对于单级双出口T型管,随着流速和砂比的增加以及变径比的减小,压降以及振动幅值平均值呈增加趋势,但压降数值及振动加速度增长幅度均小于单级单出口T型管。（4）对于多级双出口T型管,当流速增加,压降增大了1.58倍,振动幅值平均值增大了1.27倍;砂比增加,压降增大了1.11倍,振动幅值平均值增大了1.16倍。随着变径结构组数的增加,管道系统的固有频率及刚度增加,使振动频率增加,使管壁振动减缓,频谱幅值减小。
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