«Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море»

Исследование области абразивного износа пневмоциклона на основе имитационного моделирования в среде ANSYS Fluent

УДК: 622.23.05
DOI: -

Авторы:

¹ Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия

Ключевые слова: ударно-вращательное бурение, циклон, эрозия, абразивный износ, противоэрозионный элемент, ANSYS Fluent, моделирование эрозии

Аннотация:

Ударно-вращательный способ бурения с применением забойных пневмоударных машин – один из наиболее производительных способов, известных на сегодняшний день, позволяющий поддерживать высокую механическую скорость бурения при умеренном износе инструмента. Этот метод становится всё более популярным в геологоразведке, в особенности за рубежом. Одной из областей применения инноваций при пневмоударном способе бурения является конструкция пневмоциклонов буровых установок RC. Опыт бурения показал, что в месте цилиндрической части тела циклона, обращенном под прямым углом к прямому потоку воздуха и частиц шлама, происходит интенсивный абразивный износ. Это приводит к преждевременному выходу из строя стандартного бронеэлемента и образованию дыр в циклоне, что влечёт за собой дополнительные непроизводительные затраты труда и времени. Аналитическое определение величины абразивного износа осложняется отсутствием всеобъемлющего понимания процесса деформаций и разрушения материала при воздействии диффузионного потока частиц. Известные аналитические модели эрозии разработаны на основе экспериментальных данных и эмпирических формул с определёнными граничными условиями и не являются универсальными. В рамках исследования на основе определенной области максимальной эрозии разработана конструкция инспекционного окна пневмоциклона со съемной бронепластиной, позволяющая осуществлять быстрый доступ к ней для осмотра и замены без демонтажа и разбора циклона. В программном комплексе ANSYS Fluent проведено компьютерное моделирование эрозионного износа стандартной конструкции пневмоциклона и разработанной конструкции со съемной бронепластиной, футерованной материалом Densit. Эффективность предложенных технических решений подтверждается снижением на 36 % скорости эрозии с соответственным увеличением срока службы и снижением периодичности планового обслуживания пневмоциклона, значительным снижением временных затрат на замену противоэрозионного элемента.

Список литературы:

1. Современные технологии бурения на твердые полезные ископаемые: учеб. / В.В. Нескоромных, М.С. Попова, П.Г. Петенев [и др.]. – Красноярск: СФУ, 2020. – 340 с.
2. Иванов А.И. Экспрессный метод поисков золоторудных месторождений в сложных горно-таежных ландшафтах // Руды и металлы. – 2014. – № 1. – С. 36–42.
3. Имамов Р.Р. Методический подход к планированию геолого-разведочных работ // Геология, геофизика и разраб. нефт. и газовых месторождений. – 2024. – № 4(388). – С. 27–30.
4. Бузанов К.В., Борисов К.И. Обоснование и расчет параметров оборудования и распределения аэродинамических давлений при реализации пневмоударного бурения в геологических условиях Чаяндинского месторождения // Вестн. Ассоц. буровых подрядчиков. – 2015. – № 4. – С. 9–14.
5. Технология отбора шлама при бурении скважин / А.А. Волокитенков, А.С. Волков, И.И. Толокнов, М.М. Розин. – М.: Недра, 1973. – 200 с.
6. Нескоромных В.В. Оптимизация в геологоразведочном производстве: учеб. пособие. – М.: ИНФРА-М; Красноярск: СФУ, 2015. – 199 с.
7. Рындин В.П. Совершенствование вращательно-ударного бурения горных пород // Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та. – 2017. – № 2(120). – С. 84–87.
8. Hapugoda S., Manuel J.R. A Comparison of Drilling and Sampling Techniques as They Relate to Base and Precious Metal Exploration in the Mt Isa Inlier of North West Queensland and the Southern Lachlan Fold Belt in New South Wales // Sampling conf., Perth, WA, May 11–12, 2010. – P. 117–129.
9. Wasilewski M., Brar L.S. Effect of the inlet duct angle on the performance of cyclone separators // Separation and Purification Technology. – 2019. – Vol. 213. – P. 19–33. – DOI: 10.1016/j.seppur.2018.12.023
10. Numerical investigation of effects of inner cone on flow field, performance and erosion rate of cyclone separators / F. Parvaz, S.H. Hosseini, K. Elsayed, G. Ahmadi // Separation and Purification Technology. – 2018. – Vol. 201. – P. 223–237. – DOI: 10.1016/j.seppur.2018.03.001
11. Evaluation of Centrifugal Force, Erosion, Strain Rate, and Wall Shear in a Stairmand Cyclone / S.N. Dizajyekan, G. Shahgholi, A.R. Fanaei [et al.] // Processes. – 2022. – Vol. 10, Issue 5. – P. 994. – DOI: 10.3390/pr10050994
12. Сидняев Н.И. Исследование разрушения поверхности космического аппарата при контактном взаимодействии с микрочастицами космической среды // Космические исслед. – 2018. – Т. 56, № 3. – С. 233–242. – DOI: 10.7868/S0023420618030068
13. Скребнев В.И. Полимерные трубопроводы для горнодобывающей промышленности: дис. … канд. техн. наук: 2.6.11. – М., 2024. – 164 с.
14. Шейнман Е.Л. Абразивный износ. Обзор американской печати. Абразивная стойкость материалов // Трение и износ. – 2006. – Т. 27, № 1. – С. 110–122.
15. Строкач Е.А., Кожевников Г.Д., Пожидаев А.А. Численное моделирование процесса эродирования твердыми частицами в газовом потоке (обзор) // Вестн. ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. – 2021. – № 67. – С. 56–69. – DOI: 10.15593/2224-9982/2021.67.06
16. Моделирование промывки искривленных скважин в среде ANSYS Fluent / В.В. Дуркин, В.А. Яковлев, В.М. Уляшева, Ю.Н. Пильник // Стр-во нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2024. – № 7(379). – С. 5–10.
17. Performance evaluation of a tangential cyclone separator with additional inlets on the cone section / Lim Jun-Hyung, Park Su-In, Lee Heun-Jae [et al.] // Powder Technology. – 2020. – Vol. 359. – P. 118–125. – DOI: 10.1016/j.powtec.2019.09.056
18. Oka Y.I., Yoshida T. Practical estimation of erosion damage caused by solid particle impact: Part 2: Mechanical properties of materials directly associated with erosion damage // Wear. – 2005. – Vol. 259, Issues 1-6. – P. 102–109. – DOI: 10.1016/j.wear.2005.01.040
19. Modeling of Erosion in a Cyclone and a Novel Separator with Arc-Shaped Elements / E.I. Salakhova, V.E. Zinurov, A.V. Dmitriev, I.I. Salakhov // Processes. – 2023. – Vol. 11, Issue 1. – P. 156. – DOI: 10.3390/pr11010156
20. Monitoring the hydrodynamics and critical variation of separation efficiency of cyclone separator via acoustic emission technique with multiple analysis methods / Zhou Yefeng, Xu Zhongyu, Xiao Gongkui [et al.] // Powder Technology. – 2020. – Vol. 373. – P. 174–183. – DOI: 10.1016/j.powtec.2020.06.053