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CFD流体仿真技术在石油石化领域的应用及实践(上篇)

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钻井和生产

 
工程挑战    
• 高度腐蚀的环境
• 钻头的穿透速度
• 快速的产品研发周期
• 恶劣的环境
Ansys能力  
• 丰富的多相流模型
• 简化的分析工作流
• 流固耦合
示例输出  
• 预测设备的冲蚀速率
• 判定旋风分离器/三相分离器分析效率
• 了解设备的疲劳寿命和不同的失效模式,从而提出改进方式
• 海浪飓风的影响
应用案例  
钻井及井下平台  
钻井和生产  
稳定套管  
油气生产设备:阀门,调节阀
挑战:
• 复杂的阀门结构
• 变物性多相流仿真
• 可压缩/不可压缩流动
• 低压和高压之间压降范围
Ansys解决方案:
• 为此类设备的设计、分析、生产和运营提供全面的解决方案
• 了解结构和热应力,提高可靠性和安全性
• 预测腐蚀点,通过设计减少其影响
• 设计应尽量减少空化
• 通过参数化和设计优化加速设计
价值:
• 减少维护和更换成本
• 加快上市时间有助于完成大宗订单
• 减少物理测试节约成本
• 减少突发故障,辅助设计模拟极端条件
水力压裂    
Ansys针对水力压裂支持剂的输运提供独一无二的解决方案
挑战:
• 在合适的系统中考虑固体颗粒的沉降行为
• 适用于液固体系曳力/升力模型
• 由于冲蚀/腐蚀造成几何结构变形
Ansys解决方案:
• 颗粒-流体的相互作用模型
• 颗粒-颗粒的相互作用模型
• 由稀相到密相转换模型
• 网格变形
• 外力
• 其它影响(PSD, 形状等)
价值:
• 稳健的颗粒模型
• 稀相到密相
• 第三方软件耦合
• 能准确的预测水力压裂支撑剂的输送和沉降
固体搬运-沙子管理  
Ansys–Rocky DEM耦合模拟砾石沉降
油井分析  
BOP阀-井喷预防设计  
BOP设计  
井喷
采油  
注水驱油  
AOV/ROV Design水下机器人设计  
固定海上平台  
挑战:
• 安装
• 地震和波浪载荷
• 运输和设备调试
CAE解决方案:
• 梁连接点的疲劳评估
• 部件级的细节设计
• 土壤/桩的建模仿真
• 水下水流对结构的影响
• 抗震的结构设计
• 物料搬运设备的结构完整性
浮式采油系统    
挑战和CAE解决方案:
• 动态的定位
• 结构件的疲劳
• 波浪的载荷
• 涡流的诱导运动
• 结构的完整性与稳定性
Fluid-Structure Interaction(浮体)

运输和存储  

工程挑战    
• 流动保障,克服了诸如冲蚀、腐蚀、水合物和蜡的形成等
• 满足法规指南
• 预防油泄露/溢出
Ansys能力  
• 采用CFD多相流建模,预测管道中的流量以及预测流动保障问题
• 预测管道和储罐的结构力学完整性
示例输出  
• 预测失效来源:潜在的泄露、屈曲,凝结和冲蚀
• 确保储罐的正确设计
• 制定可靠性相关问题策略
应用案例  
管路运输    
Ansys为管路中的流动保障提高了全面系统的解决方案
挑战:
• 准确的预测:
• 压降, 各种各样的流型…
• 气含率
• 设备的尺寸
• 管道中的冲蚀/腐蚀
• 分层流和雾状流动
• 阀门和泵的设计
Ansys解决方案:
• 水和沙的管理
• 柱塞流
• 水合物形成
• 浆料
• 沙/压裂用沙的输运
• 流型的预测
• 相变模拟
• 气蚀模拟
• 壁面沸腾
• 蒸发/冷凝
• 湿蒸汽
• 融化/凝固
• 传质和闪蒸
流量保证-段塞流动画
三维瞬态多相  
跨接管道  
Ansys跨接管道模拟
挑战:
• 跨接管道在石油运输中至关重要
• 带有脉动形式的多相流
• 海底中流致振动 (FIV) 和涡流诱导的振动(VIV)
• 由于疲劳和共振造成的故障
Ansys解决方案:
• CFD求解器中丰富的多相流模型
• 模态和结构求解器
• 强大的流固耦合功能
• 能够帮助预测 FIV, VIV, 分析疲劳和工资造成的故障
流体保证(热的影响)
冲蚀  
针对沙/颗粒输运造成的冲蚀,Ansys提供的独特的解决方案
挑战:
• 油气井出沙是很常见的,能引起管道冲蚀、堵塞等问题.
• 冲蚀问题被认为油气管道的一个重要问题
Ansys解决方案:
• 行业标准的冲蚀模型
• 颗粒的物性
• 流体的物性
• 壁面条件
• 多相流影响 (护盾效应)
• 捕捉冲蚀造成几何结构的变形
价值:
• 准确的预测流动系统中冲蚀损伤至关重要
• 更好的进行设备设计或者对预防可能出现的问题
• 准确的预测复杂多相流的影响
动网格精确预测颗粒冲蚀造成的管路变形
• 过程和油气行业常常需要用流体来输送颗粒。壁面颗粒对管路的冲蚀可以延长系统的工作寿命
• 静态网格无法解释冲蚀造成的流动变化,模拟的准确性由此受到损失
• R19中,Fluent使用动网格自动耦合了结构变化,解释了冲蚀造成的结构变形
稠密相冲蚀(R2019)
分离器的设计  
Ansys解决方案:
• 考虑多相流在不同分离器中的流动状况
• 采用群平衡模型考虑气泡聚并破碎计算粒径的分布
• 优化内部构件的设计和布局,包括挡板、孔和填充段,以及进口和出口的尺寸和位置
• 为分离器设计提供见解,包括尺寸、压降分析和整体性能
水下设备-冷却  
油箱晃动  
大型LNG储罐校核计算:应用    
LNG储罐全三维建模与仿真分析系统中已经被应用于国内数个大型LNG全容储罐的计算校核中。
• 容积涵盖16万方~27万方
• 用于温度场、内力计算、为配筋、强度校核、规范校核提供指导成果,并进行结构优化设计,在LNG储罐的国产化过程中发挥着重要作用



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来源:IFD优飞迪
ACTFluentRocky振动疲劳多相流动网格油气机器人数字孪生ANSYS管道
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首次发布时间:2024-04-27
最近编辑:6月前
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赋能新仿真,创优新设计
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