基于Fluent的混砂罐排出性能影響分析

李心成 張樹立 楊海龍 于曉 白文彬

摘要：混砂罐的排液穩定性對壓裂作業意義重大，目前對于復雜結構混砂罐排液性能的研究相對較少，且現有理論計算方法無法評估一些復雜結構對排液性能的影響。基于此，通過數值模擬手段進行混砂罐的運行參數（轉速）和結構參數（攪拌器距底面高度、擋板的開孔面積）等對排液性能影響的研究。研究結果表明：在排出管匯監測面含氣體積分數為2%的閾值限定下，罐內最低液面高度為1.1 m，相較理論計算0.998 m液面高度增大10%左右；對比擋板以及開孔面積對排液含氣體積分數的影響可見，擋板開孔會增加排液的含氣體積分數，擋板開孔面積增大30.3%，監測面含氣體積分數相比未開孔時增大32.3%；確定了在不同液位下利用仿真手段獲得安全排液轉速與排液含氣體積分數關系的方法，使得在設計階段獲得液位、轉速之間的初步MAP（映射）關系，提升產品開發效率。研究結果可為復雜混砂罐穩定排液的結構設計以及安全運行工況的確定提供參考。

關鍵詞：壓裂設備；混砂罐；攪拌；氣液兩相；排液性能；擋板；數值模擬

0 引 言

壓裂設備在石油增產作業過程中作用大［1-3］，混砂系統作為壓裂液制備的核心系統［4］，其混合性能和排出性能在作業穩定性及連續性中顯得尤為重要［5］。混砂罐攪拌過程中，在罐內不可避免地會出現漩渦，使罐內液面中心低、四周高，當液位較低時罐內氣體含量增多，隨介質排出。而含氣體積分數的增大，引起排出離心泵的揚程會明顯降低，出現排液困難現象［6］，無法滿足現場連續作業需求，從而嚴重影響作業的穩定性。……