考虑流固耦合的双弯头压裂管汇的振动特性

• 作者: 曾云义 祝效华 陈波 陶浩然
• 来源期刊: 天然气工业
• 关键词: 流固耦合 连接角度 双弯头 有限元分析 振动特性 高压压裂 运动方程 固有频率 内径 曲率半径
• 年，卷（期）: 2018,（1）
• 所属期刊栏目: 钻井工程
• 页码范围: 95-101
• 页数: 7页
• 语种: 中文
• DOI: 10.3787/j.issn.1000-0976.2018.01.012

摘要

高压压裂过程中,压裂车与交流管汇相连接的弯头极易因管汇的剧烈振动发生疲劳损坏,降低了弯头的使用寿命.为此,基于流固耦合理论,推导了高压弯管的运动方程,对弯头在波动流作用下的流体力学模型和固体运动模型引入摩擦耦合因素,并运用ANSYS Workbench软件进行仿真计算,分析了双弯头的连接角度、弯管的壁厚、曲率半径等参数对弯管固有频率的影响,通过现场实测数据对仿真计算结果进行了验证.结果表明:①双弯头连接角度对固有频率影响较大;②双弯头固有频率随着弯头内径的增大近似线性增大,随着弯头曲率半径的增大而减小.结论认为,①双弯管连接角度介于75°～105°更有利于减小管汇的振动强度,弯管的振动强度最大可减小约30％;②在流固耦合的作用下,双弯头弯管的固有频率随弯管内径的增长呈近似线性增长的关系,压裂现场压力为60 MPa左右时应选取内径为Φ101.4 mm(4 in)的压裂管线;③在压裂现场激振频率不高的情况下,弯管内径为70 mm时,弯管的曲率半径应该尽量控制在160 mm左右.