石油产业的发展使得对油田建设工程设计的要求越来越高，周期越来越紧，成本压力越来越大，这些要求对设计、选材、制造精度和工艺提出了新的挑战，需要对过去依靠经验、实测、规范标准和手工计算等传统研发方法做出改变。

从大的方向，CFD技术在石油石化的各个环节的运用可分为油气生产过程、存储与输运过程和石油加工过程。

• 油气生产

油气生产包括油气的提取、钻井工程和井下工程和海洋平台的分析，在这些工程问题中，ANSYS CFD技术有着广泛的应用，它不仅可以分析油气提取过程中水力压裂过程、注入器设计、加强油层设计、油气提取分析等工艺过程，而且还可以模拟固井、完井、分离、腐蚀、阀门等钻井工程设备和井下工程设备。对于海洋平台在风载荷和海洋洋流作用下的压力分析，如何保证安全性是其主要研究方向。

采用FluentCFD软件预测海上钻井平台的受力

CFD分析钻头表面泥浆的矢量图

• 油气输运过程

油气的运输包含的内容非常丰富，ANSYS CFD所解决的行业案例也非常多，例如在管道设计方面、腐蚀、沉降、断塞捕集器、泵、压缩机以及天然气运输等方面都有着非常广泛的应用，利用ANSYS CFD用户能提供产品的性能，避免产品出现堆积、管道堵塞等非正常的现象。

采用ANSYS CFD计算模拟，构建一个对断塞捕集器性能的某项能力的评估平台,确定现有结构能够承受最大载荷，以消除再花250万美元来更新设备的必要性,并确定任何多余的液体都会被作为浮质排出到下游的状况，提供模拟自由表面流的能力，例如燃料在复杂管道和流动系统中的运动状况等。

CFX模拟断塞捕集器内液体自由表面

• 石油加工过程

石油加工过程是一个非常复杂的学科，所涉及的领域非常广泛，对流体的需求更加繁多，所包含的方向也更多。比如各种加热设备、分离设备、冷凝设备、各种反应器、辅助动力设备等，在各类设备的运用与维护中，所涉及到的CFD问题也更多。

在燃烧炉的设计中，针对不同燃料燃烧嘴的形状、喷嘴的位置、方向等，预测燃烧室内的温度和各组分浓度分布，设计出氮氧化合物含量低、热性能好的燃烧炉。

燃气轮机内喷嘴的流线图

下图为一个气体浮选系统，该反应器内的物理现象为一个多相分离过程，通过微小气泡对容器内废水中的污染物进行净化。通过FLUENT模拟研究气相与液相的混合，来研究净化效率不达标的原因。通过设计新型的气泡喷射器，来加强气液两相的混合，增大净化效率。

运用气浮技术对废水进行净化

ANSYS具有非常强大的多物理场分析功能和无可比拟的求解深广度，其求解功能几乎涵盖了石油天然气工业的所有设计领域。在石油工业中，ANSYS的研究应用领域包括：地球物理勘探、油气开发工程、石油钻井工程、采油工程、油田地面工程建设、石油机械工程、油气储运工程、海洋石油工程以及压力容器设计。

• ANSYS在油气勘探开发中的应用

在油气勘探开发工程中，可以分别或综合采用ANSYS系统中的相关模块，有效地解决油气勘探开发工程中的相关问题。ANSYS分析系统应用于盆地地质力学分析模拟、大地构造学数值仿真、地应力场模拟研究、地球动力系统与演化仿真、构造的地层温度压力场预测、井壁稳定性与钻进效果研究和石油勘探开发仪器设计。

ANSYS油藏构造应力场反演结果图

• ANSYS在石油钻井工程中的应用

钻井系统中的系统结构和大多数零部件都可以采用ANSYS有限元仿真进行模拟分析。ANSYS分析系统可以在以下诸方面发挥优势作用：石油钻机井架系统结构设计、钻柱强度与环空动力学、钻头与BHA设计、高压水射流破岩、井下环空流体动力学、钻柱接头与井下工具优化设计、地面钻井配套设备静动力学。

ANSYS传动齿轮滚动接触应力

ANSYS流体力学分析图

• ANSYS在采油工程中的应用

采油工程中的地面采油配套设备、井口设备、完井与采油管柱及丝扣连接、井下泵、封隔器与卡瓦、抽油杆等设备进行整体与局部零件的结构应力与变形分析等。ANSYS分析系统可以应用于以下诸方面：套管与油管柱设计、井口装置及阀门与法兰设计、油管与采油封隔器与卡瓦系统设计、井下电潜泵与水利活塞泵有杆泵管柱优化设计、射孔完井、高压注水强度、稠油热采工程、套管损坏机理。

ANSYS石油套管外挤变形仿真

• ANSYS在油田地面工程建设中的应用

  
  

ANSYS的强大分析能力可以解决大部分油田地面工程建设中的力学设计问题，大到千吨级重型设备的设计、装配，小到螺钉设计、焊缝连接等过程模拟，ANSYS分析技术可以在油田地面工程的以下诸方面发挥作用：石油重型装备设计与建设、油气储运地面工程建设、埋地及架空管线设计、钻采地面配套工程建设、滩海与浅海钻采装备。

连杆与十字头受力分析

• ANSYS在石油机械与压力容器设计中的应用

ANSYS软件是第一个通过ISO9001质量认证的大型分析设计类软件，是美国机械工程师协会（ASME）、美国核安全局（NQA）及近二十种专业技术协会认证的标准分析软件。在国内第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会的认证并在国务院十七个部委推广使用。

承受高温高压的压力容器设计中常常需要进行弹塑性、蠕变、大变形等非线性分析。起停机等变化的工况引起结构的交变应力，疲劳强度亦是容器设计中必需考虑的问题。

卧式容器应力分析

• 海洋平台中的系列应用

ANSYS AQWA是一套完整的水动力学分析集成软件，主要用于满足海洋工程结构水动力学特性的评估及相关分析需求，包括从桅、桁到海洋浮式储油船，从停泊系统到救生系统，从张力腿平台到半潜水系统，从民船到大型军舰等。

海洋平台安装过程模拟

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