石油石化行业简介

近些年，随着软、硬件环境的改善，有限元方法逐步引入压力容器行业，并取得的很多成果。在接管、球罐、换热器、塔器、加氢反应器等设备的设计中，起到了关键性的作用。但是，由于分析软件和工具的限制，压力容器行业的有限元应用还局限于线弹性分析，并没有发挥有限元的强大功能。目前应用，只是集中在有限元的一些基本功能。作为非线性有限元分析软件的先驱SIMULIA，除可以完成接管、球罐等设备基本的分析功能之外，还可以求解更广泛范围的非线性问题，为石油化工行业进一步提高有限元分析的能力提供了完善的分析平台。

高级的分析技术将会越来越广泛地应用到压力容器领域。做为引领高级有限元分析技术的ABAQUS，是最有力和最有效分析工具，它将进一步提高石化行业有限元分析的水平，并将有限元分析手段更广泛地应用到各个工程项目当中去。

在石油化工行业，线性分析已经处理得相对完善。如果需要进一步提高有限元应用水平，必须在分析中引入非线性高级分析功能。

从有限元软件在石油化工行业的广义应用中可以看出，有限元分析涉及石油化工行业的所有领域，具体包括在储运设备与储运工程中的应用、在钻井设备与钻井工程中的应用、在采油设备与采油工程中的应用等。

钻井设备与钻井工程中的应用案例与经验

（1）非开挖定向钻孔穿越过程仿真分析

创建整体的几何模型，并划分网格，在此基础上分别对整体钻孔工具粘土或饱和砂岩的几何模型进行装配，其装配结果如图所示。其中，对于金属杆和扩孔器、刀板式扩孔器和捅式扩孔器之间分别采用Tie的连接方式进行连接，并设置粘土或饱和山岩的内表面空腔与金属结构的接触作用，整体模型装配结果与连接、接触关系如图所示。

（2）定向钻孔射流对壁面冲刷过程模拟分析

模型分析主要采用EULER的方法实现流体的分析，因此不用创建钻具的结构体模型，前处理模型中分别将水和泥浆作为一个流体域EULER_WAT，粘土与砂岩作为一个流体域EULER_SAN，创建6°的定向钻孔喷嘴与两个流体域的几何模型，其整体模型与流体域模型如图所示。通过对比水和泥浆材料与粘土和砂岩材料在欧拉域网格中的位移场分布，描述喷嘴倾角A对冲刷效果的影响，如图所示。从位移场分布云图可以显著地看出，喷嘴倾角A对冲蚀的影响，随着距离的增大，射流的影响区显著增大，从而导致水和泥浆、粘土和砂岩的位移范围的深度和宽度显著不同。