星形喷嘴射流的破岩特点

在淹没和非淹没条件下对星形喷嘴射流的破岩能力进行了实验研究。结果表明，在非淹没条件下，星形喷嘴射流的破岩能力高于常规圆形喷嘴射流；在淹没条件下，当喷距小于10倍喷嘴直径时，星形喷嘴射流的破岩能力较圆形喷嘴射流弱，但是当喷距达到10～16倍喷嘴直径时，星形喷嘴射流的破岩能力明显高于圆形喷嘴射流。据此可将星形喷嘴应用于牙轮钻头，替代圆形喷嘴，以提高钻井清岩和辅助破岩效率，达到提高钻井速度的目的。     

淹没条件下锥形喷嘴射流破岩效率实验研究

喷嘴是水射流技术应用中获得高能量利用率的关键因素之一,其性能直接影响到射流的质量。用入口为圆锥形的带有喷嘴套的喷嘴产生的淹没射流冲蚀砂岩的实验证明射流破碎岩石存在两个最优喷距,且第二个最优喷距破碎岩石体积较大;锥形喷嘴入口角为30°破岩效果最佳;喷嘴套为扩展型最佳。     

自激振荡脉冲射流喷嘴频率特性实验研究

基于水声学和流体动力学原理,建立了振荡腔内脉冲射流频率模型,研究结果表明,模态数、流体密度及密度变化率是影响射流频率的关键因素。采用SD150测试系统,分析了自激振荡脉冲射流动态特性中各参数对其频率的影响程度,泵压和自激振荡腔长对射流频率影响的实验结果表明,脉冲射流幅值比连续射流提高了约20%;泵压升高,射流频率增加;腔长增大,射流频率降低,且存在一个使脉冲射流压力峰值达到最大的最佳腔长。实验结果与理论分析一致。     

中心体空化喷嘴射流实验研究

为探索中心体空化喷嘴射流的特性,提高射流效率,设计了一种新型中心体空化喷嘴.采用冲蚀靶材的方法,对中心体空化喷嘴射流冲蚀性能进行实验研究,重点分析冲蚀时间、入口压力和靶距对冲蚀性能的影响,并与角形喷嘴、淹没空化喷嘴的射流冲蚀性能进行对比分析.研究结果表明:在相同泵压条件下,中心体空化喷嘴和淹没空化喷嘴的冲蚀能力为角形喷...     

具有槽的腔式流线型喷嘴射流特性的实验研究

对具有槽的腔式流线型喷嘴进行了实验研究。实验结果表明，这种喷嘴除了具有一般射流的特性外，还有脉冲特性，其射流结构分为初始段和基本段。在基本段中，径向速度分布存在自模性。给出了径向速度分布计算模式及径向最大脉冲速度沿轴的变化规律数学表达式，并就实验中发现的射流脉冲机理进行了探讨。     

常压下淹没自激空化喷嘴的试验研究

本文概述了自激空化射流的原理和自激喷嘴的设计方法;并在常压下进行了淹没自激空化水射流冲蚀人造岩芯的试验研究。重点研究了风琴管喷嘴的腔室底部形状、出口喉部厚度和出口扩散角对射流冲蚀性能的影响,得出了有规律性的结果。同时在不同泵压、不同喷距的条件下对所设计的喷嘴射流轴心压力脉动作了测量。结果表明,风琴管喷嘴的射流压力脉动大于锥形喷嘴的射流压力脉动,且压力脉动的规律和破岩规律有密切的关系。     

高效脉冲喷嘴在喷射钻井中的实验研究

基于水声学和流体动力学原理，分析了自激振荡射流中碰撞剪切流动压力扰动波的传播速度及其对射流振荡频率的影响规律，建立了振荡腔内脉冲射流频率的数学模型，得出了声压、流体密度以及模态数是影响射流频率的关键因素。为获得更为有效的冲击压力和破岩效率,从提高脉冲射流瞬时峰值出发，研究射流频率和射流压力峰值的实际影响因素。实验采用SD150测试系统主要研究了泵压和自激振荡腔长对射流频率的影响。实验结果表明：泵压升高，射流频率增加；腔长增大,射流频率降低。另外，存在一个最佳腔长使脉冲射流压力峰值达到最大。实验结果与理论分析一致。     

新型双射流喷嘴冲击井底流场数值模拟研究

为了克服组合双射流的缺点,提出了新型双射流喷嘴,并采用RNGκ-ε湍流模型计算了新型双射流喷嘴冲击井底的流场。建模时采用有限体积法离散各控制方程,采用松弛迭代法求解各离散方程,壁面采用无滑移固壁边界。模拟结果表明,新型双射流不存在等速核,且轴心线冲击力小,但作用面积大;与旋转射流相比,轴心线附近流速最大,从而实现了高效破岩。漫流层的径向流速最大值出现在距离外流场轴线2.5D距离处,大小约为喷嘴出口速度的23%。新型双射流利用圆形射流冲击和旋转射流剪切破岩,能形成直径较大、深度较大的破碎坑。     

双射流喷嘴破岩扩孔的实验研究

利用旋转射流破岩效率高、小水眼可钻出大孔的特点,并结合锥形喷嘴有效喷距较长的特点,设计了一种新型喷嘴——双射流喷嘴。室内试验结果表明,射流喷嘴外旋转角30°左右破岩效果最佳,破岩面积则随着角度增大而增大;双射流喷嘴最佳喷距约为当量直径的5～8倍;在短喷距情况下,双射流喷嘴与普通锥形喷嘴相比,破岩效果相近,但破岩面积约为1～3倍。     

射流式井下增压装置的试验研究

为了测试射流式井下增压装置的整机性能,对该装置进行了地面模拟测试和整机试验研究。研究结果表明,增压出口压力示值的变化与输入排量和节流压降直接关联,且立管压力波动也反映出设计的工具压耗与实际试验压耗相吻合。同时通过试验也反映出,为适应钻井工艺的要求,必须增大增压比来实现在低节流压降条件下,达到高增压出口压力,进而满足循环系统对循环压力的要求。该试验初步验证了新型射流式井下增压装置设计的可行性,整体设计指标达到预期的要求。     

流体动力式超声波喷嘴雾化特性的实验研究

根据超声波雾化机理和经过反复试验,研制了流体动力式超声波雾化喷嘴。分析了流体动力式超声波雾化的原理与特点,分别用水和180号重油作为介质对喷嘴雾化特性进行了实验,测试了不同雾化空气压力、液体压力条件下沿喷嘴轴向的粒径分布,并对雾化特性进行了理论分析。用水作为雾化介质时,雾化粒径在实验条件下基本保持在10~16μm;用180号重油作为雾化介质时,即使在入口温度50℃的低温下,雾化粒径在实验条件下亦保持在10~15μm范围内,证明该喷嘴对重油有良好的雾化效果,具有较大的应用价值。     

射流式水力降压实验研究

采用研制的射流式水力降压模拟工具及其相应的试验台架,对一种在常规钻井方式下有效降低井底压力的射流式水力降压方式进行了实验研究。着重研究了工具喷嘴直径、排量及安装位置距钻头距离对降压效果的影响。研究得出如下结论:(1)射流式水力降压工具的降压效果随排量的增加而增加,在排量为9 L/s,工具距钻头距离L=0,喷嘴直径N=2.5 mm情况下,井底环空产生最大压差为0.45 MPa,当L=6 m,N=3.5 mm,工具吸入口处产生最大压差0.58MPa,该处压差平均降低17.74%;(2)工具降压效果与工具安装位置及喷嘴尺寸选择有关,工具安装在近钻头处,降压效果最明显,过于远离井底,降压效果波及不到井底,L>2 m时对井底环空压降趋近于0;(3)射流式水力降压工具可以有效地解决窄密度窗口地层的涌、漏等故障。     

超高压PDC钻头超高压喷嘴布置实验研究

通过实验研究与理论分析相结合,提出了超高压喷嘴布置方案。实验结果表明,在射流压力低于150MPa时,随着射流压力升高,单位功率下的岩石冲蚀体积迅速增大,但当射流压力达到150MPa并进一步升高时,单位功率下的岩石冲蚀体积略有下降,150MPa时破岩效率最高;超高压喷嘴按前进的方式移动,破岩效果最佳;喷嘴移动速度小于2.9mm/s时对岩石的冲蚀效果影响不大,超过此值后,冲蚀效果明显降低。从实验结果可以看出,喷嘴在钻头上的布置直接影响破岩效果。     

环形射流泵空化特性的试验研究

在简要介绍环形射流泵工作原理的基础上,定义了环形射流泵试验常用的一些技术参数;通过试验所得到的试验数据及引入相关的技术参数绘制了环形射流泵的特性曲线。根据环形射流泵的特性曲线,论述了临界空化数σc、收敛角α、吸入头的面积A1、喉管长径比L2/D2和射流涡旋强度J对环形射流泵空化性能的影响;通过分析这些影响,得到了一些有用的结论和公式,从而提出改善环形射流泵空化特性的一些建议,为高效环形射流泵的设计提供了理论依据。     

水力喷砂射孔参数优化室内实验研究

为了更有效地将水力喷砂射孔压裂技术应用于油藏开采中,对水力喷砂射孔参数进行室内实验研究。研究主要包括对不同岩样强度下喷射速度、射孔时间、喷嘴尺寸以及流体介质的优选。实验表明:喷射速度越高,射孔深度越深,同时喷嘴磨损程度增加;喷嘴尺寸越大,射孔效果越好;喷射速度越高,所需最佳喷射时间越短;喷射液体类型对射孔深度影响不大。该实验研究为水力喷砂射孔压裂工艺中关键参数的选取提供了重要依据。     

Experimental study of casing wear under impact-sliding conditions

Theoretical analysis and field monitoring show that lateral vibration has very important effect on casing wear in deep & ultra-deep well drilling.The wear mechanism ofcasing under impact-sliding work conditions has been investigated and many experiments have been completed with a newly developed full-scale casing wear test machine.Test results present that adhesion wear,contact fatigue,and grinding abrasion are the main wear mechanisms under impact-sliding test conditions.The friction coefficient and linear wear rate ofthe casing rise obviously with an increase in impact load.And the larger the impact load,the rougher the worn surface ofthe casing.The linear wear rate decreased slightly but the average friction coefficient increased slightly with an increase in impact frequency under an impact load of2,500 N.Both the linear wear rate ofthe casing and the average friction coefficient increased substantially with an increase in impact frequency under an impact load of4,000 N.Under lower impact load conditions,grinding abrasion and contact fatigue are the main mechanisms ofcasing wear;under higher impact load conditions,adhesion wear and contact fatigue are the main mechanisms ofcasing wear.     

岩石应力各向异性形成机理的试验研究

岩石的各向异性可以分为应力各向异性和材料各向异性两种,通常用声波速度在各个不同传播方向上的差异来表示岩体的各向异性。正确地认识岩石的应力各向异性形成机理对于计算各项岩石参数、分离应力各向异性和材料各向异性都有重要的意义。通过声波试验指出,岩石的应力各向异性是由于岩石内的孔隙形变引起的,并发现岩石的应力各向异性系数会随着应力增加而出现波动且波动幅度越来越小。     

井下它激振荡脉冲射流机理研究

在油气井钻井中,为了充分利用井下水力能量,利用井下环空流体液柱压力作为激励源,实现了它激振荡脉冲射流.探讨了井下环空流体作为它激源实现它激振荡脉冲射流的机理,建立了物理模型.利用室内实验研究揭示了井下水力它激振荡脉冲射流的机理,为井下水力增压的研究提供了理论依据.实验结果表明,它激共振腔结构参数(容积,上、下喷嘴直径,比值),它激孔位置、数量、直径以及水力参数(流量、射流速度、环空液柱压力)是影响它激作用的重要因素.在实验条件下,共振腔自增流量为泵入流量的20%左右;它激振荡脉冲射流出口动压力比自激振荡脉冲射流提高两倍.