基于CFD的高压水射流喷嘴流场仿真分析

目前高压水清洗技术在油管清洗领域占据了非常重要的位置,喷嘴作为高压水射流清洗系统的核心元件,其结构直接决定了射流清洗效果,因此选择和设计合理的喷嘴结构是非常重要的。基于计算流体动力学,建立三种常用喷嘴射流计算模型,以射流核心速度的衰减快慢、射流清洗的有效宽度、射流基本段长度作为喷嘴结构优劣的评价指标,通过计算分析得到:锥直型喷嘴最适宜作为高压水射流清洗喷嘴。     

超高压淹没射流井底流场特性模拟分析

超高压淹没非自由射流井底流场特性研究是超高压喷射钻头设计的关键技术之一,是延长钻头寿命、提高钻井速度、实现优快钻井的保障。目前关于高低压喷嘴联合作用下的井底流场特性的研究还不完善,文章通过建立井底流场计算域,运用数值模拟手段,在K-ε两方程数学模型基础上计算封闭的N-ε方程,对Ф15．9mm三牙轮超高压淹没射流的井底流场进行模拟。随着超高压喷嘴侧倾角从10°减小到8°,超高压射流流体上扬趋势变缓;超高压射流井底流场高低压区分区明显。分析认为超高压喷嘴射流能量大部分集中在高压喷嘴直径范围内,高低压喷嘴射流之间的相互干扰不大;超高压喷嘴射流直射井底与井壁交界处产生的流场特性有利于钻屑的运移和井底的清洗,且其产生的扩径率符合工程要求;喷嘴直径、喷射压力、喷射角度、喷距等对井底流场特性有影响。此方法为延长钻头寿命、提高钻井速度、实现优快钻井提供了保障。     

径向钻井高压水射流喷嘴内外流场分析

径向钻井高压水射流技术目前在国内外得到了广泛应用。对射流喷嘴内、外流场进行数值模拟分析将为选择合理的喷嘴结构以及为高压水射流破岩的进一步研究奠定基础。根据射流动力学原理,建立了单喷嘴轴对称淹没射流破岩的物理模型和数学模型,运用Fluent软件对径向钻井高压水射流喷嘴内、外流场进行了数值模拟,并分析了在不同喷距和入口流量下喷嘴内、外流场的规律。分析结果表明,射流轴线上存在速度衰减性、圆柱段速度保持性和最大速度偏移性;当射流冲击到径向井底后,在井底壁面上产生水垫,对喷头的推进产生阻碍作用;在径向钻井高压水射流中会产生滞止现象,将不利于钻井过程中岩屑的快速移运。     

GHC型高压水射流清洗除垢机应用推广会召开

高压水射流清洗技术的基本原理是以水为介质,通过高压水发生装置形成高压,再通过特制的喷嘴,将压力转变为高度聚集的水射流动能,完成清洗除垢.与传统的清洗方法(如化学清洗)相比,高压水射流清洗具有清净率高、不损坏被清洗物、应用范围广及不污染环境等优点.     

水力空穴法清除油田管线硫酸钡锶垢

水力空穴物理清垢技术是在射流喷嘴中加活动转叶或中心体,使流体绕流或在射流剪切层内形成大量涡旋,其中心压力降低,以便造成水射流内等处的局部压力降至该处的饱和蒸汽压以下,从而在射流内部产生数量众多并具有一定大小尺寸的空泡,形成冲击波,打破管内壁与污垢的黏合力,实现对管道的彻底清洗。将该清洗技术应用在清除油田管线硫酸钡锶垢时,可彻底清除注水管线、输油管线以及加热炉中的垢。     

高压水射流解堵增产增注技术

针对高含水后期油田和稠油低渗油田在钻井、完井及井下作业和生产过程中，由于污染和机械杂质沉淀造成油田产量下降的问题，通过室内研究和现场试验，研制成功了高压水射流深穿透射流解堵技术。介绍了高压射流工具的结构组成和工作原理，并根据水动力学原理，推导计算了作用于高压射流工具喷嘴处压力和喷嘴出流对炮眼的冲击力，并可根据地层堵塞程度确定射流的合理施工压力。通过现场施工应用情况表明，该技术一水井有良好的解堵效果     

淹没条件下超高压水射流冲蚀切割破岩实验研究

运用超高压射流数控自动万能切割机进行了淹没条件下水射流冲蚀切割破岩实验，选取了5档驱动压力和3种岩样，研究了水射流驱动压力、喷距、喷嘴横移速度和喷射角对破岩效果的影响。实验表明，淹没条件下超高压水射流冲蚀切割破岩存在最优喷距，最优喷距随压力的增加而增加；100 MPa时最优喷距约为15倍喷嘴直径，200 MPa时约为20倍喷嘴直径；喷嘴移动速度越小，冲蚀体积越大，随着移动速度的增加，开始时冲蚀体积下降明显，但移动速度进一步增加时，冲蚀体积减小并不明显,岩石的主要破坏发生在毫秒量级；最优冲蚀破岩效果的喷射角范围为12°~14°。     

超高压射流钻头破岩实验研究

超高压水射流技术在石油工程中的应用越来越广泛,目前超高压射流联合机械破岩是提高钻井速度最具潜力和最具可行性的方法。通过室内实验和现场试验研究了淹没条件下超高压水射流破碎岩石的主要规律,探寻影响破岩效果的主要因素及其规律,为超高压射流联合机械破岩及超高压PDC钻头的进一步研究奠定了基础。研究发现,影响超高压射流破岩的主要因素有压力、喷距、喷嘴移动速度和喷射角度等,射流压力越高破岩效果越好,最优喷距随着压力的升高而增大,200 MPa时最优喷距达到32.5倍喷嘴直径。实验条件下,150 MPa时破岩效率最高,喷射角为14°破岩效果最好。根据实验结果,对钻头切削齿和喷嘴布置进行了优化,设计制造了专用设备和工具,现场试验取得了较好的效果,可进一步推广应用。     

径向钻井倾斜井底高压水射流流场分析

为了对径向钻井倾斜井底高压水射流的流场进行研究,建立了三维单喷嘴水射流井底模型,采用Fluent软件对模型的流场结构进行了数值模拟分析。分析结果表明,径向钻井高压水射流喷嘴外部流场中存在"负压效应"和"水垫现象",负压的存在有利于射流从喷嘴内部流出,水垫会对喷头的推进产生阻碍作用;当径向钻井临时井底倾斜角度为0°时,射流到达井底后沿井底壁面中心向外对称流动,但随着井底墙壁倾斜角度的增大,由于倾斜井底的引流作用,大部分流体会沿着井底倾斜的方向流动,并且沿倾斜方向的流速较大;径向钻井中,如果井底是倾斜的,则沿着井底倾斜方向的压力比井底另一侧高。     

高压水射流清洗技术及其在管道除垢中的应用分析

因人工清洗、化学清洗、机械清洗等传统清洗技术均存在一定缺陷,对清洗成效造成影响,因此,本文对高压水射流清洗技术及其在管道除垢中的应用展开分析。本文首先对管道常规清洗现状予以分析,其次对高压水射流清洗技术原理及优势予以分析,再次对高压水射流清洗技术在管道除垢中的应用如多功能高压纯水射流清洗、磨料水射流清洗及机器人射流清洗等加以阐述。     

新型高压水射流试验系统的研制与测试

针对水射流研究领域试验设备存在的不足,研制了一套集试验及控制功能于一体的高压水射流室内试验系统。该系统主要由高压水射流试验台、磨料供给系统、3DPIV测试系统、模拟井下围压测试系统、高压水射流试验状态监测与压力流量采集系统等子模块组成。通过不同模块组合,该系统可用于新型喷嘴设计开发,喷嘴性能测试与结构优化,非淹没条件下射流破碎靶体性能分析,模拟井下围压环境下射流冲蚀靶体性能评价,射流辅助钻井等钻进相似模拟试验与性能测试,射流发生系统结构设计、优化与性能测试,以及新型射流形成机理与射流结构分析。初步试验结果表明:该系统功能齐全、操作简单、安全性高。新型高压水射流试验系统的成功研制,为高压水射流技术在石油工程中的应用奠定了基础。     

超高压辅助钻井高压喷嘴侧倾角模拟研究

利用超高压射流在井底圆周上切割出一圆形切槽, 改变井底待破碎岩石应力状态, 辅助提高机械破岩效率, 为此, 通过建立井底流场计算域, 运用数值模拟的手段, 在 Ｋ－ε两方程数学模型基础上计算封闭的 Ｎ－Ｓ方程, 对简化的三牙轮钻头超高压淹没射流在高压喷嘴不同侧倾角情况下的井底流场进行模拟。模拟发现随着超高压喷嘴侧倾角的减小, 井底平面上高速流体的漫流速度增加, 过流面积增加, 等速核的长度增大, 直射点的最大静压力增大。分析认为超高压喷嘴侧倾角的减小有助于井底岩屑的及时清洗; 在喷射速度、 喷距、 喷嘴直径一定的情况下, 针对不同门限压力值的岩石, 存在一个最大的超高压喷嘴侧倾角角度, 侧倾角角度小于等于 ８ ° 时, 超高压射流对于大部分岩石都适用。     

高压水射流离心限速自旋转喷头的设计

目前在高压水射流清洗油管工艺中所用的喷头大部分是固定式，由电机驱动喷杆再带动喷头旋转，清洗效率低、能耗高。研制出一种新型离心限速旋转喷头，是由喷嘴产生的水力扭矩使喷头自动旋转，内部设计有离心限速机构，在水压力稳定时使喷头转速稳定在理想范围内。与传统的水射流清洗系统相比，该喷头具有清洗效率高、节约能耗的优点。     

水喷嘴壁厚对水气两相射流的影响分析

为了更好地提高水射流能力,以流体力学中气液两相流为基础,在同样工况下,利用数值模拟方法模拟了两种不同壁厚的高压水喷嘴在气体保护作用下,在空气中的喷射状态。通过模拟的流线图以及现场的喷射结果对比,得出喷射效果较好的水喷嘴壁厚结构,并解释了其壁厚结构优化的原因。     

空化射流空化云形态变化规律和流场稳定性研究

高压水射流具有强力的冲蚀能力,在钻井工程中取得了良好的应用效果,而射流过程中会发生空化现象,该现象伴随着高温高压,是影响射流冲蚀能力的关键因素之一.喷嘴的结构对射流的空化发生能力有很大影响,分析空化射流流场特性和喷嘴结构之间的关系,是高压水射流射流研究的一个重要内容.本文采取可视化实验方案,用3D打印的风琴管式自振空化...     

带有井下增压器的连续管射流钻井

高压旋转水射流钻井可以提高钻井的速度,减小钻压、扭矩振动,因此可以采用常规的地面泵送设备和连续管,利用高压旋转水射流钻机、增压器和油气分离器进行喷射钻井.利用高压反作用式涡轮射流可以钻1 1/8～3 5/8in的井眼.喷射钻井实验显示70 MPa的射流可以有效地钻穿最常规的油气产层.常规泵、旋转接头和管线达到28 MPa才能够操作,而一个压力比为2.5:1的增压器可以在所要求的压力下进行有效的钻进.增压器可以利用气锚对两相流产生作用,从两相流中分离出来的气可以供给增压器和要通过射流喷嘴的高压水,并可以传到钻头上用来延伸射流的喷射范围.实验表明,井底钻具组合的喷射钻井可以有效地铣削胶结物,但是钻进速度比电动机和磨铣钻头的组合慢,且要求更高的泵压.可以在无法应用电动机的地方应用这种工具,例如这个工具可以通过超短半径的流动给小直径喷管射流钻井提供能量来进行水平钻井.可用于去除对井底设备有害的硬水垢等油井服务.     

超高压水射流冲击应力分布规律的数值分析

由于高压水射流破岩涉及的因素较多,且水射流作用过程复杂,致使水射流冲击下介质内部的应力分布一直未能被准确揭示,从而制约着水射流技术的应用和发展。运用全解耦的流固耦合理论,建立了超高压水射流冲击弹性非孔隙介质的应力分布计算的数值模型,其中水射流采用标准K-ε双方程模型和控制体积法,介质采用固体有限元法,给出了水射流与介质耦合的数值算法。根据建立的理论模型,计算了介质在不同水射流速度冲击下流场压力和介质内部的应力分布规律。计算结果表明,在超高压水射流冲击作用下,固体介质受力局部效应明显,冲击区内介质基本处于受压状态,最大拉应力值位于介质表面,最大剪切应力位于冲击中心下部约0.5倍喷嘴直径的位置。控制好水射流喷射速度与喷距,可以提高水射流清洗、切割、破碎和表面处理效率。     

高压射流解堵技术

高压射流解堵是一种通过从高压射流工具中喷出的高频、高速射流来清洗炮眼及解除附近地层堵塞的物理解堵方法。高压射流解堵工具由过滤器、扶正器、阻尼器和喷嘴头组成。来自地面的高压水流经过过滤器去机械杂质后，经过阻尼器内外两自激振荡腔，产生振荡干涉叠加，峰值压力提高对％，再通过喷嘴头上四个小孔射出，其中两股射流为周向射流，驱动喷嘴头作高速旋转，其余为径向射流，对于井街上的某一炮眼来说，将受到一连串脉冲水流的强有力冲击，使得炮眼结垢冲蚀，附近地层将产生疲劳裂纹并扩展，提高渗透性。高压射流工具在20～25MPa驱动…     

超高压磨料射流碎碎切割实验研究

利用300MPa超高压射流切割实验，针对影响高压磨料水射流切割破碎效果的不同因素，对不同性质的材料进行了后混合磨料射流切割实验研究。实验表明：射流的驱动泵压与切割效果成正比，随磨料直径减小，切割深度增加。喷嘴横移速度和喷距增加将导致切割深度降低。高聚物聚丙烯酰胺添加剂会导致超高压后混合磨料水射流切割效果的降低。对大理石、花岗岩和标准铝板等材料的实验表明无空隙材料的切割深度低于有空隙材料。     

空化水射流物理化学效应分析

空化水射流是射流流场某点压力降至饱和蒸汽压以下,伴随有气泡产生、长大和破灭过程的一种新型射流,空泡溃灭产生瞬间高温和高压现象,伴随有H^＋和OH^＋等强氧化物质的产生。利用高温、高压及微射流等物理效应,可以显著地提高射流清洗、除锈、破碎效果及改善金属表面性能的能力。通过机械剪切、热解、自由基氧化和超临界水氧化等化学效应,可以对毒性难降解有机物进行化学降解。空化水射流在石油、矿业及环保等领域具有广阔的应用前景。