带接箍水平油套环空流场特性模拟与试验

环空压耗的准确预测在深井、超深井钻完井中具有重要意义。环空流场特性研究是环空流动压耗预测的理论基础。为了揭示带接箍水平油套环空的流场特性及其影响规律,建立了不同结构的带接箍水平油套环空流动模型,采用Realizable k-ε湍流模型进行了流场的数值模拟,并开展了基于粒子图像测速技术(PIV)的流场可视化试验。对比分析了缩扩比和排量对环空流场流线分布、速度分布、压耗以及涡量分布的影响,得到了带接箍水平油套环空的流场特性及其影响规律,初步探索了压耗产生与涡旋之间的关系。搭建了可视化的带接箍水平油套环空流场测试试验装置,验证了数值模拟的准确性。研究结果表明：带接箍水平油套环空流场在突缩入口处、后向台阶处出现回流区;缩扩比、排量主要影响了后向台阶处的流场特性,对前向台阶处的流场特性影响较小;随着缩扩比的增大,环空流场的回流区范围减小,压耗减小,涡量值减小;随着排量的增加,环空流场的回流区范围增大,压耗增大,涡量值增大。研究结果可为变截面环空流场研究提供参考,为环空压耗预测提供理论基础。