液动冲击器工作动力学模拟研究

液动冲击器工作性能是影响冲击旋转钻井技术现场应用效果的主要因素之一。为充分发挥冲击旋转钻井技术的应用效果，在考虑射流元件工作特性的基础上，运用流体力学理论建立了液动冲击器工作动力学模型，并编制了计算液动冲击器性能参数的模拟程序，通过模拟计算程序得到了在不同液动冲击器结构参数和钻井水力参数下液动冲击器基本参数的变化规律。该动力学模型不仅可用于改进液动冲击器的设计，而且可用于优选液动冲击器的性能参数和冲击钻井钻具组合设计。该研究成果在四川川东地区龙会4井和天东90井得到了应用，对现场施工设计起到了较好的指导作用。     

小井眼射吸式液动冲击器工作性能数值模拟

液动冲击器钻井技术是解决深井硬地层钻速慢、钻井效率低的有效方法之一。为了研究射吸式冲击器的实际工作状况,对现有的射吸式冲击器进行了有限元模拟分析,研究了不同冲锤质量、泵排量、喷嘴直径对冲击功和冲击频率的影响,优选出最优的工作参数。结果表明,在边界条件、泵排量和喷嘴直径保持不变时,随着冲锤质量的提高,工具冲击功增大,冲击频率降低;当冲锤质量为9.675 kg时,冲击频率为1 397次/min,冲击功和冲击频率均较大,冲锤回程消耗能量较小,此时冲锤质量为最优;当喷嘴直径不变时,随着泵排量增大,工具内部压降和冲击频率均提高;当泵排量不变时,随着喷嘴直径增大,工具内部压降和冲击频率均降低。该有限元模拟分析了不同工作参数下冲击器的工作效果,为现场的实际应用奠定了良好的基础。     

液压修井机液压缸的稳定性仿真

液压修井机利用伸缩液压缸完成起下油管作业,为了满足液压修井机伸缩式液压缸的可靠性设计,必须对液压缸工作的稳定性进行可靠性分析。为此,建立了多级液压缸有限元仿真模型,利用ANSYS软件中的分析结构屈曲和屈曲模态技术,对液压修井机液压缸的工作过程进行了非线性稳定性分析,并根据仿真计算结果提出了该修井机液压缸的优化结构,为设计安全可靠的液压修井机提供了可靠的理论依据。     

水力压裂工况对活动弯头冲蚀行为的影响

目的探究压裂施工参数对活动弯头冲蚀的影响,厘清不同工况条件下活动弯头冲蚀行为及冲蚀速率的演化趋势。 方法使用CFD软件建立通径为69.85 mm的双弯弧活动弯头模型,结合压裂实际工况,分别针对不同安装角度、支撑剂质量流量、压裂液流速及黏度条件下活动弯头冲蚀行为进行仿真计算。 结果不同工况条件下弯头最大冲蚀速率均出现在第二弯弧外拱侧出口处。在其他参数相同的条件下,活动弯头最大冲蚀速率在安装角度75°时出现极小值;支撑剂质量流量在4.2～25.2 kg/s 范围内,最大冲蚀速率呈线性增大,当支撑剂质量流量达到 33.6 kg/s 后,由于“屏蔽效应”导致冲蚀速率增速较略有降低;冲蚀速率随着压裂液流速增大呈近似指数型增长趋势;压裂液黏度在 10～40 mPa·s 范围内时,活动弯头最大冲蚀速率较为平稳,随着黏度逐渐增大,最大冲蚀速率也随之增大,并在 120 mPa·s 后趋于平稳。 结论研究结果与现场实际基本符合,可为压裂现场活动弯头布局及施工参数优化提供有效参考。      

混合水压裂支撑剂铺置规律模拟研究

混合水压裂是油气藏增产的一项重要技术,形成高导流能力的填砂裂缝是压裂成功的关键。通过建立混合水压裂数值模型,研究压裂液黏度、施工排量、泵注工艺对支撑剂在裂缝中的铺置规律的影响。以东胜气田杭锦旗58井区为例,为获得裂缝中理想的支撑剂分布,提高裂缝导流能力,对压裂施工参数进行了优化,压裂后与邻井相比取得了较好的增产效果。     

气液两相流液压抽油泵模拟试验装置设计

研究泵内流场尤其是混相流流场,是改善抽油泵性能的关键所在。石油大学（北京）为此研制了一套气液两相流液压抽油泵模拟试验装置。这种装置由单相流试验装置和混相流试验装置构成,前者能比较真实地模拟井下的各种工况和抽油泵内液体的流动状态,后者可模拟不同的油气比。为了在不干扰流场的条件下定量完成流场的瞬态测量,给出平面流场的速度矢量图和旋度场等揭示流场瞬态流动结构的图像处理结果,采用了具有测量精度高、空间分辨率强和动态响应快等特点的粒子成像测速（ＰＩＶ）先进技术     

封隔器卡瓦咬合过程受力模拟研究

文章采用云纹法物理模拟技术和有限元法数值模拟技术相结合的方法,对封隔器卡瓦与套管之间的咬合受力情况进行了研究,得到了卡瓦内部应力、应变分布规律,发现了卡瓦各齿受力不均匀情况和对卡瓦失效产生的重要影响.上述研究结果为改善卡瓦结构、提高工作可靠性提供了实验基础和理论依据.     

水力活塞泵工作筒氟密封环的形状优化

根据水力活塞泵工作筒氟塑料密封环的受力情况,为增加其密封性能,在O密封线以上增加一个外三角形槽,使氟环由弓形变为S形,经形状优化的氟环许用变形可增大45％,密封性能显著提高。     

液-液水力旋流器的模拟分析与结构优化

根据计算流体力学的原理和方法,以流场数值模拟为基础,利用大型流体计算软件对液液水力旋流器内流体的运动规律进行了模拟分析。在模拟分析基础上,以提高分离效率为目的对除油水力旋流器的入口形式、溢流出口直径和旋流腔长度进行了优化设计。在实际应用中,应用计算得到的优化结构,可以提高旋流器分离效率6%左右。     

油井水力压裂流-固耦合非线性有限元数值模拟

基于多孔介质流固耦合的控制方程,推导了相应的非线性增量有限元列式,并采用以节点位移和孔隙压力为自由度的黏结单元来模拟水力损伤造成的预设裂缝的起裂和扩展,在此基础上建立了油井水力压裂的有限元模型。在该模型中考虑了压裂液的黏性系数和支撑剂的体积浓度随时间变化,所有参数均采用现场压裂的数据。通过数值模拟,得到了缝口压力、射孔孔眼摩阻、沿程摩阻、井筒内液柱静水压力和地面井口压力随压裂时间的变化规律,并给出了“压裂作业三条线”,模拟得到的“压裂作业三条线”与现场压裂实测结果吻合良好。     

乳化和润湿反转现象的耗散粒子动力学研究

利用耗散粒子动力学方法,研究了化学驱过程中乳化和润湿反转两个重要的物理化学现象。通过合理划分流体粒子和定义粒子之间相互作用参数,模拟了十二烷基苯磺酸钠、正十二烷和水三组分体系的自发乳化现象;通过附加固壁条件,模拟了在水动力作用下吸附在岩石表面的油珠发生破裂的非自发乳化过程,以及由于表面活性剂在岩石表面吸附而引起的润湿反转现象,比较了润湿反转前后残余油珠的运动情况。模拟结果表明:作为介观力学的离散粒子动力学方法,耗散粒子动力学方法可作为研究包含物理化学现象的化学驱渗流问题的重要手段。     

可变径闸板防喷器前密封封井过程受力模拟研究

可变径闸板防喷器作为新型的闸板防喷器,能够密封一定范围内多种规格的钻具,具有成本低、使用方便等特点。文章通过建立有限元模型,模拟了可变径闸板防喷器的工作过程,对其前密封应力的分布和变化进行了分析,探讨了产生破坏的原因,便于优化设计。     

真三轴大物模水力压裂裂缝起裂及扩展模拟实验北大核心CSCD

目的鄂尔多斯盆地长7致密砂岩储层岩石致密、非均质性强,孔喉分选性及连通性较差。前期常规压裂工艺改造手段单一,裂缝欠发育的致密储层改造效果不佳。方法根据量纲分析法(π定理)优化了物理模拟实验相似准则设计思路,设计了等比例缩小的压裂裂缝起裂及延伸模拟系统。利用大尺寸真三轴模拟实验系统,系统开展了30 cm×30 cm×30 cm致密砂岩露头岩样水力压裂模拟实验。利用三维扫描仪量化评价压裂裂缝改造面积,结合岩体破裂时的实验泵压峰值,揭示裂缝起裂及延伸规律。结果量化了天然裂缝及弱面、应力差、压裂液体类型和施工排量条件下压裂裂缝起裂压力及其改造面积,揭示了地质工程因素对压裂裂缝延伸行为的影响规律,明确了地质工程参数对压裂裂缝延伸及复杂缝网形成的影响程度。结论天然裂缝及弱面发育、低应力差、低黏滑溜水和高排量是获得复杂裂缝形态的有利因素,为研究区块体积压裂工艺试验进行了实验佐证和理论依据。建议采用“大液量、大排量、扩大波及体积”为主的体积压裂思路及工艺技术,以获得复杂缝网的改造目标。