一种脉冲射流工具的携岩仿真研究

川南地区的大中斜度页岩气井因地层结构,在钻进过程中产生的岩屑极易沉积为岩屑床,使得钻杆摩阻增大,最终还会造成钻具断裂等重大井下事故。为了减少岩屑床的生成并提高井眼清洁度,提出一种新型脉冲射流工具,该工具既可以减少岩屑沉降,还可以破坏已存在的岩屑床。利用仿真分析软件ANSYS建立了新型脉冲射流工具与普通携岩钻杆的仿真模型,利用CFD-DEM(离散单元法)耦合对二者进行精确仿真,在改变岩屑粒径、钻井液密度、入口排量、井斜角等因素下,对比分析新型脉冲射流工具与普通携岩钻杆的岩屑运移能力。最终得出新型脉冲射流工具相比普通携岩钻杆可以更好地提高岩屑运移能力（利用脉冲高速流体对已沉降的岩屑进行搅动）,并且其脉冲射流还可以破坏已存在的岩屑床的结论。该研究成果对减少井眼环空内岩屑总质量与提高钻井经济效益具有重要意义。     

新型铝合金钻杆对岩屑运移效率提升研究

设计一种新型铝合金钻杆。该钻杆可以悬浮在井眼上部,使高速区与岩屑床重合,提升岩屑运移效率。对新型铝合金钻杆进行载荷分析及各零件强度校核,验证新型钻杆的强度。在Fluent中,对环空井眼岩屑运移三维模型进行定性分析,对比不同钻杆转速、岩屑粒径、钻井液排量和钻井液密度下新型铝合金钻杆相对于传统钢钻杆岩屑运移的效率提升。结果表明：新型铝合金钻杆在不同条件下都有更好的携岩能力,特别是对于大粒径的岩屑运移有较大优势。研究结果有助于新型铝合金钻杆的使用和提升井眼清洁度。     

基于CFD-DEM的新型铝合金钻杆携岩仿真分析

由于川渝地区的地层结构较复杂,在钻探过程中产生的岩屑容易在井内沉积,使得岩屑运移难度大,最终还会造成卡钻与钻具断裂等重大井下事故。为了提高页岩气井的携岩能力,提出一种新型铝合金钻杆,对新型铝合金钻杆的携岩原理进行分析,得出该钻杆既可以提高岩屑运移能力,也可以降低摩阻,减少钻井液压耗,再对该钻杆进行力学分析与建模,利用实际参数计算,验证了钻杆的可浮性;然后对岩屑沉降与排出全过程进行分析,提出岩屑沉降与排出全过程的5个阶段;最后在充分考虑了钻井液、岩屑颗粒、钻杆和井壁相互作用的影响下,利用CFD-DEM耦合对新型铝合金钻杆的携岩过程进行精确仿真。改变钻井液排量、钻杆转速、岩屑粒径、钻杆偏心度,对新型铝合金钻杆的携岩能力进行分析,并将该钻杆的携岩效率与传统钢钻杆进行对比,研究了两种钻杆的岩屑运移率,最终得出新型铝合金钻杆相比传统钢钻杆具有更高的携岩效率。该研究成果对减少岩屑沉降、提高岩屑运移能力具有重要意义。     

PDC钻头设计参数对井底流场分布的影响规律研究

研究PDC钻头井底流场分布规律是提高岩屑运移效率、冷却钻头和抑制泥包产生的有效方法。利用Fluent软件,基于 κ-ε 双方程模型和封闭N-S湍流方程,使用Simplec算法,分析钻头转速、钻井液喷出速度和总流过面积相同时喷嘴数量对井底流场分布的影响。结果表明：当钻头转速从90 r/min增加至110 r/min时,转速增加对井底湍动能及速度的提升效果较为显著;但当转速达到120 r/min时,井底湍动能及速度略有降低,提高钻头转速有利于由外向内清洗钻头表面;当钻井液喷出速度从5 m/s增加至9 m/s时,井底湍动能及速度随射流喷射速度的增加而增加,提高钻井液喷出速度可以使漩涡靠近井壁或钻头体,抑制了漩涡面积的增加,有利于岩屑的运移;在喷嘴总流过面积相同时,减小外侧喷嘴直径,外侧喷嘴个数从3个增加至4个,井底湍动能及速度随之增加,有利于井底岩屑的运移,但导致钻头表面中心的低速区域面积增加,不利于钻头表面的清洗。     

周向引入旋流喷嘴参数优化的仿真和实验研究

周向引入旋流喷嘴能够有效提高喷嘴内部的液体流速和外流场的雾化效果。针对影响旋流喷嘴的关键参数(射流管直径、喷嘴出口直径、射流水压),分别利用流体动力学软件仿真和实验测试研究了旋流喷嘴内外流场。结果表明:旋流喷嘴上部中心区域压力较低,旋流提高了喷嘴内部水流的速度;在旋流喷嘴内部,随着射流管直径的增大,喷嘴轴线的速率会随之增加,喷嘴内部射流速度均沿着轴线方向表现出单调增加的变化规律;雾化粒度D50随着射流水压和射流管直径的增加而减小;雾化粒度D50随喷嘴出口直径的增加均表现出单调增加的变化。确定最佳喷嘴出口直径为3 mm,射流管直径为4 mm。     

井下钻柱减振增压装置工作特性的仿真研究

井下钻柱减振增压装置是一种用于实现井底超高压射流辅助破岩的钻井工具,该装置的工作原理是利用井底钻柱振动能量,采用活塞激励的方式调制超高压射流。为研究各参数对该工具工作特性的影响规律,为其现场应用提供理论依据。基于该工具的工作原理,建立了数学模型并进行了仿真分析,对其工作特性进行了研究,以有效破岩水功率(单位时间内装置输出钻井液携带的有效破岩能量值)为优化指标,得出了钻进参数及超高压喷嘴当量直径对其工作特性的影响规律:装置输出压力的峰值随着超高压喷嘴直径的增大逐渐降低;随着钻压、转盘转速的增大而升高;当喷嘴直径为3 mm时,装置输出的有效破岩水功率最大;有效破岩水功率随着钻压、转速的增大而增大。为使单位时间内装置输出的有效破岩水力能量最高,钻进参数与超高压喷嘴直径之间存在最优参数配合。     

中厚板轧后冷却圆形喷嘴射流冲击行为分析

在中厚板轧后冷却过程中,喷嘴的射流冲击形式和钢板表面积水层深度对冷却能力有着重要影响。本文利用ANSYS Fluent软件进行模拟仿真,研究了相同口径的圆形喷嘴,在不同倾斜角度、入口速度的条件下,射入不同积水层深度的水流场,分析了水流场中的流速及对钢板表面的冲击压强的变化趋势,得出初始流速、钢板表面积水层深度对射流钢板冷却冲击的影响关系。结果表明：喷嘴倾角越大,初始速度越大,钢板表面的积水层越薄,射流冲击钢板表面的压强值越大,冷却能力越强。     

喷嘴直径对水射流切割性能影响的实验研究

水射流磨料喷嘴是磨料颗粒加速的关键部位,喷嘴直径对射流有重要影响.通过实验研究了喷嘴直径与射流切割性能的关系.研究结果表明:(1)试件的切口深度和切口宽度随喷嘴直径的减小基本上呈线性减小;(2)同一压力下,减小喷嘴直径会降低射流的切割比能耗;(3)试件在射流移动方向的直线度及切13角的大小均与喷嘴直径无关.在相同压力下,喷嘴直径减少使射流穿透能力降低,从而使切割质量下降;(4)从能耗、节约被加工材料、切割效率和设备投资等多方面因素考虑,对于普通材料切割的喷嘴直径较佳选择为φ0.6～1.0 mm,由于喷嘴直径小于?0.2mm时射流切割能力显著降低,因此不宜进行?0.2mm以下的磨料射流切割.     

射流电沉积镍工艺研究

通过射流电沉积瓦特镍电解液研究了电压、电解液温度、射流速度、主盐浓度、阳极喷嘴口径对沉积电流、沉积速率、电流效率的影响.结果表明:在电压为45V,温度为50℃,阴阳极间距离为17mm,NiSO4·6H2O浓度为280g/L时,从沉积电流、沉积速率、电流效率来看,效果最好.电压的增大使得沉积电流、沉积速率、电流效率增大,当电压增大到45V后,电流效率不再增大,而是趋于平稳,到55V后,沉积层烧焦.试验还发现,电解液流速和阳极喷嘴口径越大,沉积速率、电流效率也越大.     

基于FLUENT的水射流冲击力影响因素仿真分析

基于水射流冲击模型,应用FLUENT流体分析软件对喷嘴射流冲击力数值模拟和仿真,得出不同的射流压强、喷距及喷嘴出口直径对射流冲击力及冲击作用区域的影响。结果表明:其他相关因素确定时,射流冲击力随着射流压强的增加而增大,随着喷距的增加先增大、后减小;不同喷嘴出口直径的射流冲击力的比值约为喷嘴出口直径的平方比,射流冲击的作用区域与喷嘴出口直径有关,其面积约为出口直径的2.9倍。     

Prevention of wheel clogging in creep feed grinding by efficient tool cleaning

This paper is dealing with the identification of efficient cleaning nozzle configuration to prevent the wheel from loading in creep feed grinding. The properties of different cleaning nozzles types were analyzed in terms of jet velocity and jet impact on the wheel surface using high speed imaging and pressure sensitive sheets. In grinding experiments the cleaning efficiency of each nozzle configuration was evaluated by optical measurement of wheel clogging inside the machine tool. With this newly developed procedure of tool cleaning optimization a significant reduction of grinding forces (up to 30%) and of the tool wear (up to 20%) was achieved.     

针型喷嘴射流特性研究

运用FLUENT流体仿真软件的VOF两相流模型对针型喷嘴在不同入口压力、不同打击距离的喷嘴射流流场进行数值分析,得到针型喷嘴射流流场的速度和被清洗件承受的压力分布云图和压力分布曲线,研究针型喷嘴射流参数的变化对射流流场速度及压力的影响规律。结果表明:随着入口水压的增加,射流最大速度和被清洗件上承受的压力值增加,但增加趋势逐渐减小;随着打击距离的增加,清洗范围略微增大,被清洗件上承受的压力值减小,但减小程度逐渐下降;进而得出当入口压力为30 MPa,打击距离在90～100 mm范围内的针型喷嘴具有最佳清洗效果。     

孕镶金刚石钻头钻进花岗岩岩屑特性室内试验研究

岩屑的特征参数是影响其环空上返的一个重要因素。为研究孕镶金刚石钻头钻进花岗岩所产生的岩屑特性,开展室内微钻试验。研究发现碎岩产生的岩屑在一定范围内呈单峰值分布,且岩屑粒度分布范围与钻压、转速等钻进参数有关;在一定程度上岩屑峰值粒径随着钻压的增大而变大,随着转速的增大而变小。进一步显微观察岩屑形貌特征,发现岩屑颗粒基本小于岩石原矿物颗粒尺寸,且岩屑颗粒多呈单一矿物成分,较少有多种矿物相互混杂的岩屑颗粒;显微观察岩屑与岩石表面形貌特征,发现孕镶金刚石钻头钻进花岗岩时以体积破碎的方式为主、塑形微切削方式为辅。     

Wear characteristics of the cemented carbide blades in drilling limestone with water jet

Drilling hard rock with water jet is considered to be an efficient way to improve the work life of the cemented carbide blade. In this paper, cemented carbide material YG-6 is used on the drill bit in limestone drilling with water jet. Wear characteristics of the cemented carbide blades in drilling limestone with water jet is studied. Experiment results showed that the water jet pressure and nozzle diameter played an important influence on the wear rates of the cemented carbide blades in the drill bits. The wear rates of YG-6 blades decreased when the jet pressure increased. But the decline speed of wear rates was not even, it declined more and more slowly when the jet pressure upon 10 MPa. It was also showed that wear rates decrease with the increase of the nozzle diameter in the drill bit, for the bigger nozzle diameter could provide more impact force which could reduce the mechanical force on the YG-6 blades. SEM photographs were taken to characterize the wear mechanism of the cemented carbide blades in limestone drilling with water jet. Surface analysis demonstrated that cemented carbide blades in limestone drilling with water jet showed circular action of brittle fracture, grain pullout and polishing, which induced material removal process.     

铰接式柔性钻杆的参数化设计

柔性钻杆是超短半径水平井钻井工具的重要组成部分,其结构设计的好坏直接影响钻井工具的工作性能.根据柔性钻杆的强度条件以及与导向筛管的几何关系,得到了满足不同井眼曲率半径的柔性钻杆结构参数;考虑球头柱键与凹槽的接触非线性及柔性钻杆的材料非线性特性,采用有限单元法建立了单节柔性钻杆有限元模型;对不同结构参数的柔性钻杆进行了仿...     

Influence of Flow Swirling and Exit Shape of Barrel Nozzle on Cold Spraying

Traditionally, in cold spray two-phase supersonic jet formed with the help of converging-diverging nozzle are used. In this study an alternative design of cold spray nozzle is proposed in which a high velocity two-phase flow is created using an intense flow swirling in a constant section barrel (cylinder) with double-edged bevel exit. As a result, a high velocity gas-powder mixture jet is produced presenting a fan-shaped jet spreading at a large angle in one plane and approximately of equal size along the normal to this plane. This results in greater angles of particle deposition and, hence, in larger deposition widths, with the maximum width of deposition spot reaching 25 barrel diameters. The performed experimental study proves the new nozzle design to be appropriate for deposition of cold-sprayed coatings.     

钻杆溶解氧腐蚀影响因素分析

溶解氧腐蚀是钻杆使用寿命下降的最重要的原因。通过试验研究和文献分析,论述了钻井施工过程中服役环境、溶解氧浓度、泥浆pH值、井下温度、压力、钻井液、钻杆材质等诸多因素对钻杆溶解氧腐蚀的影响。分析认为,氧浓度对钻杆腐蚀起主导作用,钻杆腐蚀速度随着氧浓度的增加而加快;防止钻杆氧腐蚀最简便的措施是提高钻井液的pH值,最有效的办法是采用除氧剂对钻井液进行除氧。