角形空化喷嘴内外流场的数值模拟

为研究角形空化喷嘴对空化射流空化效果的影响,建立了空化喷嘴内外流场的数学模型和物理模型。利用流体力学模拟软件FLUENT,采用混合模型、空化模型和RNGκ-ε湍流模型对角形空化喷嘴的空化射流内外流场进行了数值模拟。以射流流场中含气率分布为判断喷嘴产生空化效果的依据,分析了直柱段直径、入口压力、围压对射流空化效果的影响。模拟结果表明:相同喷嘴入口压力条件下,直柱段直径越大,射流空化效果越好;增大喷嘴入口压力可以提高射流空化效果,但围压的存在会抑制空化泡的产生,不利于提高空化效果。数值模拟结果可以为空化射流的产生提供指导。     

自振空化射流钻头喷嘴研制及现场试验

在风琴管谐振腔模型的基础上，给出了自振空化喷嘴的设计模式。用硬质合金为主要材料研制出了石油钻井用自振空化射流喷嘴。现场试验表明。自振空化喷嘴钻头与普通中长喷嘴钻头相比，钻井速度提高10．5%～49．3%，平均机械钻速提高31．2％．钻头进尺也相应增加29．1％。自振空化射流喷嘴具有广泛的应用前景。     

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...     

不同形状喷嘴的射流清洗数值模拟研究

为了研究喷嘴形状结构参数的变化对流场的影响,在同一入射速度15 m/s、2种喷嘴的长度都为50 mm和截面积都为0.5 cm2情况下,对圆柱形和方形2种喷嘴的内、外部流场进行模拟计算。分析了喷嘴内、外部流场的分布情况,同时研究圆柱形喷嘴和方形喷嘴的速度云图,动压云图及湍流强度分布的差异。研究结果表明,方形喷嘴与圆柱形喷嘴相比,经过方形喷嘴射出的流体与壁面撞击更强,同时与罐体内空气的卷吸更厉害,产生的湍流强度更大,对于污垢的一次性清洗更加彻底,清洗效率更高,清洗效果更好。     

旋转射流冲蚀天然气水合物试验及数值模拟研究

为探究适合南海天然气水合物特点的高效开发模式,对比分析了淹没围压条件下锥形射流和旋转射流冲蚀天然气水合物沉积物的成孔规律。首先,利用 LS-DYNA软件,建立了旋转/锥形射流冲蚀天然气水合物沉积物的拉格朗日–欧拉（ALE）流固耦合模型,分析了淹没、围压条件对旋转/锥形射流冲蚀天然气水合物沉积物效率的影响;然后,利用自主设计研制的天然气水合物生成及射流冲蚀可视试验装置,进行了天然气水合物沉积物生成及冲蚀试验,天然气水合物二次生成后,在冲蚀坑中注石膏,测量冲蚀孔孔深及孔径。对比分析数值模拟和室内试验结果发现:围压在增强天然气水合物沉积物强度的同时,抑制了射流扩散能力,降低了射流冲蚀天然气水合物沉积物的效率;在无围压和围压5 MPa条件下,旋转射流冲蚀天然气水合物沉积物体积分别是锥形射流的1.8和1.7倍。研究结果表明,对于泥质粉砂储层天然气水合物沉积物,旋转射流在保证冲蚀孔孔深的同时,具有比锥形射流更强的扩孔能力,这为固态流化法开采天然气水合物提供了依据。      

双射流喷嘴射流空化噪声小波分析初探

开展喷嘴空化性能研究，对增大射流作用效果，提高其工业应用效能具有非常重要的意义。试验研究了双射流喷嘴在不同围压下的空化性能，并应用小波分析方法研究了围压条件下双射流喷嘴空化射流噪声声压级特性和规律。结果表明：双射流喷嘴比普通锥形嘴具有更强的空化初生能力，在较高围压下仍有空化现象；围压小于5MPa时双射流喷嘴空化性能受围压影响很小，且不同射流压力下的空化性能相差不明显；在试验条件下，双射流喷嘴射流噪声声压级统计均值在186dB以上时，有明显的空化现象。     

粒子射流冲击破岩喷嘴的参数优化与试验研究

在粒子射流冲击破岩过程中,喷嘴作为粒子和水射流的核心加速装置,其加速能力决定了破岩效果的好坏。针对锥直型、等变速型和流线型喷嘴,建立了粒子和水射流在喷嘴中的加速模型、压降模型以及能量转换效率数学模型,通过数值模拟分析了不同喷嘴对粒子水射流加速能力的影响,对喷嘴的流道类型及尺寸进行了优化,依据优化结果对研制的喷嘴进行了破岩试验和流场仿真。分析结果表明:收缩段长度为15 mm的等变速型喷嘴具有较高的加速能力和能量转换效率;研制的喷嘴可应用于粒子冲击钻井破岩工艺。所得结论可为粒子射流冲击破岩装置的现场应用提供参考。     

塔河油田深井脉冲空化射流钻井试验研究

塔河油田深井钻井水力能量利用效率低、机械钻速低、钻井成本高,严重制约了勘探开发速度。针对该油田钻井实际情况,结合二开φ241.3 mm井眼地层、钻具组合和水力参数,利用水力脉冲空化射流钻井技术提高机械钻速。该技术配合常规钻具和复合钻井钻具组合使用,脉冲空化射流发生器耦合脉冲射流和自振空化射流,改善井底流场及岩面应力状态,提高钻速。该技术在塔河油田进行了4口井5井次的现场试验,在常规泵压、排量、钻井液密度等参数条件下试验井深达6 162 m,试验井段与邻井相近井段在相近工况下机械钻速平均提高33.3%~74.3%,单套钻具纯钻时间超过260.0 h。试验结果表明,塔河油田二开井段砂岩、泥岩等地层配合PDC钻头应用水力脉冲空化射流钻井技术,能够很好地提高机械钻速。      

钻井工况冲蚀试验机喷嘴结构参数数值模拟

喷嘴是冲蚀试验机的关键部件之一,其设计参数的合理与否将直接影响到冲蚀试验机试验结果的准确性及试验效率。应用计算流体动力学数值模拟技术,以钻井液作为喷嘴的射流介质,建立钻井冲蚀工况所用锥直形喷嘴的有限元模型,对喷嘴的收缩角、长径比、直径、冲蚀距离等参数进行优化,为喷嘴的参数设计提供依据。     

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。     

喷油嘴内部空穴流动模拟计算分析。

利用多相流空穴模型对喷油嘴稳定喷射时喷孔内的空穴流动现象进行了三维数值模拟,分析了空穴在喷油嘴内的形成机理及其分布情况,,基于此模型进一步研究了喷油压力、背压及喷孔人口圆角半径与喷孔k系数对喷孔内部空穴分布的影响。通过模拟计算可知,喷射压力降低和背压增加、增大喷孔入口圆角半径及喷孔k系数后,喷孔内空穴将减小。     

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。     

脉冲水射流破岩的数值模拟研究

根据连续介质力学理论 ,导出了脉冲水射流破岩系统的控制方程。并运用瞬时最小势能原理 ,建立了脉冲水射流破岩的有限元基本列式和离散方程。数值计算的结果较为真实地反映了脉冲射流破岩过程中岩石的动态响应的演化过程 ,揭示了射流破岩过程中的机理。所得结论与相关试验规律吻合良好 ,探索了一种研究水射流破岩规律的有效方法 ,对脉冲水射流破岩的深入研究和应用具有重要的意义。     

液控注水阀水嘴流量特性仿真与试验研究

液控注水阀作为液控智能注水工艺的核心部件,其水嘴结构尺寸设计关系到注入流量调节的精细程度。通过理论计算、有限元分析及试验研究,对液控注水阀的流量-压差关系曲线进行分析,得到精确的流量-压差关系模板。在液控注水阀8个挡位结构的前提下,得到液控注水阀水嘴直径的优化设计方案,实现单层注入流量0～600 m³/d的精细调节,满足油藏开发需求。研究结果为液控分层注水工艺的开发,以及液控注水阀的设计提供理论依据。     

脉冲射流破岩规律的数值试验

利用非线性动力有限元方法和岩石的动态损伤模型,系统研究了脉冲射流的速度、长度、频率以及脉冲的数量等参数对破岩效果的影响,并用试验进行了验证。研究结果表明,脉冲射流的速度、长度和脉冲数量增大时,岩石的破碎效率迅速增大;射流的破岩效果随脉冲频率的增大,呈现先增大后减小的趋势,存在一个最优频率范围。在此基础上分析了脉冲射流的破岩机理,所得结论为脉冲射流的设计提供了依据。     

叶轮式旋转射流喷嘴的射流特性研究

为提高PDC钻头钻进水平段时的井底射流辅助破岩能力,开展了叶轮式旋转射流喷嘴的射流特性研究。利用k-ε双方程标准湍流模型,对叶轮式旋转射流流场进行了数值模拟,并采用旋流强度和流量系数评价了射流破岩能力。数值模拟结果表明,叶片扭曲角为115°~140°、直柱段无因次长度为0.6~0.8、收缩角为60°~70°时,流量系数和旋流强度可取得最佳值,射流破岩能力最强。根据不同喷距下的旋转射流破岩试验结果,分析了叶轮式旋转射流喷嘴的破岩特性,结果表明,同压降下叶轮式旋转射流破岩直径是普通直射流的近3倍,且喷距在7~11倍喷嘴出口直径时破岩直径最大。研究结果表明,叶轮式旋转射流喷嘴的破岩能力优于普通直射流喷嘴,且通过优化叶轮式旋转射流喷嘴几何参数可提高其破岩能力,加强井底清岩和辅助破岩效果,提高PDC钻头的破岩效率。