激光破岩温度场的数学模型

在激光破岩过程中,激光光斑区的岩石及周边的岩体基质要经历固、液、气三相的骤变,其间存在着非常复杂的三维非稳定的热能传递与交换。假设岩石材料的各项热物理参数仅与温度的变化有关,利用能量守恒原理建立了激光破岩温度场分析的热物理模型;运用焓连续分布的特性对固相区、液相区、气相区相变界面上的热能交换进行描述;对各相变界区的导热系数和比热等热物性参数采用线性方式进行简化。利用加权余量方法,对激光破岩的温度场模型进行了数值分析求解和实例计算。     

国内外激光钻井破岩技术研究与发展

激光钻井破岩是钻探工程领域一项具有前瞻性的应用基础理论课题。它包括5大基础科学问题，即激光/岩石/流体相互作用原理、岩石快速相变的热力学与传热学、强激光的传输变换与微型化原理、激光破岩岩屑运移的多相流动理论、激光钻井的安全与环境保护科学等。详细评述了国内外激光钻井破岩技术的研究水平与进展，指出大功率激光器的小型化、井喷控制和井漏防治、井壁岩石釉化层强度与井眼防坍塌能力、油气藏的发现与储层保护、激光束在井下环境传输性能、每米钻井成本的经济性等问题将是未来的重要研究内容。     

激光辅助破岩实验研究

采用高能激光束照射岩石表面,研究花岗岩和砂岩对激光热作用的敏感性规律,并对两种岩石的激光破岩效果进行表征。结果表明,激光照射花岗岩时,表面发生热应力破碎,生成透明玻璃泡,且有不同程度起裂。当激光功率(P=700 W)和作用时间一定时,随离焦量增大,玻璃泡直径先减小后增大。砂岩表面激光钻孔后,由黑色瓷釉层和褐色热影响区组成。当激光功率和作用时间一定时,随离焦量增大,砂岩钻孔直径、白色区直径和褐色热影响区直径均呈先增大后减小的趋势,且在离焦量L=103 mm时达到最大值。随激光入射角度的增大,砂岩孔型由圆形向椭圆形转变,且钻孔的黑色瓷釉层、红色和褐色热影响区基本呈现逐渐增大的趋势,钻孔直径变化不大,而孔深相应降低。     

激光辅助破岩可钻性评价

激光辅助破岩是一种新的破岩方法。采用高能量激光束照射岩石表面,研究岩石对激光束的敏感性,并对激光辅助破岩的可钻性进行评价。结果表明,给定工艺参数下,砂岩激光钻孔处理后表面分为灰色瓷釉层、白色热影响区和褐色热影响区三个区域。与砂岩相比,花岗岩经激光照射后表面生成具有一定尺寸的透明玻璃泡,玻璃泡周围形成大面积起裂区,且相同工艺参数下钻孔深度明显降低。激光照射花岗岩后可钻性级数较未处理岩石明显降低,表面具有明显的磨损和滑擦痕迹,孔周围有裂纹及破碎现象,原始玻璃釉层出现明显的碎裂。激光照射砂岩后可钻性级数变化不大,表面出现磨损和滑擦痕迹,孔周围未见塑性变形。     

激光破岩技术发展现状及未来发展方向

近年来,深层油气田的开发需求逐渐增加,对钻井技术的要求也越来越高,传统的机械旋转钻井技术在钻探深层地质高硬度岩石时略显乏力。激光钻井技术以其成本低、效率高、安全性好、对地层伤害小等特点在钻井领域引起了广泛的关注。相关的理论和实验研究已经取得了一定的成果,本文总结了近年来激光破岩技术的理论和实验研究成果,展望其发展前景,并对该技术发展中亟待解决的问题作了简要介绍。     

机械因素与水力因素联合破岩作用的研究与应用

岩石破碎是钻井过程中提高钻井速度的关键，它涉及到机城因素和水力因素两方面的技术问题，而机械和水力两方面的参数选择依较于岩石的可钻性，可根据不同井深的岩石可钻性指数选取不同的参数，使机械和水力方面的各项参数在钻井过程中形成最佳配合，发挥最好的效果，达到既能节约设备和能源，又能提高机械钻连的目的。     

粒子冲击钻井破岩仿真模拟研究

粒子冲击钻井是以高速球形硬质钢粒子冲击破岩为主,以高速水力破岩和机械牙齿破岩为辅的钻深井硬地层的一种高效钻井工艺。应用一维应力波基本理论对粒子冲击破岩现象进行了分析,用冲击动力学有限元分析软件IDFEM研究了粒子冲击破岩的规律,得出了适合粒子冲击钻井工艺的如下参数:(1)粒子直径为0.5cm时,其初速度不宜超过200m/s的临界速度;(2)粒子直径在0.3~0.7cm比较合适;(3)粒子入射角度为0~30°比较合适。     

激光破岩的计算机模拟研究

激光破岩就是利用激光引起的热应力将岩石在熔化前破裂成小碎屑。高强度激光集中在导热率非常低的岩石上，引起岩石局部温度瞬时升高，这就产生了击碎岩石的局部热应力。近来以使用先进的大功率激光器钻井为中心的研究主要集中在两个方面，一是开发适用于油气井钻井的多束激光破岩技术，其破岩效率比常规旋转钻井和火焰喷射钻井要高；二是开发一种用于油气井完井的激光射孔技术。实验室试验表明，激光束不仅能有效地切削岩石，而且较大地增加所钻岩石的渗透率。     

水力增压及高效破岩实验研究

充分有效地利用井底的水力能量，既要能够提高水力能量的利用率。同时又要易于井下实现。为此，设计了一种新型的井下水力增压装置，该装置依靠脉冲射流的卷吸、自激振荡反馈负压区的形成，以及井壁环空液柱压力的它激作用实现井下增压，所用增压介质仅为井下环空流体。井下水力增压装置是一种既能产生脉冲射流，又以环空液柱为它激射流源的新型增压装置。利用该装置分别进行了自增流量实验和射流瞬时动压力实验，并由此得出了实现最佳自增流量的开孔方案。实验结果表明：射流瞬时冲击力可以达到无孔时的2倍以上。     

围压对射流破岩特性影响的试验研究

围压是石油工程中影响射流动力学特性的重要参数之一。应用高压井筒模拟试验装置进行了围压对常规连续射流、空化射流和磨料射流破岩效果影响的试验，最高围压达到20MPa。试验结果表明，围压对常规连续射流和空化射流破岩效果影响明显，破碎体积随围压的增大而减小，减小的速度随围压增大逐渐变缓；而对获得最大破碎体积的最优喷距影响不大，为3～5倍喷嘴直径，说明围压对射流基本结构特性影响不明显。当围压小于15MPa时，磨料射流射孔深度随围压的增大而近似呈线性减小。该试验可为射流参数的优选提供依据。     

淤浆聚合釜传热结构的改进及其对传热的影响分析

夹套冷却是淤浆聚合釜大型化后应优先选用的撤热手段,整体夹套和半圆管夹套是淤浆聚合釜可以选用的两种夹套形式。文章通过分析比较整体夹套和半圆管夹套下设备内筒的稳定性及设备的换热效率,提出了适合于大型淤浆聚合釜的半圆管夹套撤热形式。     

T型翅片管重沸器传热性能研究与工业应用

介绍了T型翅片管重沸器的传热性能试验结果及其工业应用情况。T型翅片管重沸器与普通光管重沸器相比 ,其传热系数可提高 3 0 %～ 5 0 % ,而且还具有占地面积小、投资省、操作平稳等优点。T型翅片管代替光管用于蒸汽发生器 ,也取得了较好的效果。     

热传导液技术及发展概述

介绍了热传导液的性能、技术指标,种类、特性,使用现状及发展趋势,并提出了有关建议。     

导热油技术及其应用实例

论述了导热油的分类、目前国内外导热油的主要品牌、导热油的质量控制指标要求，重点介绍了导热油在沥青加热系统、绝缘材料生产、轻烃回收装置、石油树脂生产、精苯生产、焦油蒸馏、油脂工业、二甲基甲酰胺精制系统、橡胶工业以及蒸氨系统中的应用实例。     

斜针翅管套管换热器壳程传热与压降的数值模拟

以水-柴油换热为对象,对直针翅管和斜针翅管套管换热器的壳程传热与压降性能进行了实验研究与数值模拟。采用Fluent软件模拟了柴油在直针翅管和斜针翅管套管换热器壳程层流流动时的流场、温度场以及传热与压降性能。结果表明,在相同流动条件下,直针翅管与光管套管换热器的总传热系数K的比值模拟值与实验值吻合较好。同时分析了斜针翅管纵向流流动特性,压降低于直针翅管换热器,强化传热为光管的1.5～2倍,并设计应用于炼油换热器中。     

外伴管伴热系统传热特性及优化的数值研究

利用FLUEM软件,对外伴管伴热体系传热特性及其优化进行了数值分析与讨论.分析表明系统中存在传导、对流及辐射传热,其中封闭空气夹层又存在层流自然对流.计入空气对流的模拟表明,工艺管受热不均匀,而伴管布置在其正下方、保持空气层不被保温层挤占可提高伴热效果.伴热平衡时,伴热介质温度、热损失随物料温度近似线性增加.空气层均温假设导致工程设计不合理,而降低工艺管与伴管之间的热阻是提高伴热能力的关键.     

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岩石扩散系数是岩石固有的基本物理量之一，是研究天然气扩散最重要的参数。前人用实验室实测数据求取系数，致使实验时间过长（达千余小时），并存在某些不确定因素；或是在封闭式实验中使用稳定模型处理非稳态的扩散实验过程，导致所求取的扩散系数值产生了大约一个数量级的偏差（误差为１／２～４倍）。在总结了前人经验的基础上，由扩散理论与数学模型相结合的方法，推出了用实测数据求取扩散系数的非稳态模型，并获得了解析解。通过理论分析和大量的实测资料的反复对比计算表明：用该非稳态模型所处理的实测数据，能很好地反映实验中天然气通过岩样的扩散规律。该方法不仅能纠正前人模型所产生的严重偏差，并且可以在不改变原有封闭式实验装置和实验方法的条件下，极大地提高所测岩样的扩散系数精度，同时将原有实验时间缩短至两小时至数小时范围内，从而降低实验成本，提高实验效率，该方法具有较高的推广应用价值。     

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伴热管伴热是石油化工中应用广泛的伴热方式，如何提高伴热管的伴热效率一直是工程界关心的课题。为此，对伴热管的伴热效率进行了有限元分析。结果证明，伴热管和工艺管道之间存在的微小间隙是造成伴热管伴热效率低下的主要因素；在伴热管和工艺管之间敷设导热胶泥后可使伴热管的伴热效率得到很大的提高。通过实际测定发现，一根带导热胶泥伴热管的伴热效率，其传热效率至少相当于3根不采用导热胶泥的伴热管。     

螺旋扁管换热器的性能及工业应用研究

介绍了螺旋扁管换热器的传热和阻力性能 ,并与光管换热器作了比较。在雷诺数小于 3 0 0 0时螺旋扁管换热器换热系数提高 2～ 3倍 ,在雷诺数更大时也可提高传热系数 5 0 %。但随雷诺数增大 ,管程阻力也迅速增加。工业应用结果表明 ,螺旋扁管换热器总传热系数比普通光管换热器提高 1.7倍 ,或在相同热负荷下节约 63 %的换热面积。由于提高了介质的湍流程度 ,因而可减少换热器结垢。     

积灰,结渣对热载体加热炉受热面传热的影响

介绍了积灰、结渣形成的机理，讨论了积灰、结渣对热载体加热炉辐射受热面、对流受热面传热的影响