切入式喷嘴携岩能力试验研究

依据钻进过程中岩屑携带原理 ,设计出一种有利于岩屑携带的切入式喷嘴 ,并对该种喷嘴与导向叶轮式喷嘴、圆射流喷嘴进行了轴向压力分布以及水力携岩能力的试验对比。试验结果表明 ,切入式喷嘴形成的射流在其射流的主体段上轴向压力呈现出“M”形分布 ,其携岩能力最强 ,携岩量随着切入角的增加呈现出先增加后减小的趋势 ,最优携岩喷距与切入角成指数关系。在本试验条件下 ,最优切入角为 6 0°左右 ,在此范围内的最优携岩喷距为无因次喷距的 8.5～ 8.7倍。     

水平井段脉冲携岩数值模拟研究

水平井钻井技术已成为现代油气勘探开发的重要手段,水平井段岩屑运移不畅造成钻井过程中的高摩阻和扭矩、卡钻和憋泵等情况,影响钻具的使用寿命和钻进安全,特别是使用现有的常规携岩方法无法解决,为此,提出脉冲携岩方法。在现有水力脉冲的基础上,根据分流继能机理,建立小井眼水平井岩屑运移的流场模型,采用RNG k-ε模型、幂律模式及二次开发子程序进行数值计算,确定脉冲携岩合理的脉冲周期、占空比等参数,并研究水力脉冲条件下钻井液排量、偏心度、岩屑粒径等参数对偏心环空岩屑运移的影响,得到环空岩屑运移速度和浓度的分布规律。研究表明,在同等条件下,脉冲携岩效率更高,破坏岩屑床效果更好,降低岩屑床浓度约40%。     

空气雾化钻井环空携岩流动试验研究

在空气雾化钻井中,井眼环空携岩流动是一种典型的气、液、固多相流动,其机理和规律十分复杂。在空气雾化钻井实践中,经常出现钻井生产无法顺利进行的情况,轻则带屑不好,钻井效率低;重则井眼段塞、井壁垮塌、引发卡钻、井下爆炸等事故。显然,井眼环空携岩问题是空气雾化钻井必须解决的基础理论问题。根据满足工程精度的原则,利用空气雾化钻井环空流动试验研究对一维高载荷流动模型进行了验证,研究结果对空气雾化钻井生产实践有重要的指导作用。     

气体钻井环空携水能力研究

气体钻井在某些方面具有常规钻井液钻井不可比拟的优势,在深层海相地层勘探开发过程中能够提高钻速、降低成本、减小对储层的伤害,具有广阔的应用前景。然而,当钻遇出水地层时,岩屑若遇水水化,黏度增大,容易导致钻头泥包、井眼堵卡等井下复杂问题,影响气体钻井的安全性。依托气体钻井井筒多相流大型实验架,对出水地层气体钻井携水规律进行实验研究。着重分析了井底携水搅动、井壁湿润、液膜形成及回落、液膜波动前进等携水现象,在实验结果分析的基础上,通过对环雾流携水规律的研究,提出了气体钻井极限携水能力计算模型。模型计算结果与实验结果相吻合,表明具有现场实用价值。     

分流式清岩技术的实验研究

在常温常压下，试验了分流式清岩技术的可行性以及相应工具接头的基本设计参数对清岩效果的影响。结果表明，这种方法使用的工具结构简单，可以获得较好的清岩效果，有希望形成一种用于大斜度井和水平井清除屑的新型井下工具。     

水平井段超临界CO_2携岩数值模拟

超临界CO2是一种极具潜力的钻完井介质,研究其携岩机制是超临界CO2钻井技术的重要发展方向。以实测数据设置环空入口岩屑粒径分布,考虑流场中CO2密度和黏度与温度、压力条件的耦合关系及钻杆转动的影响,对温度、压力、排量、转速、岩屑直径、岩屑体积分数及偏心度对携岩效率的影响进行数值模拟分析。结果表明:岩屑床中小颗粒的体积分数下降,大颗粒体积分数的增幅随直径增大而减小;CO2携岩能力随温度的降低和压力的升高而增强,影响规律与室内试验结果相符;增大排量、降低机械钻速可提高CO2携岩效率,而钻杆转速对携岩效率影响甚微;偏心度为0.8时携岩最为困难;水平井钻进时应添加增黏剂以改善CO2携岩效果。     

深水钻井隔水管段携岩规律研究

岩屑运移机理的研究对钻井作业来说至关重要,尽管前人做过许多相关工作,但仅仅停留在理论研究和物理实验的层面上。本文应用CFD软件Fluent,对岩屑在深水井隔水管段的运移规律进行研究,模拟条件更加接近实际情况,结果更加精确,可以为深水钻井井眼清洁工作提供科学参考。     

脉冲空化多孔喷嘴破岩效果试验研究

射流喷嘴是径向水平井技术中的关键部件,其破岩能力直接影响水平井眼的延伸能力和钻进速度。在多孔喷嘴的基础上,设计脉冲空化多孔喷嘴,分析其脉冲空化射流的调制机制,并通过试验与多孔喷嘴的破岩效果进行对比。结果表明:脉冲空化多孔喷嘴破岩效果优于多孔喷嘴,孔眼深度是多孔喷嘴的1.02~2.18倍,破岩体积是多孔喷嘴的1.23~2.35倍;为保证喷嘴破岩形成的最小孔眼直径大于喷嘴外径,试验岩样的喷嘴压降不能小于30 MPa;射流喷嘴破岩存在最优喷距,试验条件下的最优喷距为12 mm;利用脉冲空化多孔喷嘴可增加径向井的水平延伸长度,提高钻进速度。     

深水大尺寸井眼钻进钻井液双循环携岩方法

深水大尺寸井眼提高泵排量钻进时,易导致钻井液循环压耗增加、泵功率利用率低和井底压力增加等问题,提出一种通过在井筒变径处钻杆上安装分流短节,实现钻井液双循环的方法,基于钻井水力参数优化理论和数值模拟方法,研究分流短节对井筒变径处环空钻井液返速、钻井水力参数和钻杆结构安全性的影响.结果表明:安装分流短节后井筒变径段环空钻井...     

压力式螺旋型喷嘴降温特性实验研究

针对空冷机组在夏季高温天气不能满发的问题,采用喷雾增湿降低入口空气的干球温度.选用压力式螺旋型雾化喷嘴进行喷雾降温试验研究,包括喷嘴流量特性试验及不同喷嘴布置方式的喷雾降温试验.从试验数据得到喷嘴流量特性曲线,并且在对降温过程进行热湿交换分析的基础上拟合出以蒸发冷却为主要降温机理的降温效果关联式.通过比较喷嘴不同布置方式的降温效果,得出排间距为500mm的喷嘴布置方式降温效果略好于排间距为1 000mm的喷嘴布置方式.     

自激振荡脉冲射流喷嘴的试验研究

由作者发明和研制成功的自激振荡脉冲喷嘴所形成的脉冲射流，要相同条件下与常规的连续射流相比，射流的峰值压力，冲蚀体积和有效靶距均得到明显的提高，作者将多年来所进行的实验室实验（振荡腔内流体压力的测定；非淹没射流条件下的实验分析；淹没条件下自激振荡脉冲射流的性能实验及其分析；在淹没和非淹没条件下自激振荡脉冲射流的冲蚀效果；碰撞壁碰撞区域的磨损对自激振荡脉冲射流的影响等）及工业现场实验的主要结果进行了简要介绍。     

产水气井井筒携砂机制及携砂能力评价试验与应用

对垂直井筒不同水气比和含砂体积分数下的气水砂三相流动机制及气水携砂能力进行系统的试验研究。通过试验得到单相气体携砂和气水携砂临界流速与砂粒径的定量关系和规律。根据试验数据揭示的气液携砂机制,建立不产水和产水气井的临界携砂流速模型,用于预测给定生产条件下的携砂条件和携砂能力,并提出考虑井筒携砂的新型气井综合协调曲线用于实际气井工况分析和制度调整。结果表明:一旦气井见水,气井携砂能力将比不产水条件下严重降低,气体流速和水气比是控制携砂动态的主要因素;随着水气比从零开始升高,流型依次为无携砂现象的泥状流、具有携砂能力的环雾流、段塞流,以及其他相同水气比条件下的气水两相流型;气液两相流要达到携砂条件,气体流速必须达到携液流速,并且液相流速要达到基本的单相液体携砂条件。     

牙轮钻头喷嘴射流破岩机理研究

本文以喷嘴射流冲蚀岩石为依据,对牙轮钻头的破岩方式、喷嘴射流的水力破岩和水力辅助破岩机理以及破岩的基本作用和影响因素进行了分析研究。结果表明,在现有机泵条件下牙轮钻头喷嘴射流对泥岩、页岩和粗粒砂岩具有直接水力破岩作用,对石灰岩、细粒砂岩有较好的水力辅助破岩作用。喷嘴射流冲击压力、射流的脉动特性、岩石的孔隙度和裂缝发育条件是影响水力破岩和水力辅助破岩的三个重要因素。     

内混式油喷嘴流量特性实验研究

以压缩空气和变压器油为工质,对内混式介质雾化喷嘴的流量特性进行了实验研究,得出了内混式介质雾化喷嘴油、气流量系数与运行及结构参数的实验关系式.实验结果表明,不同内混式喷嘴或同一喷嘴在不同运行参数下的流量系数值变化很大,与通常设计计算时的推荐值偏差最大达100%以上.油压大于等于气压工况下的实验关系式与油压小于等于气压工况下的实验关系式有较大的区别.     

气力式喷嘴加压雾化性能研究

对三通道气力式喷嘴进行了雾化室加压环境下的雾化试验研究,分析了雾化室环境压力与其它喷嘴运行参数对喷嘴雾化性能的影响。研究发现,雾化室环境压力的提高有利于气液两相的相互作用,可以有效降低雾化粒度平均直径,且当气耗率不变时,雾化粒径SMD与雾化室环境压力呈负指数的幂函数关系,即SMD∝P^n。n值在-1．0--13之间。     

双射流破岩钻孔参数实验研究

双射流是由由心直射流和同轴的环形旋转射流形成的一种新型高效射流,用双射流能够克服门限压力与高破岩比能的制约而高效破岩.采用破岩实验研究了喷嘴锥角、叶片出口角、内喷嘴直径、喷距和压力5个主要参数对双射流破岩效果的影响.结果表明,喷嘴入口锥角为60°、叶片出口角为18°的喷嘴产生的射流具有较强的破岩能力;当双射流喷嘴当量直径一定时,大的内喷嘴直径获得的破岩深度较大但会减小破岩体积;实验条件下,双射流破岩的最优喷距为10～20 mm,破岩门限压力为20～25 MPa,破岩体积随压力的增加而增加.     

双射流破岩钻孔参数实验研究

双射流是由中心直射流和同轴的环形旋转射流形成的一种新型高效射流,用双射流能够克服门限压力与高破岩比能的制约而高效破岩。采用破岩实验研究了喷嘴锥角、叶片出口角、内喷嘴直径、喷距和压力5个主要参数对双射流破岩效果的影响。结果表明,喷嘴入口锥角为60°、叶片出口角为18°的喷嘴产生的射流具有较强的破岩能力;当双射流喷嘴当量直径一定时,大的内喷嘴直径获得的破岩深度较大但会减小破岩体积;实验条件下,双射流破岩的最优喷距为10~20 mm,破岩门限压力为20~25 MPa,破岩体积随压力的增加而增加。     

基于分相能量守恒研究产水气井携液能力

为研究产水气井井筒中的携液流动规律,正确预测气井产液量,指导排水采气方案设计与实施和构建井筒/油藏耦合模型,采用分相能量守恒方程建立一套专门用于计算气井携液能力计算的管流模型,并设计一套灵活的求解方法,能够在已知两端压力和气相流量的前提下对产液量进行直接求解。经与实测管流资料进行对比计算发现,在计算大产气量的两相管流时,所用模型的计算精度高于经典的多相管流模型。使用该模型对气井携液能力进行敏感性分析,表明产液气井存在携液能力最强的产气量点,在制定气井生产方案或进行排水采气优化设计等工作时应当给予充分的注意。     

共轨蓄压式电控泵喷嘴系统的实验研究

研究共轨蓄压式电控泵喷吡系统的喷射特性,取代传统的泵－油管－喷嘴系统,利用研制的实验装置对共轨蓄压式电控泵喷嘴的流量特性、喷油压力特性及喷油定时进行实验,由此分析影响喷射特性的各种因素,实验结果表明,共轨蓄压式电控泵喷嘴的特性不仅受共轨压力、增压时间的影响,转速对其也有一定的影响,而在喷射特性调节的灵活性方面,共轨蓄压式电控泵喷嘴较传统的泵－油管－喷嘴系统有明显改善。     

CFD法研究多喷嘴冲击式水轮机的射流干涉

为提高冲击式水轮机的比转速和出力,通常采用增加喷嘴数的办法,然而增加喷嘴数会引起射流干涉,降低水轮机的水力效率.文中研究了射流干涉的产生机理,通过计算相邻两射流之间的动画单元数、水斗接受最后一滴射流的动画单元数、发生射流漏损时无效射流恰与水斗分离的动画单元数以及两相邻射流相交的动画单元数,提出了相邻两射流间发生干涉的判别式.利用所提出的判别式预测了不同喷嘴数和水斗数时冲击式水轮机的射流干涉情况,所得结果证明了判别式的有效性.