钻井用水力振荡器阀组压降计算方法研究

水力振荡器通过螺杆旋转驱动阀组运动,使过流面积发生周期性变化,导致阀组两端压降产生相应变化,从而产生周期性的轴向力,实现水力振荡效果。为较为准确地得到水力振荡器阀组两端压降,根据阀组流道的结构,建立阀组流道有限元模型。运用滑移网格和Realizable k-ε湍流模型对不同尺寸的阀组组合进行流体仿真分析,并结合试验数据验证仿真模型和结果的正确性。仿真结果对水力振荡器的阀组的参数设计有重要的指导意义。     

钻井用水力振荡器阀组压降计算方法

水力振荡器通过螺杆旋转驱动阀组运动,使过流面积发生周期性变化,导致阀组两端压降产生相应变化,从而产生周期性的轴向力,实现水力振荡效果。为较为准确地得到水力振荡器阀组两端压降,根据阀组流道的结构,建立阀组流道有限元模型。运用滑移网格和Realizable k-ε湍流模型对不同尺寸的阀组组合进行流体仿真分析,并结合试验数据验证仿真模型和结果的正确性。仿真结果对水力振荡器的阀组的参数设计有重要的指导意义。     

涡轮式水力振荡器结构参数优化及流体仿真

大位移长水平井开发的后期,存在着大摩阻的问题,严重制约钻具向更远目标的快速钻进,在世界范围内引起了广泛关注.水力振荡器是油井开发后期降摩减阻的重要工具.针对该问题提出了一种涡轮式水力振荡器.该水力振荡器通过静阀与转阀流道口之间的相位变化将钻井液的动能转化为周期性脉冲压力,有效地解决了钻井过程中出现的托压和自锁问题.分别...     

射流激励式振荡器的数学模型及实验研究

本文对射流激励式亥姆霍兹式流体振荡器进行了理论分析,运用流体瞬变流理论和流体自持振动理论,分析并推导出设计这种流体振荡器的数学模型。通过射流流场轴心动态压力信号的测试和功率谱分析,用射流冲蚀一级标准岩样,研究了这种振荡器对射流的调制作用,以及振荡器出入口形状、腔室结构尺寸对其冲蚀性能的影响。由实验确定了这种流体振荡器的最佳入口形状以及腔室结构尺寸范围,证实了这种振荡器可以产生很大的压力振荡,得到了射流轴心压力随无因次喷距的变化规律。     

再生式液体发射药火炮燃烧室压力高频振荡研究

利用小波分析技术提取燃烧室压力高频成分，较精确确定压力高频振荡出现的时域范围，从而确定了振荡流共振振型对应的燃烧室形状。推导了燃气振荡流方程，计算了对应不同燃烧室形状下燃气振荡流的共振频率。对提取的燃烧室压力高频成分相对集中部分进行了频谱分析。研究结果表明：活塞的运动对共振频率影响较小，振荡流多阶共振频率受到激励是燃烧室产生压力高频振荡的一个重要原因。     

单级压力调节阀的阻尼孔射流响应特性分析

为揭示带阻尼孔的压力调节阀的稳定性机理,运用流固耦合方法计算了阶跃和周期性流量脉动信号激励下阀芯的响应过程,得出了不同阀腔结构条件下阀芯的轴向振动特征和阀口前端阀芯表面压力分布及其变化规律。研究发现,阀内阻尼孔射流流束冲击阀芯表面,使得阀口前端阀芯表面呈现射流冲击区和静压区两部分,阀芯的轴向振动幅值主要取决于射流冲击区和静压区二者液压力的相位差,当静压区和射流冲击区的液压力相位差趋于180°时,阀芯及其轴向振动幅值将大幅减小。研究结果为压力调节阀的设计提供了新思路。     

进口压力对正开口配流盘轴向柱塞变量泵斜盘力矩的影响

以某型具有正开口配流盘结构的闭式斜盘轴向柱塞变量泵为例,建立了单柱塞腔可压缩配流模型和斜盘力矩计算公式,得出配流盘吸排油过流断面面积变化曲线和单柱塞腔预升压、预卸压曲线,研究了不同进口压力下斜盘力矩的变化规律.结果发现随着泵进口压力的增大,斜盘绕三个坐标轴上所受力矩平均值均有不同程度的减小,其中变量力矩脉动幅值明显减小,适当增大入口压力有利于减小泵的变量力矩和减弱斜盘的机械振动.     

多相流下剪切阀连续波发生器水力转矩参数化建模与分析

振荡剪切阀连续波发生器具有信号传输速率高、鲁棒性强的特点,具有广阔的应用前景,而对于作用于剪切阀转子的水力转矩规律不明确制约了其发展。目前关于多相流影响下作用于任意形状振荡剪切阀阀口的水力转矩的研究尚不充分,对于水力转矩的变化规律尚不明确。本文基于流体动量定理,采用有限元方法,建立了分流量负载转矩分析模型,并采用计算流体力学(CFD)仿真加以验证,并分析了井深及钻井液性质对于水力转矩的影响,得到如下结论：(1) 作用于振荡剪切阀的水力转矩呈先增大后减小趋势且方向始终为使通流面积最大的方向,(2) 水力转矩随井深的增加略有减小,(3) 水力转矩随固相含量和液相密度的增加而增大,(4) 钻井液气相含量对水力转矩的影响很小。本研究结果可为剪切阀连续波发生器设计提供理论参考。     

振动注水工艺技术探讨

目前油田注水采用的常规注水模式：注水生产＋逐渐堵塞＋解堵作业。这种模式把注水生产和解堵作业人为的分成两个部分,制约了注水工艺技术的发展。振动注水工艺是一种新型注水模式,把注水和防堵相结合,用油管将水力脉冲振动解堵器下到井内的注水层段,水力脉冲振动解堵器的上、下封隔器将井筒封隔,在两封隔器之间产生液压振动波,此振动波穿过套管的射孔孔道以强烈的交变压力作用于油层,在油层内产生周期性的张压应力,在水力振荡作用下,可以有效地解除并防止井壁附近地层和更远地层堵塞,实现增注的目的。     

排水管道堵塞试验及影响因素分析

随着智慧城市信息集成化的发展应用,对排水管道内水位、流量等主要运行参数的实时监控与自动采集需求越来越强,利用参数采集系统对排水管道堵塞进行定位监测,基于水力相似原理,建立变态相似模型,按照原型长度比例缩小20倍建立试验装置,并针对排水管道试验模型重力流、压力流不同工况进行堵塞试验及堵塞影响因素研究,结果表明:在重力流中,堵塞前水位和堵塞强度呈正相关分布,堰上水头最低点出现在堵塞高度为管径的50%时,且过流损失均随着坡度的增加而增加;堵塞强度在0.5时,过流损失减少值最小;在压力流中,堵塞程度越大,堵塞点前后管道水位高度变化越大;在同一堵塞强度条件下,过流损失随着堵塞长度的增加而增加;随着坡度增加,过流损失增加差额减少;堵塞长度越大,坡度对过流损失的影响越小。试验研究分析了排水管道堵塞状况的变化规律,为排水堵塞故障识别提供了基本依据。     

基于CFD的转轮叶片对虹吸式水轮机水力性能的影响分析

为了更加高效地利用超低水头水力资源,设计了一种采用虹吸式出水流道的轴流式水轮机。针对这一形式的水轮机,在设计水头和额定转速下采用CFD进行三维数值模拟,计算各过流部件的水力损失,研究水轮机的水力性能。通过改变转轮叶片出水边翼形,对比分析转轮出口水流流态与虹吸式出水流道水头损失的关系,研究不同叶片对虹吸式水轮机水力性能的影响。结果表明,在水头、转速和导叶开度相同的情况下,各修改方案中叶片3使得出水流道水头损失较小,其对应的平均涡角为13.26°,出水流道水头损失为0.135 m,水轮机的效率也较高(为89.33%)。此外,选取效率较高的叶片,改变叶片数量,分析其对虹吸式水轮机水力性能的影响。     

不同截面微通道中流动阻力特性

实验研究了微通道内去离子水的流动阻力特性,微通道当量直径范围De=0.210～1.069mm,雷诺数范围Re=102～104,截面形状分为矩形、半圆形及三角形.通过测量微通道沿程压降及出、入口局部压降随流量变化关系,获得了沿程阻力系数及局部阻力系数.结果表明:当截面形状相同时,摩擦阻力系数随着当量直径的减小而降低;当量...     

耦合钻井液钻柱声波传播特性研究

钻井过程中非常规钻井液的应用,使得随钻数据无法通过传统的钻井液脉冲方式传输,迫切需要更高数据传输速率和受工作环境影响更小的井下随钻无线传输技术。基于钻柱信道的井下信息声波传输技术是较为理想的随钻数据无线传输方式,为给声波传输系统的设计提供理论依据,针对钻柱信道中的声波传播特性进行了研究。研究结果表明:钻柱信道具有通带和阻带相间的梳状滤波器特征,频带分布具有一定的周期性和对称性特征。钻柱结构决定了其信道通阻带的分布情况,随着钻杆根数的增加通带内小谱峰的个数增加,信道传输能力下降,结构尺寸不一致会使通带变窄,声波传输性能下降。     

射流振荡器的回流特性和切换特性研究

射流振荡器是一种能在入口提供定常流动,出口产生非定常脉动射流的流体器件。本文以数值模拟为主要手段,研究一种射流振荡器内部流场特征,并研究其回流特性和切换机理。提出主射流沿着其中一个出口流出,由于受到腔体低压区的作用,另一个出口产生回流。回流程度随进出口压力和环境温度的升高而减小,随劈距的增加而增大。随控制端流量的增加,出口相对入口流量不断减小,继续增加控制端流量,射流发生切换。对射流振荡器的研究设计具有一定的参照意义。     

高温高压下钻井液循环流动摩阻实验研究

深层油气勘探开发过程中常面临高温高压的挑战,钻井液在高温高压等复杂工况下,其性能会发生改变,研究钻井液在复杂工况下的流动摩阻变化规律,能为特深井钻井提速及井控提供理论基础。根据实际工况要求,建立了高温高压钻井液循环流动摩阻测试装置,实验研究了温度、压力、固相颗粒及含气率对钻井液流动摩阻的影响,采用多元回归方法拟合并绘制温压摩阻系数图版,能更好阐述温压与钻井液流动摩阻的定量关系。结果表明：顺北区块钻井液流动摩阻随温度增大而减小,随压力增大而增大,摩阻系数图版能更准确体现摩阻系数与温压的定量关系,固体颗粒含量对流动摩阻影响不大,钻井液流动摩阻随着含气率增加而增大。该实验装置与分析方法,对于研究复杂工况下钻井液流动摩阻变化规律具有重要意义。     

脉冲式增压器增压特性研究

由于深井、超深井数量的增加,传统机械式钻头破岩钻井已无法满足钻井效率需求。为此设计了脉冲式增压器用以提高深井、超深井钻井效率,降低钻井成本。基于所设计的增压器的结构和工作原理,考虑螺杆转速、高压喷嘴直径、钻井液密度和冲程等因素对增压效果的影响,建立数学模型。在此基础之上,考虑脉冲式增压器不发生自锁的条件,并分别分析转速、钻井液密度、高压喷嘴直径和冲程对增压频率、喷嘴流速和增压压力的影响。得到增压器各影响因素与增压特性之间的关系。旨在为设计的增压器提供理论支撑与优化依据。结论认为:高压喷嘴流速和增压压力随着螺杆转速、冲程的增大而增大,并且增压特性较好。随着高压喷嘴直径的增大出口流速和增压压力明显降低,增压能力明显变弱。随着钻井液密度增大,出口流速和增压压力稍微增大,其对增压特性影响不明显。喷嘴高压射流频率仅受转速影响,随着转速增大而增大。要想获得较好增压特性,螺杆转速应不低于100 r/min,活塞行程不低于25 mm,高压喷嘴直径不大于1.4 mm。     

深井泵泵内流场的实验研究

应用粒子成像测速（ＰＩＶ）技术对深井泵泵内流场进行了研究,分析了流场对泵阀运动规律的影响以及泵内结构对流场的影响。根据实验结果,建议对混相流深井泵采用偏心球形阀球;对于流道狭小的深井泵采用滴形球阀;对含砂的抽油井所用深井泵,则采用嵌有密封胶皮的锥形阀球。在保证最大过流面积的条件下,阀球罩的断面形状应该尽量采用流线型,以减小过流阻力。应考虑将柱塞的吸入口设计成流线型或喇叭口型,以降低其吸入阻力。在保证柱塞出口有最大过流断面的同时,也应将柱塞出口流道设计成流线型,以此降低柱塞出口处的过流阻力。