深水自激吸气脉冲射流装置冲蚀性能试验

为了研究在深水条件下提高射流效果,依托自行研制的试验系统,在结构参数一定时,对自激吸气脉冲射流装置中影响装置性能与射流冲蚀效果的运行参数进行了试验,运用量纲归一的分析方法,确定了工作压力、水深和吸气效率之间的关系,分析了三者对装置性能与冲蚀效果的影响规律.结果表明:吸气是提高装置性能和冲蚀效果的有效途径,但装置吸气效率受水深及工作压力的共同作用,随工作压力的增大而增大,随水深的增大而减小;相同条件下,自激吸气脉冲射流在射流轴向的相对冲击力较不吸气时大;水深为10~60 m,随着工作压力的增大,装置相对冲击力呈线性规律缓慢增大,吸气效率呈对数型规律增大;工作压力一定时,自激吸气脉冲射流的冲蚀表面积均较不吸气时大,但二者差距随水深的增大而减小.     

吸气对水下自激脉冲射流装置压力特性的影响

通过实验手段对水下自激脉冲射流装置不吸气和吸气条件下的压力特性进行了研究,得到了装置不吸气和吸气条件下典型测点压力和靶盘驻点压力,研究了吸气对装置典型测点和驻点压力的影响规律,分析了吸气量、典型测点以及驻点压力的时间变化过程.研究结果表明:在不同下喷嘴直径和围压下装置吸气后腔壁测点和碰撞体测点压力均是上升的,但下喷嘴测点压力变化在不同下喷嘴直径下与围压高低有关;吸气量的变化主要取决于碰撞体测点压力的变化,与下喷嘴测点和腔壁测点压力变化无关;装置吸气后靶心附近驻点压力上升,而远离靶心位置驻点压力下降,吸气具有明显的聚能效果,下喷嘴直径对靶心及第1圈驻点压力影响较大,其它位置影响较小;吸气后装置碰撞体测点、下喷嘴测点压力时间变化过程具有明显的脉冲效果,且下喷嘴直径对靶心驻点压力的脉冲效果影响较大.     

井下液压脉冲发生器工作特性仿真

井下液压脉冲发生器是一种可调制脉冲射流的井下提速工具,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脉冲射流,基于该装置工作原理,利用Matlab环境下的Simulink系统建立装置工作状态下的仿真模型,对装置的工作特性进行仿真分析。结果表明:装置调制脉冲射流的压力变化值与装置内柱塞运动规律密切相关,装置产生的脉冲压力幅值随钻头压降的增大而增大,但增长幅度逐渐变缓,随钻井液流量的增加呈线性减小趋势,随钻压的增大而增大,随转速的升高而增大,合理选取钻进参数有助于装置工作性能的进一步提升。     

自激振动空化水射流的冲蚀研究

基于文献〔1,2,3〕,我们设计了一自激振动空化射流装置,对其空化机理和冲蚀白沙砖的结果进行了分析;并在同种条件下,以冲蚀体积为指标,与普通水射流的冲蚀结果进行了比较。实验发现,空气引入位置和引入量,装置几何参数对自激振动空化射流的冲蚀强度影响很大。而且由于空化射流以脉冲形式喷出,靶物遭受空泡和水滴作用,故在一定靶距范围内,冲蚀效果随靶距变化不明显。与连续水射流相比较,自激振动空化射流的冲蚀体积和冲蚀面积均比普通连续水射流大一倍以上。     

围压对旋转射流破岩钻孔效率的影响

根据现场径向水平钻井技术的需要 ,在前期常压条件下研究的基础上 ,对围压条件下旋转射流的破岩钻孔效率进行了试验研究。结果表明 ,在围压条件下 ,随着射流压力的增加 ,旋转射流破岩效率呈现出线性增加的趋势。随着喷距的增加 ,破碎效率呈现出先增加后减小的趋势 ,即存在最优喷距。在围压低于 5MPa时 ,破碎红砂岩的最优无因次喷距为 2～ 2 .5 ;随着围压的增加 ,破岩效率呈指数下降趋势 ,最优喷距随围压的增加而减小。在同压差条件下 ,围压比射流压力对破碎效果的影响更大。     

自振空化水射流冲击压力脉动的实验研究

研究了在常压和围压达到６ＭＰａ条件下，时域和频域上自振空化水射流的压力脉动特性．给出了评价压力脉动特性优劣的三个参数：最大脉动峰值压力、压力脉动幅度和脉动压力峰值差，得到了三个参数沿轴向和径向的变化规律及喷距、泵压、围压对射流压力脉动的影响规律。实验表明．自振空化射流存在最优喷距．在此喷距下脉动最强；在常压和围压条件下脉动规律不同，脉动随围压的升高而加剧．通过对风琴管脉冲喷嘴的改进，得到了一种新型的自振空化射流喷嘴。实验证明．这种新型喷嘴可提高射流的压力脉动强度及破岩效果。     

自激脉冲空化射流装置的冲蚀效果

运用正交实验方法,研究了自激脉冲空化水射流喷嘴装置的结构参数(腔室直径和下游喷嘴长度)对冲蚀效果的影响。在此基础上作者选用较优参数组合的自激喷嘴装置与传统用13°锥角喷嘴进行了对比冲蚀实验,研究了自激脉冲空化水射流的体积冲蚀速度随靶距和泵压的变化规律。     

围压对旋转射流破岩钻孔效率的影响

根据现场径向水平钻井技术的需要，在前期常压条件下研究的基础上，对围压条件下旋转射流的破岩钻孔效率进行了试验研究。结果表明，在围压条件下，随着射流压力的增加，旋转射流破岩效率呈现出线性增加的趋势。随着喷距的增加，破碎效率呈现出先增加后减小的趋势，即存在最优喷距。在围压低于5MPa时，破碎红砂岩的最优无因次喷距为2-2.5；随着围压的增加，破岩效率呈指数下降趋势，最优喷距随围压的增加而减小。在同压差条件下，围压比射流压力对破碎效果的影响更大。     

淹没状态下超高压磨料水射流切割实验研究

利用水射流切割实验系统,在80～240 MPa压力范围内对完全淹没状态下磨料水射流切割岩石的性能进行了实验研究.通过实验及数据分析,得出了磨料粒径和质量流量、射流压力、靶距、切割横移速度等参数对射流切割性能的影响规律.结果表明,在实验给出的工况条件下,磨料流量存在最佳值,在一定范围内切割深度随磨料流量增加而增加,当磨料流量达到一定值后,切割深度随流量增加反而下降;切割深度与射流压力基本呈线性增长关系;随着靶距的增大,切割深度逐渐减小;切割深度随切割速度的增加呈指数衰减趋势.     

变频转子式压缩机降低吸气干度对容积效率的影响

利用变频滚动转子式压缩机实验台测量了吸气干度x>0.9时压缩机的容积效率.结果表明,当0.90.95)和额定转速时,容积效率仅下降1%,因此,此类压缩机适合用于少量吸气带液的运行.     

围压下磨料射流喷射套管及灰岩实验研究

在设计可承受围压的磨料射流喷射实验装置基础上,选取低孔低渗的石灰岩及套管试件,改变喷射压力、围压、喷嘴直径、喷射距离等因素,分析磨料射流切割套管及岩心的特性。结果表明,喷射压力、喷嘴直径等是影响磨料射流喷射效果的主要控制因素,喷射压力及喷嘴直径越大,喷射效果越好,射孔深度越深;射穿套管的时间对喷距及围压较为敏感,但岩样中的射孔深度对二者变化时的响应较小。     

脉冲水炮发射特性的实验研究

脉冲水炮是一种新型有效的水力破岩装置,因而具有广阔的发展前景.通过对50 MPa脉冲水炮进行的实验,得到了水炮压力,喷嘴直径,靶距等参数与水炮打击效果之间的关系,从而为水炮的进一步研制和应用提供了可靠的依据.     

高压水射流破碎高围压岩石损伤场的数值模拟

利用ALE(arbitrary lagrange-euler)算法,考虑到一般情况下岩石处于高围压状态,建立了高压水射流冲击高围压岩石的数值模型.分析了高压水射流冲击下高围压岩石的损伤演化过程,指出岩石破碎过程呈阶跃式;通过对比无围压状态下岩石和高围压状态下岩石在高压水射流作用下破碎坑演化情况,指出处于高围压状态下的岩石损伤沿轴向的演化速率明显低于无围压状态下的岩石,沿径向的损伤演化受围压影响较小.通过分析4个典型单元在不同速度射流冲击下损伤演化情况,表明在提高射流速度可明显提高射流破岩效率,并在理论上对射流速度与射流破岩性能的关系进行了解释.     

水力喷射压裂中环空水力封隔全尺寸实验

多级水力喷射压裂技术依靠水力封隔实现层段间隔离。通过地面全尺寸实验,提出从环空压力变化的角度评估水力封隔效率。实验中对喷射速度、围压、喷嘴直径和射孔入口直径以及环空注液对水力封隔效率的影响进行测试。实验结果表明:射流速度和围压是影响环空压力降低的两个主要因素,环空压力降低的幅度与射流速度呈线性增长关系,与围压呈指数递减关系;水力封隔效率与射流动能和孔道入口直径的比值成正比,可通过增大喷嘴直径和减小孔道入口直径的方法提高水力封隔能力;环空注液降低水力封隔效率。     

围压条件下井底环空循环吸入式粒子射流破岩试验

井底环空循环吸入式粒子射流钻井是解决硬地层破岩钻井效率低下的有效途径。采用所研制的井底围压试验装置,试验探索井底环空循环吸入式粒子射流破岩的规律。结果表明:随着围压的增大,粒子射流破岩效率逐渐减小;随着射流压力、粒子直径和硬度的增大,粒子射流破岩效率逐渐增大;随着喷距和粒子质量分数的增大,射流破岩效率呈现先增大后减小的趋势;井底环空循环吸入式粒子射流高效破岩钻井方法确实可行。     

脉冲水气射流的实验研究

提出了一种可以产生振荡脉冲水气射流的新型脉冲射流装置,并用它对抗压强度为30MPa的白砂砖进行了冲蚀试验。为了便于比较,绘制了脉冲水气射流、振荡脉冲射流和常规射流的冲蚀效应随靶距变化的曲线,同时分析了脉冲水气射流冲蚀效应优于其他两种射流的原因。     

增压器全液压自动换向装置及其计算方法

为了研究更为新颖可靠的增压器全液压自动换向装置和与增压器换向频率有关的参数计算方法，对超高压水射流发生器及增压器的工作原理进行了分析，研制了1种对现行增压器自动换向装置的分类方法及具有结构独特、系统简单、机械噪音小、故障率低等优点的全液压自动换向装置.实验结果表明该分类方法概念明确，有利于规范此类装置的设计；将计算方法和新装置应用于水射流切割机产品的设计中，简化了水射流发生器结构，提高了其工作的可靠性，对提高超高压水射流切割机产品质量和促进水射流切割技术的发展起到了积极的推动作用.     

多功能水射流测试与碎岩实验装置及应用

鉴于水射流性能的优越性和应用的广泛性,开展水射流方面的研究是很有必要的。自主研发的多功能水射流测试与碎岩教学模型实验装置,主要由实验装置台架、水射流动力系统、控制与检测系统、岩样加持与固定系统和流体循环系统五部分组成,可实现包括对水射流打击力值和碎岩实验测试在内的多种功能。实验测试结果表明：水射流打击力值存在最优喷距,且打击力值随喷射压力的增大而增大;当水射流平行于油页岩层理方向打击时碎岩更容易,非淹没脉冲射流能够获得更好的碎岩效果。事实表明,本实验装置能够达到对水射流研究工作的预期目的。