牙轮钻头自激振荡脉冲喷嘴的实验研究

在理论和实验研究的基础上,设计了几种用于牙轮钻头的自激振荡脉冲喷嘴,在常压下进行了射流脉冲压力测试和冲蚀天然红砂岩的实验。实验结果表明,所设计的风琴管自激脉冲喷嘴和亥姆霍兹振荡腔脉冲喷嘴具有很强的脉冲效果,其冲蚀岩石能力大大高于普通锥形喷嘴,其中风琴管自激脉冲喷嘴的脉冲效果和破岩能力最强。实验还表明,自激振荡脉冲喷嘴射流存在最优喷距,最优喷距的大小为喷嘴出口直径的7～14倍。自激振荡脉冲喷嘴可直接应用在钻头上,能提高钻井速度,降低钻井成本。     

超高压水射流破岩及切割实验研究

利用国产高压水射流切割系统，对不同性质的材料进行了切割实验，考察了泵压、喷嘴横移速度、喷距和聚丙烯酰胺质量分数对射流切割效果的影响。实验结果表明，射流的驱动泵压与其切割深度成正比，喷嘴横移速度和喷距增加将使切割深度降低。聚丙烯酰胺对射流切割系统具有双重作用，因而其质量分数存在一个最佳值。对大理石、花岗岩和标准铝板等材料的切割实验表明，在其他实验条件一定的情况下，无孔隙材料的切割深度远低于大孔隙材料。     

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.     

水力射孔对地层破裂压力的影响研究

水力射孔辅助定向压裂可有效提高低渗透油田压裂效率,明显改善压裂效果.建立了包含地层水泥环套管的水力射孔井的三维力学模型,运用有限元数值模拟方法结合弹性力学理论和岩石的破裂机理,分析了水力射孔参数对地层破裂压力的影响.研究结果表明,沿着最大水平地应力方向进行交错布孔、选择射孔密度为4 m-1、增加射孔深度可以有效降低地层破裂压力.研究结果可为水力射孔辅助定向压裂工艺提供参数优选的依据.     

用离散涡方法模拟喷嘴出口射液流场的数值模型

根据流体力学原理,用离散涡方法建立了在复平面上模拟嘴出口流场的一套完整模型。在此基础上,用ＦＯＲＴＲＡＮ语言编写了计算机程序,模拟了喷嘴出口流场的速度分布,利用涡失矢量图对计算结果进行了分析,得出 射流嘴出口分离动及流场中旗旋涡形成发展的规律。     

超临界CO_2压裂井筒流动模型及耦合求解

超临界CO_2压裂是一种新型的无水压裂技术,井筒温度和压力准确预测是该技术成功实施的关键。基于Span-Wagner状态方程和Fenghour输运性质模型,结合质量、动量和能量守恒方程,建立考虑热量源汇的超临界CO_2压裂井筒流动解析模型,采用压力和温度以及油管-环空-地层的迭代计算,实现井深和径向方向的双重耦合数值求解。通过对比分析经典模型和现场实测数据,分别验证模型的推导过程和精度。结果表明:气体膨胀或压缩做功对井筒温度和压力的影响不能忽略;大排量超临界CO_2压裂过程中,须考虑摩擦生热对井筒温度和压力的影响;焦耳-汤姆逊效应对井筒温度和压力影响较小,工程计算中可忽略。     

射流冲击载荷对井底岩石应力场的影响

考虑三向地应力、液柱压力、孔隙压力和射流速度的影响,建立射流冲击井底岩石流固耦合模型,运用有限元及有限体积法进行求解。结果表明:井底压差越大,井底岩石最大主应力越大;射流最大冲击压力与速度平方成正比,孔隙压力在冲击面和冲击轴线上随距离增加均呈"三次抛物线"减小;射流冲击井底岩石存在明显的局部效应,射流主要影响区域在冲击面上约为2倍射流半径,在冲击轴线上约为2.5~3.5倍射流半径,与应力波理论结果相吻合。     

永磁同步电机磁通谐波抑制的补偿控制仿真

永磁同步电机的转子永磁体励磁磁场中含有的谐波分量,将增加定子绕组内磁链的谐波分量,增大电机的损耗,导致电机温度升高,同时产生转矩波动.根据内置式电机转子磁场的特点,建立电机模型,并在该模型基础上提出一种对磁场谐波抑制的补偿控制算法,通过降低谐波分量来减少定子铁损.同时对电机因磁场谐波引起的转矩波动进行补偿,从而减小振动和噪声.仿真结果表明该补偿控制算法使得磁链谐波分量明显降低,转矩波动减小.     

水力脉冲振动注水泥装置的设计与试验

研制了新型水力脉冲振动注水泥装置,该装置安装在套管底部,在注水泥过程中产生水力冲击作用于套管、水泥浆和钻井液,通过消除气泡、清除泥饼、提高顶替效率和水泥石强度来提高水泥胶结质量.试验测量了水力脉冲装置的脉冲特性.结果表明,当喷嘴压降产生的上推力超过弹簧预紧力时,脉冲装置可以形成幅度为0.5～1.5 MPa、频率为22～25 Hz的压力脉冲,压力脉冲波形规则.调整喷嘴直径,可以控制压降;调整弹簧预紧力,可以控制脉冲压力幅度.该水力脉冲振动注水泥装置活动部件少,安全可靠,便于现场应用.