常压下淹没自振空化射流冲蚀岩石效果的试验研究

本文对常压下淹没自振空化水射流进行了试验研究,着重研究了风琴管空化喷嘴的冲蚀效果及其影响因素。对自振空化喷嘴的结构关系和设计模式进行了理论推导,并用半理论的方法对风琴管空化喷嘴和脉冲空化喷嘴进行了设计。用风琴管空化喷嘴、脉冲空化喷嘴和锥形喷嘴做了不同喷距时的冲蚀人造砂岩试验,得出了喷距影响规律。研究结果表明,自振空化喷嘴的冲蚀效果明显优于锥形喷嘴。在此基础上,通过对常压下风琴管空化喷嘴的冲蚀效果及其影响因素的研究,得出了一些规律性结果,为喷嘴优化设计提供了依据,使自振空化射流在工业上得到了广泛的应用。     

淹没磨料射流效应实验研究

在前混合磨料射流系统和淹没射流环境下,借助数码摄像测试系统,研究淹没磨料射流中空泡云的形成以及空泡云长度随泵压、围压的变化规律.研究结果表明:在淹没磨料射流中,空化噪音随围压的增加而减少;在低围压阶段,空化噪音衰减明显,淹没磨料射流不出现最大噪音的峰值围压;而随泵压的增加,空化噪音逐渐增加,其变化规律与清水空化射流产生的空化噪音变化规律基本一致;泵压增加,花岗石的冲蚀深度增加,泵压与冲蚀深度呈指数函数分布;围压增加,花岗石的冲蚀深度减少,最优空蚀效应围压为1 MPa.     

淹没条件下星形喷嘴射流流动特点的模拟研究

为了优化钻头水功率配置,提高井眼净化效果,对新近引入石油工程中的星形喷嘴射流进行了模拟研究,建立了喷嘴射流流场的流动控制方程,采用有限体积法对其进行离散,结合Realizable k-ε模型对方程组进行求解,并将计算结果与圆形喷嘴射流的结果进行了对比。对比结果发现,淹没条件下喷嘴出口截面形状对射流的影响主要体现在射流的起始段,起始段内星形喷嘴射流流场较圆形喷嘴射流的要复杂。当喷距大于4倍喷嘴当量直径时,星形喷嘴最大、最小截面上轴向速度和湍动能的衰减趋势同圆形喷嘴的衰减趋势一致,两个截面上射流速度剖面满足自相似性。     

淹没条件下水射流涡旋特性大涡模拟及实验研究

采用大涡模拟方法对淹没条件下水射流的涡量场进行数值模拟,分析流场中涡旋的产生与扩散机制,并通过相同条件下粒子图像测速仪测量射流的涡量场,对模拟结果和方法进行验证。模拟研究泵压和围压对淹没射流涡旋特性的影响。结果表明:在射流流场中,由喷嘴出口产生一系列涡量集中的点涡旋,随着射流的前进涡旋逐渐扩散,卷吸周围介质并传递能量,卷吸范围逐渐扩大,而卷吸能力沿射流轴向呈指数衰减;随着泵压升高,整个流场中涡旋的涡量值明显增大,涡旋扩散长度直线上升;围压对涡量基本没有影响,围压的增加会使涡旋扩散区长度直线下降,减小卷吸作用范围。     

摆动淹没射流对底床脉动冲击的实验研究

射流冲击是水力工程中的常见问题,摆动射流对床面的作用值得深入研究。文章针对恒定水头的恒定往复摆动的淹没射流的近壁区流场及床面动态压力特性开展了实验研究,使用超声多普勒流速剖面测量仪(ultrasonic Doppler velocity profile,UDVP)测得摆动射流在约30°、45°及60°3个不同入射角情况下瞬间的平均瞬时流场,利用压力传感器得到不同床面位置的脉动压力。实验发现,摆动淹没射流存在自由射流区、射流冲击区和附壁流区3个不同的流区。摆动射流在近壁区产生向上游回流的临界倾斜角比恒定倾斜射流时大。摆动淹没射流下冲击区床面压力随时间变化而有波动变化。床面瞬时压力峰值在射流摆动状态下略低于恒定倾斜射流情况,其随摆动频率的增加而略有降低,摆动幅角的影响可忽略。     

自由淹没气体旋转射流速度场实验研究

为研究自由淹没气体旋转射流速度场规律,采用五孔探针对自行设计的旋流器形成的流场进行定量实验研究。测量4种不同旋流强度下的流场,计算得到了各分速度在不同截面上的量纲一分布图,并进行分析研究。结果证实:轴向速度分布在旋流器出口附近区域与旋流强度有关,在与射流轴心垂直的截面上呈"M"形分布,逐渐发展成"马鞍"状、正态分布,直至衰减到零;切向速度呈中心对称斜"S"状分布,不同截面上的最大值大致出现在同一量纲一半径处;径向速度在半径方向呈"~"形分布,比轴向速度和切向速度小1个数量级;轴向速度和切向速度沿轴向逐渐衰减,衰减随旋流强度增大而增快。     

地层条件下岩石动静力学参数的实验研究

在实际地层三轴应力和温度条件下 ,测量了 CX地区地表至 50 0 0 m深度砂、泥岩样品的静力学参数。对其中大部分样品进行了岩石力学和声波速度 (v P,v S)的同步测试 ,由此获得了在相同应力和温度条件下岩石的动、静力学参数。根据实验结果 ,讨论了在实际埋深条件下CX地区砂、泥岩的静力学参数、波速及动力学参数的变化特征 ,以及岩石动、静力学参数间的关系。     

岩石在磨料射流作用下破坏机理

描述了岩石材料在磨料射流的冲击下破坏的主要原因，分析了应力波就是岩石局部受到拉伸和剪切井最终使岩石发生破坏的根本因素，在这一假设的前提下采用波动理论建立了岩石受应力波作用的力学模型即射流波动的基本方程，在已知的边界条件下推导出了由波动引起的最大正应力的计算公式。通过该公式对具体实例进行了理论计算，并把该计算结果与在河南油田所进行的地面磨料射流割缝的现场实验结果进行了比较，证明两种结果吻合的较好．说明这种理论分析方法是可行的。     

PIV技术在水垫塘实验模型淹没射流中的应用

使用PIV技术对模型单股淹没射流流场进行了测量，得到流场的流态及其特征参数(等流函数线、涡量、湍动能)；对水工实验模型的典型流动进行了图像处理，并分析了测量结果。该测量结果可为数值模拟水垫塘流场及水垫塘的优化设计提供参考。     

井底压力条件下岩石可钻性实验及仿真研究

岩石的可钻性是正确评价是确定钻井参数、选择钻头类型、预测钻井效果以及规定钻进工作定额时所必需的;而以往岩石可钻性极值的确定都是在常压下进行的。常压下岩石的可钻性极值与井底压力条件下岩石可钻性极值相差较大,远不能满足工程需要。为此,提出了一种室内测定井底压力条件下岩石岩石可钻性极值的实验方法;并通过HyperMesh有限元处理器仿真得到井底压力条件下岩石的可钻性极值的仿真值。通过对实验数值和仿真数值的对比,二者误差都在10%以内。所以该实验方法能够较准确的得到井底压力条件下岩石的可钻性极值。从而更能够准确的选择钻头类型,优化钻进参数,指导工程实践。     

超临界CO_2直旋混合射流冲蚀岩石的损伤破坏机制

超临界CO_2射流具有破岩门限压力低、效率高的特性.直旋混合射流兼具直射流和旋转射流的破岩优势.采用超临界CO_2流体调制形成直旋混合射流的方法,有望大幅提高破岩效率.为了揭示其独特的岩石损伤破坏机制,分别选取页岩、白云岩与砂岩3种不同岩心,开展超临界CO_2直旋混合射流冲蚀岩石实验,并通过扫描电镜手段,观测冲蚀孔的微观损伤形貌.结果表明:页岩冲蚀后几乎未发生宏观形变,仅造成了表面微观损伤,产生了微小裂隙;白云岩及砂岩冲蚀后岩心表面产生了冲蚀孔,矿物晶体自身及晶间发生断裂甚至破碎.基于扫描电镜结果,分析认为其岩石损伤机制可以分为两方面:一方面,直旋混合射流对岩石产生轴向冲击、径向拉伸与周向剪切的共同作用,容易使岩石产生裂隙;另一方面,超临界CO_2具有低黏度、强扩散以及可压缩的性质,可进入深层孔隙,通过多种机制产生微裂隙并扩展已有裂缝,最终造成岩石宏观破碎.     

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。     

温度对岩石渗透率影响的实验研究

对储层粉砂岩、灰岩、变质岩和砾岩渗透率受热变化规律进行了实验研究。并对岩石渗透率在高温作用下发生变化的机理进行了讨论。分析结果表明,岩石在常压条件下经过高温加热处理,其渗透率随温度的升高而呈增大趋势;岩石渗透率发生突变时存在一个阈值温度,组分不同的岩石,其阈值温度也不同,岩石渗透率的提高是由于岩心受热后产生了新的裂缝,裂缝延伸而形成了连通网络结构。     

温度对岩石渗透率影响的实验研究

对储层粉砂岩、灰岩、变质岩和砾岩渗透率受热变化规律进行了实验研究 ,并对岩石渗透率在高温作用下发生变化的机理进行了讨论。分析结果表明 ,岩石在常压条件下经过高温加热处理 ,其渗透率随温度的升高而呈增大趋势 ;岩石渗透率发生突变时存在一个阈值温度 ,组分不同的岩石 ,其阈值温度也不同。岩石渗透率的提高是由于岩心受热后产生了新的裂缝 ,裂缝延伸而形成了连通网络结构     

靶距对淹没射流冲刷沙床影响的数值模拟

射流冲刷水下淤积物以及破碎板结土在疏浚工程中有着广泛的应用,对其进行研究很有必要。以中值粒径d50=1.8mm的沙床为研究对象,采用泥沙冲刷模型进行二维垂向淹没射流冲刷沙床的数值模拟研究,探究射流靶距h对淹没射流冲刷沙床的影响。数值模拟结果与实验结果吻合较好。结果表明:在冲刷前期,冲刷坑深度εm随h的增大而减小;在冲刷后期,εm随h的增大呈现先增大后减小的趋势。     

单轴压缩条件下预制裂隙类岩石材料实验研究

为研究裂隙类岩石材料在单轴压缩条件下的力学性质及裂纹扩展规律,通过在试样中预埋铁片的方法,制备出含不同裂纹条数和裂纹倾角的裂隙类岩石材料;采用RYL-600剪切流变仪对试样进行以负荷控制方式进行单轴加载,并使用数码相机记录试样加载过程中裂纹的起裂、扩展和贯通过程.着重对60°×18条裂隙类岩石材料的实验结果进行详细分析,观察其轴向应力-轴向位移曲线,曲线呈现出3次明显的应力跌落阶段,结合试样在试验过程中的录像,将裂纹的扩展分为3个阶段.并且,通过FLAC3D数值模拟软件对60°×18条的试样进行数值模拟研究,获得了数值模拟实验加载过程中的轴向应力-轴向位移曲线和模型破坏切片图,分析其破坏方式和破坏模式,并与物理实验对比,两者吻合较好.     

磨料射流对金属和脆性材料的冲蚀作用

通过磨料射流对铝板和钢板的穿孔试验,来研究磨料射流的冲蚀机理和结构特点。试验表明,磨料射流对金属材料的冲蚀作用是塑性变形和磨削变形不断发展的结果,与水射流迥然不同。磨料射流对玻璃板的穿孔试验表明,它可以成为加工脆性材料的新型机具     

加热条件下柴油喷雾射流不稳定性分析和实验

就温度对柴油喷雾射流表面扰动波增长率的影响进行了理论分析和实验研究。研究结果表明,在加热条件下,燃油的表面张力和粘性下降,引起韦伯数Ｗｅ的减少和雷诺数Ｒｅ的增大,结果导致喷雾射流扰动波的增长。环境介质温度愈高,喷雾射流表面温度就愈高,扰动波的增长率就越大,喷雾就越容易破碎和雾化,这与实验观察结果相符合。     

高温影响下页岩岩石的声学特性实验研究

以四川盆地龙马溪组页岩为研究对象,研究了高温处理后页岩岩样物理性质的变化规律,讨论了温度对页岩岩石声波特性的影响,同时,也研究了高温影响下页岩岩石动弹性参数的变化规律。研究结果表明,当作用温度低于400℃时,温度对页岩表观颜色和物理性质影响较小,而当作用温度超过400℃时,页岩表观颜色逐渐由黑色变为灰白色,且页岩质量下降快、体积膨胀率上升快,造成页岩密度下降快;随着温度增加,页岩声波速度不断下降,且声波主频不断下降,而页岩声波衰减系数不断增大,且声波衰减系数对页岩热损伤效应的敏感性更强;随着温度增加,页岩损伤因子增大,同时,页岩动态泊松比也呈增大趋势,而页岩动态弹性模量、体积模量、剪切模量呈下降趋势。     

温度对岩石核磁共振弛豫影响的实验研究

温度是影响核磁共振测井的一个因素,储集层的温度通常可高达100℃以上,与室温相差很大,所以有必要研究温度对岩石核磁共振弛豫的影响。本文对一组饱和水或油的人造碳化硅、人造碳酸钙、天然贝瑞砂岩以及天然碳酸盐岩样品进行了核磁共振变温实验,利用工作频率为2MHz的Maran2核磁共振仪器进行实验,实验温度从25℃到60℃,结果表明:对饱和水的砂岩和碳酸盐岩,温度对岩石NMR弛豫的影响不同;饱和水的人造碳化硅和天然贝瑞砂岩的核磁共振弛豫时间随温度升高而减小,表现为反常的温度关系;而对于饱和水的人造碳酸钙和天然碳酸盐岩都表现为正常的温度特性,即弛豫时间随着温度的升高而增大。对于饱和油的贝瑞砂岩和碳酸盐岩样品,其NMR弛豫时间随温度升高而增大。实验证明,温度对不同孔隙介质流体弛豫的影响在实际核磁共振测井中应该予以考虑。