油基钻井液驱动下射流式液动冲击器的动态特性分析

在油气勘探领域,射流式液动冲击器常被用来加速硬岩钻井,降低钻柱摩擦,解决钻头粘滑等问题。实验表明,利用清水不能准确预测实际钻井中油基钻井液驱动的射流式液动冲击器性能。采用模拟和实验相结合的方法,研究了油基钻井液对射流式液动冲击器的动态特性的影响。结果表明,油基钻井液密度和固相颗粒对液动冲击器的压力降及运动特性具有显著影响。在液动冲击器的工作流量范围内,由于高速流体的剪切稀释特性,油基钻井液的非牛顿流变特性对其输出特性影响不大。总的来看,射流式液动冲击器可以在油基钻井液中稳定工作,具有正常的动力水平和良好的适应性。     

液动冲击器测试系统的研究

分析和比较了测试破岩冲击器冲击能量的各种方法，根据冲击力法的测试原理和特点，选用冲击力法测试破岩冲击器的性能参数，并以ＹＤ系列测力传感器为检测元件。建立了一套比较完善的自动检测系统。实验证明，用这套系统测出的结果比较准确地反映了冲击器的性能特点，对于研究和改进冲击器的结构具有指导意义，同时为研究冲击破岩机理提供了可靠的实验数据。     

YS型冲击器多功能结构的试验研究

作为当今五大钻探技术之一的液动冲击回转钻探的技术核心是液动冲击器。生产实践证明YS型冲击器是性能优良的液动冲击器。试验研究表明YS型冲击器的有眼阀壳换成无眼阀壳就可改作气动冲击器,这样YS型冲击器配备一个无眼阀壳就成为多功能冲击器,而且这种多功能冲击器的气动性能,接近于其液动性能也接近于同样规格的气动冲击器的性能。     

液动冲击旋转钻井技术在石油工业中的新进展及发展方向

液动冲击旋转钻井技术是在旋转钻井基础上发展起来的钻井新技术,是在钻头上部联接冲击器,将冲击钻进和旋转钻进相结合的一种钻井方法。调研了液动冲击旋转钻井技术的技术特点,和液动冲击器在国内外的最新发展和现场的应用情况。总结了液动冲击旋转钻井技术的破岩机理及钻井参数的优选方法和钻柱的动力学理论。基于目前液动冲击旋转钻井技术的发展现状,结合目前正在兴起的旋转导向钻井技术,对该技术的发展趋势进行了展望。     

液压卡紧对射流式液动锤性能的影响

运用CFD动态数值模拟方法,计算新一代射流式液动锤试验样机的性能参数,并将其与实测结果进行对比.结果表明:若不考虑液压卡紧引起的摩擦力,射流式液动锤冲击频率、冲击末速度和冲击功计算值分别是实测值的1.853～1.898倍、2.024～2.107倍和4.097～4.439倍;将由液压卡紧效应引起的摩擦力考虑在内,冲击频率、冲击末速度和冲击功计算值分别是实测值的1.218～1.439倍、0.936～1.171倍和0.876～1.371倍,大幅度提高了数值计算结果与实测值之间的吻合程度.这说明液压卡紧引起的轴向摩擦力,大幅度增加了活塞运动阻力,减小了其加速度和速度,进而显著降低了冲击功和冲击频率等性能参数.设法减小甚至消除液压卡紧力的影响可望成为提高射流式液动锤冲击功和能量利用率的新途径.     

海底液动冲击取样器的研究

介绍了集抽吸泵抽吸作用形成局部负压和三重管结构设计等特性于一体的新型海底液动冲击取样器的工作原理,并建立起液动冲击取样器抽吸泵的数学模型,对抽吸泵进行了理论分析和数值计算.     

基于Ls-dyna的射流式冲击器冲锤结构

基于Ls-dyna显式非线性动力学分析方法,建立"冲锤-钻头-岩石"碰撞模型,对射流式冲击器冲锤结构参数进行研究.分析等速度等质量冲锤与不同种类岩石撞击时,冲锤长度及直径变化对能量传递的影响.结合应力强度分析,探讨射流式冲击器冲锤合理结构.研究结果表明:岩石吸能值随冲锤直径减小单调提升;冲锤长度存在最优值,超过或低于最优值,岩石吸能值均减少;岩石可钻性等级或冲锤冲击末速度越高,冲锤结构改变对碎岩影响越小;最大应力始终出现在钻头尾部,相对面积小的撞击面边沿会出现应力集中,冲锤设计需兼顾钻头许用强度.     

射流式液动锤高压腔内液体压力的数学模型

为了定量分析活塞冲锤的运动状态，实现射流式液动锤性能的优化设计，以冲击式水轮机力学模型为参考，根据经典的流体力学基本定理，推导出了射流式液动锤高压腔内液体压力的数学表达式。利用以此数学表达式为核心的射流式液动锤数学模型进行计算机模拟仿真分析，得到了与实测曲线较为接近的射流式液动锤前、后腔液体压力变化曲线，表明该模型可以较准确地反映射流式液动锤的内部动力过程。     

冲击式水轮机射流干涉研究

探讨冲击式水轮机的射流干涉现象,分析了水斗在没位置的入流和出流速度三角形,指出了射流干涉对转轮效率的影响,提出提高冲击式水轮机效率的方法和途径,为冲击式水轮机的选型及结构设计提供了参考意见。     

射流式液动锤高压腔内液体压力的数学模型

为了定量分析活塞冲锤的运动状态,实现射流式液动锤性能的优化设计,以冲击式水轮机力学模型为参考,根据经典的流体力学基本定理,推导出了射流式液动锤高压腔内液体压力的数学表达式。利用以此数学表达式为核心的射流式液动锤数学模型进行计算机模拟仿真分析,得到了与实测曲线较为接近的射流式液动锤前、后腔液体压力变化曲线,表明该模型可以较准确地反映射流式液动锤的内部动力过程。     

喷动流化床射流穿透深度试验研究

提出射流穿透深度是表征喷动流化床煤气化过程中射流特性的重要参数.在300 mm×30mm×2 000 mm的喷动流化床煤气化炉冷态试验装置上,采用压力信号分析和快速摄像图像分析相结合的方法,系统地考察了喷动气速、喷口直径、物料特性、静止床高和流化气流率对射流穿透深度的影响.结果表明,射流穿透深度随喷动气速、喷口直径的增大而增大,随静止床高、物料密度、物料直径、流化气流率的增大而减小.另外,引入两相弗劳德数(Fr)、颗粒雷诺数(Rep)等无量纲参数,对试验结果进行多元回归分析,建立了喷动流化床射流穿透深度的关联式,该关联式全面考虑了各种影响因素,特别是静止床高和流化气流率的影响.关联式的预测值与本文及国内外其他一些研究者的试验值进行了比较,结果吻合得较好.     

高压气液两相射流冲击破煤特性

目前,水力割缝技术已经成为治理煤矿瓦斯灾害,实现煤层卸压增透的主要手段之一.高压气液两相射流作为一种新型高效的多介质强力射流,在冲蚀破岩性能上优于传统单介质射流.为了提高高压气液两相射流的破煤性能和卸压增透效果,通过改变高压气液两相射流的含气率、射流压力、冲击靶距以及喷嘴直径等基本参数,并结合超声波系统,探究了关键参数对两相射流冲击破煤的影响.结果表明:高压气液两相射流的冲击侵蚀破煤比传统纯水射流效果更显著,并且当含气率Fa=30%,射流压力Pw=10 MPa,冲击靶距Ds=300 mm,喷嘴直径Dn=3.5 mm时,气液两相射流冲击破煤的效果更好.试验研究结果对于含气率、射流压力、冲击靶距及喷嘴直径等关键参数的选择提供了合理的参考,有效地提高了高压气液两相射流冲击破煤的效果.     

圆形浸没射流冲击下有关压力梯度的理论分析

对圆形轴对称射流冲击下的轴向、径向压力梯度值进行了理论计算、就引射、局部换热系数径向分布峰值出现的位置及机理进行了分析、讨论,计算结果与浸没射流的实验结果符合较好,压力梯度的存在决定了浸滑射流的径向换热分布形状,而Ｒｅ数只是控制其换热的强弱。     

液动冲击旋转钻具存在的问题及解决途径

论述了液力冲击旋转钻井技术在我国油气钻井中应用的主要问题是：对振动的担心,冲击钻具本身的质量,与钻头的配套及适用的岩层等问题．提出了解决的途径,包括冲击钻具的合理设计、选材与使用,尽量少用弹簧,减少易损件,优选材质,保证冲击钻具的寿命达到２００ｈ以上．指出在解决了冲击钻具的寿命和工作稳定性两个关键问题后,这一技术完全可以应用于我国油气井钻井中．     

液动冲击器测试系统的研究

分析和比较了测试破岩冲击器冲击能量的各种方法，根据冲击力法的测试原理和特点，选用冲击力法测试破岩冲击器的性能参数，并以ＹＤ系列测力传感器为检测元件，建立了一套比较完善的自动检测系统。实验证明，用这套系统测出的结果比较准确地反映了冲击器的性能特点，对于研究和改进冲击器的结构具有指导意义，同时为研究冲击破岩机理提供了可靠的实验数据。     

紊动射流的近区初始稀释

本文研究运动淡水水体中紊动射流的近区掺混规律.应用紊动射流特征长度比尺法给出了射流中心线轨迹及初始稀释度模型.通过底部潜没扩散器排放与岸边单孔排放水槽试验,建立了扩散器工程参数:出口流速、孔数、扩散器长度、孔径等与污水带轨迹及初始稀释度之间的关系.以实例介绍了成果的工程应用.从稀释扩散能力看,底部潜没排放方式明显优于岸边排放方式.结果表明:长度比尺法物理概念明确、计算简单、应用方便,特别适合于扩散器工程的规划和初步设计.     

基于CFD的单股冲击射流的数值模拟

运用PHOENICS计算软件,选取标准双方程模型及优选的紊流模型系数,采用有限体积法对轴对称紊流射流流场进行数值计算。计算结果表明,射流轴心速度是逐渐衰减的。选取平面紊动冲击射流问题为研究对象,通过对冲击射流内各区域流动特性的分析,给出了圆形冲击射流冲击区的范围,从喷嘴出口条件入手导出了壁面射流区中壁面切应力和径向速度的沿程分布关系式,该式反映了壁面射流场对初始条件的依赖。     

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.     

圆形液体浸没射流冲击核沸腾传热的实验研究

以R113为工质,通过实验系统研究了圆形浸没射流冲击下射流出口速度、喷嘴直径、喷嘴至冲击板距离、液体流动方向及过冷度等对核沸腾传热曲线及临界热流密度的影响.结果表明:同一过冷度下的池核沸腾和冲击核沸腾曲线可以用统一的关联式来表达;提出的过渡沸腾传热表达式可以很好的用来关联实验数据;而临界热流密度随着速度增加及离驻点距离的减小而提高.     

可压缩轴对称冲击射流流场的数值模拟

数值模拟一种可压缩轴对称冲击射流。所构造的数值模拟方法是:直接求解柱坐标系下的二维可压缩Navier-Stokes方程的差分离散方程,其中对流项采用基于非等距网格上的五阶精度迎风紧致型差分格式,黏性项采用基于非等距网格上的六阶精度对称紧致型差分格式,时间项采用3步三阶精度Runge-Kutta方法。模拟不同雷诺数、马赫数条件下冲击射流大尺度涡结构的演化过程。结果表明:流体从喷嘴射出后卷起形成一个独立的大尺度负涡,即初生漩涡,它会在壁面处逐渐激发出一个具有正涡量的壁面二次生成涡;初生漩涡和二次生成涡互相旋转挤压,壁面二次生成涡的力量很快占优势,带动初生漩涡向流场内部发展;随马赫数的增大,初生漩涡具有更强的力量,抑制了壁面二次生成涡和其他小尺度负涡的发展;随雷诺数的增大,初生漩涡的力量有所减弱,促进了壁面二次生成涡和其他小尺度负涡的发展。