旋转水射流破岩的数值模拟分析

采用非线性动力有限元和岩石动态损伤模型模拟了旋转水射流作用下岩石的损伤破坏过程 ,其中岩石损伤场的求解采用解耦的方法。同时还对旋转水射流的破岩机理进行了分析。模拟计算结果与前期的试验结果一致 ,均显示旋转射流具有较强的破岩能力 ,其原因在于旋转射流的质点具有三维速度 ,破岩时以倾斜冲击为主 ,易于在岩石表面形成拉伸和剪切破坏 ,回流的干扰较少 ;破岩过程首先是形成一环形破碎带 ,然后沿径向和轴向发展 ,所形成的破碎坑呈内凸锥状。旋转射流破岩的优势在于破碎面积大、效率高。     

浅析高压旋转水射流破岩机理

本文着重分析高压旋转水射流对岩石材料的打击力及压缩波对岩石材料的作用,通过对理论公式的推导和分析,详细论述了打击力和压缩波对岩石的破坏作用,从而得到旋转水射流破坏岩石材料的主要特点。     

振荡冲击器破岩机理数值模拟分析

为了揭示振荡冲击器作用下的井底岩石破碎机理,用数值模拟分析的方法,研究了不同参数对破岩效率的影
响,包括不同工作频率、不同循环动载和不同岩石类型,并分别对其进行了定量分析。结果表明,井底岩石的破碎分为
3 个区域：破碎区,损伤区和无损区,在振荡冲击器的作用下,井底岩石的破碎过程分为3 个阶段：钻头的中心齿压碎
岩石,边齿对岩石造成破坏,钻头旋转切削破碎岩石。井底岩石的破碎效率随着振荡冲击器工作频率的变化而变化,
当工具的工作频率为16 Hz 时,破岩效率最高,振荡冲击器的破岩效率随着交变动载荷峰值的增加而不断增加,当其
峰值载荷超过10 kN 之后,破岩效率增加比较缓慢,振荡冲击器的破岩效率随着地层岩石硬度的变化而变化。这对振
荡冲击器的现场应用具有十分重要的指导意义。     

高压水射流破岩机理研究

由于高压水射流破岩涉及的因素较多，且影响因素的作用规律比较复杂，致使其破岩机理一直未能被准确揭示，从而制约着水射流技术的应用和发展。对水射流破岩理论研究的状况进行了回顾，系统评述了水射流破岩研究中的理论要点，在此基础上指出水射流的冲击动载荷、岩石的动态本构关系、岩石与水射流的耦合作用以及水射流破碎岩石的数值模拟研究等是水射流破岩机理研究的发展方向，这对高压水射流破岩理论的深入研究和水射流技术的应用具有现实的意义。     

锥形旋转射流井底流场的数值模拟

针对旋转水射流代替机械钻头破岩钻径向水平井的实际要求,运用数值模拟方法研究了旋转射流在井底的流动规律。结果表明,旋转射流的流动不同于普通圆射流,它的第一个质点都具有三维速度,射流能量不是集中在射流中心部位,而是集中在定定半径的圆环上,同时具有明显的扩散性,并在中心形成回流区。随着旋流强度的增大,射流扩散能力增强。 数值模拟得到的流动规律与实验结果完全一致。     

钢粒冲击岩石破岩效果数值分析

为了分析钢粒冲击岩石的破岩效果,应用动力瞬态非线性有限元方法,建立球形钢粒冲击岩石的计算模型,并对其破岩过程和破岩机制进行分析.钢粒冲击岩石的理论最优粒径为0.1～0.3 cm、冲击速度为100～250 m/s、入射角为0°～20°.室内钢粒冲击岩石试验结果表明:加入钢粒后岩石的冲击破碎体积是不加钢粒的4倍多;在常规钻井机械水力联合破岩的基础上,加入钢粒会大幅度提高硬地层的钻井速度;试验验证了数值模拟的正确性.     

气液两相射流破岩流场数值模拟

为解决传统水射流破岩资源消耗巨大的问题,急需研究出一种高效节能的射流破岩技术,以达到节能减排、绿色可持续发展的目的。本文基于计算流体力学方法,在水射流的基础上加入定量气相,形成气液两相射流,并对其进行数值仿真,研究了气液两相射流的速度场、压力场特性,分析了气相体积分数、入射压力和喷距对气液两相射流破岩性能参数的影响规律。研究结果显示：气相体积分数为30%的气液两相射流的最大轴向速度为288 m/s,相比纯水射流提升超过19%。当射流从喷嘴喷出,高压的气泡溃灭会形成高速溃灭微射流,提高射流速度和射流冲击力。随气相体积分数增加,射流最大轴向速度不断增加,而驻点压力略有下降。随入射压力增加时,射流最大轴向速度呈上升趋势,但增幅逐渐变缓。当喷距增加到35 mm时,射流中的大部分气泡在靶面附近发生溃灭,对靶面产生脉动冲击,使驻点压力回升到26 MPa,此时驻点压力高,射流扩散较小,射流破岩性能良好。     

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。     

磨料浆体旋转射流破岩钻孔特性实验研究

聚丙烯酰胺作浆体添加剂，由高压罐在高压管路中加入磨料形成磨料浆体，通过定点冲蚀岩石实验研究磨料浆体旋转射流的破岩钻孔特点。实验表明，磨料浆体旋转射流冲蚀岩石形成的破碎坑呈“V”形。与非旋射流相比，相同水力参数下磨料浆体旋转射流的钻孔直径增加1．2倍左右，破岩体积提高约4倍。添加剂聚丙烯酰胺的含量增加对提高射流的破岩钻孔深度有明显地促进作用。     

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。     

旋转磨料射流套管开窗数值模拟及试验验证

提出利用旋转磨料射流进行井下开窗的技术路线,建立套管在旋转磨料射流冲蚀作用下的损伤模型,利用有限元方法对旋转磨料射流套管开窗进行数值模拟,并通过室内试验对模拟结果进行对比分析。结果表明:利用数值模拟方法可以较准确地模拟套管的实际开窗过程,揭示旋转磨料射流套管开窗的机制;旋转磨料射流开窗工艺简单、作业成本低,形成的窗口形状较为规则,可以满足径向水平钻进的要求。研究结果为井下套管开窗技术的进一步发展提供了理论基础。     

液体射流在旋转气体中分裂破碎机理研究

研究了旋转气流中空心柱液体射流的流动参数、喷嘴几何因素在液膜分裂破碎过程中的不稳定性作用,结果表明：液膜的分裂破碎主要是由表面张力引起的;液体Reynolds数在整个射流过程中起不稳定性的作用;在旋转气流中,内部气动力及内部旋转强度的变化,对液体射流的不稳定性没有影响,而外部气动力及外部旋转强度在液体射流的破碎过程中起着稳定性的作用;在旋转气流中．射流内半径与液膜厚度比起稳定性的作用。     

高压水射流深穿透射孔增产机理研究

高压水射流技术是切割破岩、清洗除锈、油田增产的新技术。在分析钻井侵入带和常规聚能射孔压实带对油井产量影响的基础上,探讨了高压水射流定向深穿透射孔的油井增产机理。研究结果表明,采用高压高速射流技术,可以切割破岩、减轻近井地带应力集中和穿透近井污染带,其结果可以使油井获得增产增注。讨论了该技术用于定向射孔压裂进行油藏改造的可行性。     

高压水射流深穿透射孔增产机理研究

高压水射流技术是切割破岩、清洗除锈、油田增产的新技术。在分析钻井侵入带和常规聚能射孔压实带对油井产量影响的基础上 ,探讨了高压水射流定向深穿透射孔的油井增产机理。研究结果表明 ,采用高压高速射流技术 ,可以切割破岩、减轻近井地带应力集中和穿透近井污染带 ,其结果可以使油井获得增产增注。讨论了该技术用于定向射孔压裂进行油藏改造的可行性     

水射流切割粘弹性药柱的仿真研究

针对要求安全性高的水射流切割药柱操作,研究了如何安全有效的切割清除固体火箭发动机药柱问题。为改善和优化影响切割效果和安全性的射流器工艺参数,提出了基于LS-DYNA软件对五种不同条件下水柱冲击药柱的仿真方案。通过分析,得出水射流切割药柱的机理和合理的切割工艺参数。结果表明,喷口直径越大,导致切割深度越大但对药柱表面压强影响不明显。射流速度越大,导致切割深度越大并且药柱表面压强也越大。采取倾斜切割方式为佳。验证了仿真方案的有效性和实用性。     

气-固两相旋转射流场稳定性研究

采用考虑悬浮固粒与气流相互作用的Marble压力耦合模型和涉及悬浮固粒容积系数与平均固粒雷诺数的修正斯托克斯阻力公式,得到了含悬浮固粒的旋转射流稳定性控制方程及相应的修正瑞利稳定性准则．通过计算,给出了不同团粒属性及气相跳跃速度下旋转射流的增长率和发展系数曲线,根据所得稳定性准则,得到了固粒属性对旋转射流稳定性影响的重要结论,文中结论为工程控制旋转射流场及后续发展提供了理论依据．     

喷水推进器舵液压系统故障树分析

通过故障树定性分析,得出舵液压操纵系统是一个脆弱的串联系统,将润滑系统作为备用系统,提高了舵操纵液压系统的可靠性,探索出故障树定性分析应用在船舶领域的途径.