割缝衬管受外挤力分析及缝形参数设计

对割缝衬管在防砂井中受外挤力作用进行了分析，计算了井底压力（包括流体流经砾石层和割缝衬管的压降），建立了衬管割缝参数与割缝条幅弯曲强度及刚度之间的关系式。根据油井产量、产出液的粘度、衬管强度和刚度条件，分析了割缝衬管的受力，建立了割缝条幅的受力、变形计算模型，优化设计了合理的缝形参数，即割缝的宽度、长度、角度分布及在管体上的割缝数量等。     

割缝衬管受外挤力分析及缝形参数设计

对割缝衬管在防砂井中受外挤力作用进行了分析 ,计算了井底压力 (包括流体流经砾石层和割缝衬管的压降 ) ,建立了衬管割缝参数与割缝条幅弯曲强度及刚度之间的关系式。根据油井产量、产出液的粘度、衬管强度和刚度条件 ,分析了割缝衬管的受力 ,建立了割缝条幅的受力、变形计算模型 ,优化设计了合理的缝形参数 ,即割缝的宽度、长度、角度分布及在管体上的割缝数量等。     

割缝衬管完井水平气井产能评价

割缝衬管完井方式在水平气井中应用广泛,特别对疏松砂岩气藏具有一定的防砂作用.该文将割缝衬管完井表皮系数应用到裸眠完井产能计算公式,建立了水平气井表皮系数模型及割缝衬管完井的产能预测模型,并分析了割缝衬管参数、气藏参数地层污染程度、等对产能的影响规律.     

煤体水力割缝中瓦斯突出现象实验与机理研究

通过室内1：1大煤样水力割缝抽放瓦斯的实验研究,揭示了水力割缝过程中煤与瓦斯突出现象,依据煤体特性、应力状态、应力水平、水射流压力、瓦斯压力等实验结果,并结合数值模拟计算,分析了水力割缝中煤与瓦斯的突出机理。     

磨料射流固液两相流场的数值模拟

为了解决磨料射流固、液两相流场运动对割缝效果的影响问题,采用数值模拟的方法,通过建立磨料射流固、液两相流场的数学模型,研究了磨料两相射流割缝的速度场和流动场规律。结果表明:磨料射流中割缝速度可达100 m/s左右,有利于有效割缝;有效割缝需要入射压力至少达到25 Mpa;磨料射流割缝过程中会形成了一道"水墙"阻止磨料射流全部高速射出。产生二次回流。虽然二次加速的效果有限,但二次循环的水和颗粒经过二次加速能够再一次对壁面形成高速打击,提高割缝效率。研究成果对磨料两相射流割缝提高油井采收率具有指导意义。     

煤巷条带超高压水力割缝增透试验

针对林华煤矿20917综采工作面瓦斯治理时间长、难度大和透气性低导致的瓦斯抽采效率差等问题,对超高压水力割缝技术进行了研究和利用,以本矿煤巷条带区域9^#煤层为试验对象进行卸压增透,提高瓦斯抽采效率,降低在抽采过程中伴随的煤与瓦斯突出风险.设计布置了割缝钻孔和普通钻孔进行对比,并记录了9^#煤层割缝前后的钻孔和瓦斯抽采数据进行分析.结果表明：割缝钻孔平均排出的煤屑量为3.3 t,日平均瓦斯抽采浓度相比普通钻孔提高1.61倍,瓦斯抽采纯量相比普通钻孔提高了约2.04倍.超高压水力割缝技术可对煤层的透气性进行较大程度的改善,且能有效地提高瓦斯抽采效率,可以解决由于低透气性带来的煤巷条带煤层掘进速率问题.     

煤层水力割缝自吸磨料喷嘴特性与参数

针对煤矿纯水射流割缝遇硬煤失效,而磨料射流割缝技术难以实现磨料连续添加等问题,基于引射原理,采用前后双喷嘴结构,设计出一种自吸式磨料射流割缝喷嘴,可以连续吸入割缝产生的煤粒形成磨料射流,提高割缝能力.通过液固两相数值模拟,发现煤粒在喷嘴内经历了3个加速阶段:吸入口加速段、混合腔加速段和后喷嘴加速段.以提高吸入量和最终煤粒的速度为指标,得到喷嘴的最优结构:前喷嘴直径为3 mm,后喷嘴直径为5 mm,后喷嘴长度15 mm.对比割缝实验结果表明,自吸式磨料射流割缝喷嘴的割缝效率较传统割缝喷嘴明显提高.     

油气井水力喷砂割缝增产增注机理的研究

在采油过程中,含油岩石的渗透率取决于岩石骨架的有效应力.在岩石内部具有一定的孔隙压力的条件下,岩石骨架的应力状态就起到主要作用.本文在分析油气井割缝前后的应力场变化的基础上,指出水力喷砂割缝本质上是改善了岩石骨架的应力状态.从而增加油层的渗透率.     

基于响应曲面法的割缝筛管结构参数优化

割缝筛管完井是目前国内外出砂地层普遍使用的一种完井方式,随着服役数量和服役年限的增加,筛管失效问题也日益凸显。本文基于弹塑性理论,建立了割缝筛管三维参数化FEM模型,研究了在大地围压作用下筛管的缝长、缝间距、周缝数对筛管强度和过流能力(生产能力)的影响规律。试验选用三因素两水平的响应曲面分析法,得出了高应力区域体积和过流面积二次多项式数学模型。结果表明：缝长与高应力区域体积和过流面积成正比;周缝数与高应力区域体积成反比,与过流面积成正比;缝间距与高应力区域体积和过流面积成反比。在限定条件下,布缝参数选择缝长小于70 mm、缝间距大于15 mm,周缝数大于60条,可同时获得较强的力学性能和较好的过流能力。研究结果为优化割缝筛管布缝参数提供了理论依据。     

基于生产压力下割缝筛管的缝宽选择标准

割缝筛管由于砂粒会堵塞缝隙,有效过流面积减小,石油生产效率降低。为提高割缝筛管安全可靠性,在一定地层砂粒度及其分布情况下,考虑井下生产压力对筛管缝宽的影响,通过有限元分析、数学建模与实验验证分析生产压力对筛管缝宽的影响。分析结果表明,低生产压差下,生产压力对割缝筛管缝宽作用不明显;在砂粒堵塞筛管缝隙后,生产压力随之增大(大于5 MPa);由于生产压力的作用,割缝发生显著变形,导致有效过流面积减小,油井产量急剧降低;并且有效过流面积的减小也会增大生产压力。因此,由分析结果建立筛管缝宽的选择标准模型,通过实验验证模型的准确性,为选择缝宽提供一种参考标准,旨在提高筛管的安全可靠性。     

Physical quantity synergy in the field of turbulent heat transfer and its analysis for heat transfer enhancement

Based on the principle of physical quantity synergy in the field of laminar heat transfer, and according to the models of zero equation and k-ε two equations for the turbulent flow, the synergy equations for both energy and momentum conservation in the turbulent heat transfer are established. The synergy regulation among heat flux, mass flow and fluid driving force, and the mechanism of heat transfer enhancement it reflects are revealed. The synergy principle of physical quantity in the thermal flow field is extended from laminar flow to turbulent flow. The principle is verified to be universal by the calculation of heat transfer enhancement in a tube with an insert of helical twisted tape. Thus, corresponding to the synergy relation among physical quantities in the turbulent flow field, the performance of convective heat transfer and flow resistance for the tubes with different heat transfer components and surface can be compared through theoretical and computational analysis, which thereby provides a guidance for designing heat transfer units and heat exchangers.     

后混式磨料射流清洗油管涂料的实验研究

通过对后混合式磨料射流清洗油管涂料的实验研究,得出了后混合式磨料射流清洗油管涂料的清洗效率与喷嘴直径、喷距、喷射角以及颗粒直径的关系。后混式磨料射流清洗油管涂料的清洗效率随喷嘴直径的增大而增大,喷距、喷射角和磨料颗粒直径最佳参数值分别为250 mm、90°和0.8 mm。     

磨料水射流旋转切割岩石深度计算模型

针对地下洞库结构防护设计,需对洞库围岩实施人工致裂,从而在围岩中构建人工裂隙群以达到抗爆消波的目的,提出利用环形磨料水射流切割围岩施工方法。根据磨料颗粒去除非岩石材料体积模型,推导了磨料粒子对岩石的体积去除量与磨料速度关系模型;基于磨料射流切口形状假设了环形磨料射流切割深度估算模型,并与已有数据进行对比验证了模型的有效性;定义磨料射流在外流场的流量衰减系数,提出了磨料射流岩石极限切割深度计算方法,通过算例分析了特定工况下磨料水射流切割砂岩及花岗岩的理想极限深度,得到磨料水射流对岩石的切割半径满足围岩人工割缝半径目标。研究表明:磨料水射流对花岗岩的制缝深度约为切割砂岩的55.7%;使用磨料水射流进行围岩割缝在工程应用中具备施工可行性。     

大曲率结构化表面湍流流场特性对比研究

湍流模型选择对于小尺寸大曲率圆管内软性磨粒流湍流流场模拟计算具有重要影响.针对此问题,提出使用标准k-ε模型与考虑两相磨粒流平均流动中的旋转及旋流流动情况的重整化群(RNG)k-ε模型进行仿真对比研究的方法.基于颗粒动力学理论的欧拉模型,对软性磨粒流的控制方程进行求解.通过使用两种湍流模型,对小尺寸大曲率圆管内湍流流动进行仿真计算,得到了两湍流模型下软性磨粒流流场的速度、压力、湍动能等数值模拟结果.仿真结果对比分析表明:标准k-ε模型模拟得到的速度值与实验值存在一定误差,而RNG k-ε模型仿真的速度值误差相对较小;标准k-ε模型对湍动能的估值计算比RNG k-ε湍流模型高,难以计算有滞止点的流动过程;RNG k-ε湍流模型能更有效地模拟有大曲率带分离的湍流流动,从而证明该模型更适合小尺寸大曲率圆管内软性磨粒流湍流流动的研究.     

P110油管用钢液固两相流体冲蚀实验研究

在油气井压裂改造过程中,高速含砂流体引起的冲蚀是油管失效的重要原因之一。利用自制的喷射式冲蚀实验装置,以3.5wt%NaCl含砂流体为介质,研究了油井管常用的P110油管用钢冲蚀速率随冲蚀时间、介质流速和含砂量的影响。研究结果表明,在冲蚀时间60~90 min时,P110钢材的冲蚀速率趋于稳定;在传统的纯冲刷磨损公式E=KVn基础上,增加了腐蚀因子M对公式进行修正,与实验数据尤其是低流速时的实验数据拟合误差减小;砂含量在25 kg/m3时,冲蚀速率达到最大;继续增加含砂量时,颗粒之间碰撞消耗的动能使得冲蚀速率先减小,然后缓慢增加。实验结果为P110油管在新型储层改造中的应用提供了一定参考。     

水平管排外降膜蒸发换热特性

采用层流和紊流两种模型对水平管外垂下液膜的强制对流蒸发换热性能进行了数值计算 .计算中 ,对管顶部的冲击滞止区和管侧部的自由绕流区分别采用不同的坐标变换方法进行微分方程组简化 .根据滞止区计算结果确定自由绕流区的初始边界条件 ,排除了以前类似计算中人为假定计算边界条件的缺陷 .紊流计算采用壁面函数法 .计算结果和作者的单管和管排实验数据及其他研究的实验数据进行了比较 ,结果表明 ,实验值处于层流解和紊流解之间 ,更靠近紊流解 .实验证明 ,单管和三管管排的平均换热系数十分接近 ,数值计算结果对管排中各管都能适用     

圆口喷射器湍流流场数学模型及其最优设计

本文根据湍流射流和湍流边界层理论对圆喷嘴喷射器混合段湍流流场进行了研究,应用雷诺方程推导出喷射器混合段的基本方程和动量积分方程,用数学模型研究了喷射燃烧器,并对喷射器提出了一套最优设计公式。     

关于磨料磁流体射流可行性的分析

通过对前混合磨料射流和后混合磨料射流进行对比分析,发现了两种磨料射流技术均存在一些技术缺陷。为了解决这些问题,对磁流体推进技术展开研究。通过Fluent软件对磁流体中磨料运动进行分析;并且通过试验装置验证了直流式磁流体推进装置能够对磁流体产生增压效应,形成了直流式磨料磁流体射流。在直流式的基础上,分析了交流式磨料磁流体射流的优点,展望了交流式磁流体推进技术在磨料磁流体射流上的应用前景。通过电磁场方程以及流场方程建立数学模型,分析了其在磨料射流上应用的可能性。     

局部高剪切区中小尺度扰动的混沌行为

研究空间局部高剪切区中小尺度扰动随机的物理机制。方法对小尺度运动四波相互作用模型进行数据分析。结果在速度剪切增大到一定程度时,将会出现小尺度扰动的混沌行为,它导致局部高剪切区中湍斑的产生。     

垂下液膜式水平管蒸发器的换热特性

采用层流和紊流两种模型对一水平管外垂下液膜的强制对流蒸发换热性能进行了数值计算．对管顶部的冲击滞止区和管侧部的自由绕流区分别采用不同的坐标变换方法进行微分方程组简化．根据滞止区计算结果确定自由绕流区的初始边界条件,排除了以前类似计算中人为假定计算边界条件的缺陷．紊流计算采用壁面函数法．数值计算结果确认了液膜蒸发量对换热系数的影响可以忽略,液膜内温度分布不能近似为线性分布．计算结果和作者的实验数据及其他研究的实验数据进行了比较,实验值处于层流解和紊流解之间,更靠近紊流解．对水和Ｒ１１两种工质,紊流解和实验值吻合得很好