水力喷射压裂新型喷嘴设计优化及性能评价

针对常用的锥型喷嘴在入口处能量损失大、寿命短问题,对传统喷嘴入口处的能量损失进行分析,建立喷嘴入口局部能量损失方程,提出一种入口带过渡段的新型喷嘴结构,利用数值模拟实验方法,结合3D-PIV测试技术对新型喷嘴流量系数及出口射流速度场进行测量。结果表明:新型喷嘴能有效降低入口能量损失;对于12.7 cm套管用喷嘴,过渡段倒角为45°、长度为2 mm的新型喷嘴性能最优;与传统喷嘴相比,新型喷嘴入口能量损失降低34%,剖面上下两端压差减少25%,流量系数提高8%,形成的射流轴线速度提高16%。     

油套环空压耗实验研究

修井/压裂作业中,油管上多个接箍导致环空流动压耗难以精确预测。按照油田油管和套管的实际尺寸,设计加工一套实验装置,分别改变油管上接箍数量、接箍直径、油管外径、环空排量等参数,测试不同参数组合条件下环空出口和入口的压差,该压差即为当前实验条件下的流动压耗。结果表明:流量较大时,油管接箍数与环空压耗呈线性关系;泵入流量与环空压耗呈二次函数关系。     

水力喷射压裂中环空水力封隔全尺寸实验

多级水力喷射压裂技术依靠水力封隔实现层段间隔离。通过地面全尺寸实验,提出从环空压力变化的角度评估水力封隔效率。实验中对喷射速度、围压、喷嘴直径和射孔入口直径以及环空注液对水力封隔效率的影响进行测试。实验结果表明:射流速度和围压是影响环空压力降低的两个主要因素,环空压力降低的幅度与射流速度呈线性增长关系,与围压呈指数递减关系;水力封隔效率与射流动能和孔道入口直径的比值成正比,可通过增大喷嘴直径和减小孔道入口直径的方法提高水力封隔能力;环空注液降低水力封隔效率。     

鄂尔多斯盆地长7致密油水平井体积压裂开发效果评价及认识

鄂尔多斯盆地长7致密油水平井衰竭式开发产量递减变化规律可分为3个阶段:一是初期稳产阶段,主要受人工裂缝周围体积压裂未返排液补充能量的影响;二是递减较快阶段,由压裂未返排液能量补充向溶解气驱的转化过程;三是稳定递减阶段,主要受溶解气驱的控制,基本符合双曲递减规律。在这些基本规律认识的基础上,结合现场开发试验效果评价,确定合理的水平井体积压裂衰竭式开发关键技术参数:井距500~600 m,人工裂缝段间距90 m;排量10~12 m3/min,单段入地液量和加砂量分别约为1 100和100 m3;生产流压在初期稳产阶段略大于饱和压力,递减较快阶段略低于饱和压力,稳定递减阶段保持不低于饱和压力的2/3;致密油示范区水平井初期单井产量达到周围定向井的8~10倍;年累积产量达到同样面积直井的1.4~1.8倍,取得了较好的实施效果。     

低渗透油藏压裂定向井产能计算新公式

基于点源势函数,采用势叠加建立定向井和压裂定向井三维势函数,推导了各向异性油藏中压裂定向井的稳态产能新公式,通过简化得到了常规定向井产能解析解。与目前已有的压裂直井和定向井产能公式比较,验证了本文公式的合理性,并进行了三维压力分布和产能敏感性分析。结果表明:压裂定向井在近井区域的等压面为一个近似椭球体,近井筒和近裂缝面压力梯度较大;压裂定向井与常规定向井对比,压裂后产能增加,而且随着井斜角的增大,压裂定向井产能增幅大于常规定向井。     

非理想炸药爆炸输出特性探讨

为了研究非理想炸药的爆炸输出特性,对一种非理想炸药空中爆炸输出特性进行了试验研究。实验中装药壳体厚度不同、装药质量也不同。从实验结果可以看出,非理想炸药的爆炸输出不符合理想炸药爆炸输出相似律,尤其在近场表现显著;壳体对非理想炸药爆炸输出的影响有一定的规律,并非线性降低炸药的爆炸输出。这些结果对于使用非理想炸药的战斗部威力设计有指导意义。     

TC4钛合金平板高速撞击损伤及弹道极限特性

为研究高速撞击下TC4钛合金平板的损伤行为和弹道极限特性,首先利用空气炮和LS-DYNA软件对直径25.4 mm钢弹高速正撞击3 mm厚TC4钛合金平板的过程进行了实验和仿真分析研究,得到TC4钛合金平板的损伤结果和弹道极限速度;并基于实验结果验证了有限元模型的准确性。然后利用有限元方法进一步分析了平板厚度、撞击角度和弹头形状对TC4钛合金平板撞击损伤及弹道极限特性的影响。研究结果表明:平板厚度越大,弹丸撞击角度越小,平板的弹道极限速度越大;而弹丸直径相同时,弹头形状对薄板的弹道极限速度有一定影响;此外,平板厚度、撞击角度及弹头形状对平板的撞击损伤形式有较大影响。     

基于某特种车辆爆炸冲击下驾驶室内声场分析

根据某军用越野车的整车结构建立了结构有限元模型、流场和土壤有限元模型及声腔有限元模型。在对其进行6 kg TNT当量地雷替代物爆炸试验的前提下,在Ls-dyna中利用欧拉-朗格朗日算法和流-固耦合算法对其进行了整车爆炸有限元分析;并进行了对比,验证了有限元模型的准确性。提取Ls-dyna中的爆炸结果作为边界条件,利用LMS Virtual.lab对其在爆炸条件下的驾驶室内声场进行了声学分析;并与试验中测得的乘员耳侧声压级进行了对比,证明了所用方法的有效性。利用一套完整的流程,提出了一种研究车辆防护的新方法。     

初始压力对狭缝内爆轰传播特性影响的实验研究

在高度H=1 mm,宽度W=20 mm的狭缝内,实验研究了不同初始压力(P_0=10~40 k Pa)下化学恰当比的C_2H_4/O_2预混气的爆轰传播特性。采用烟迹法记录爆轰胞格结构,同时采用高速摄影捕捉火焰面。实验结果表明,随着初始压力降低,爆轰波的化学反应诱导区距离增大,壁面条件(如摩擦、导热)的影响增强,导致火焰传播的速度震荡加剧,爆轰波传播从多头模式向单头模式过渡,并可出现多次起爆或者熄爆等复杂现象。此外,稳定自持传播爆轰波的速度亏损会随初始压力降低而增大,但详细规律还需进一步研究。