松软煤层用泡沫发生器结构优化及发泡效果模拟

【目的】空气螺杆钻进技术用于松软煤层瓦斯抽采孔钻进,存在粉尘污染严重、钻头寿命低、钻孔净化困难等问题。采用空气螺杆泡沫钻进技术是解决问题的有效途径,拥有良好发泡性能的泡沫发生器是实现泡沫钻进技术的关键之一,但目前大多泡沫发生器无法满足要求。【方法】针对此问题,基于螺旋式泡沫发生器,增设空气动能转化装置,设计了一款小尺寸泡沫发生器。采用数值仿真分析方法,对空气动能转化装置结构设计的合理性和涡轮搅拌段搅拌叶片的安装角度进行了评价和优化。【结果和结论】结果表明:(1)空气动能转化装置能有效驱动泡沫发生器的主轴转动,在0.8 MPa空气压力条件下,叶片平均转速可达621.61 r/min。(2)完成动能转化后,气体可以继续进入泡沫发生器内部,与泡沫基液进行气液混合,达到设计目的。(3)通过混合相的迹线分布、流体域湍流分布、气相分布以及气泡粒径分布等情况对比分析,安装角度为30°的搅拌叶片,其搅拌效率和气液混合效果好。研究成果为空气螺杆泡沫钻进工艺在松软煤层瓦斯抽采孔的成功应用奠定了基础。

露天矿潜孔钻机泡沫发生器及其流量特性的实验研究

为了解决露天矿潜孔钻机粉尘浓度严重超标的问题,改善干式捕尘器应用效果差、湿式凿岩用水量大的现状,针对潜孔钻机的产尘特点,设计出一种适用于潜孔钻机的泡沫发生器。通过理论计算及数值分析,确定了泡沫发生器的基本尺寸及发泡参数,掌握了其内部气液流场的分布特点。通过泡沫发生器的流量特性实验可知:液体流量及气体流量越大、发泡网目数越小、发泡剂浓度越高,泡沫流量越大。当液体流量为18 L/min、气体流量为30 m3/h时,使用发泡网1及浓度为1.5%的配方3,泡沫流量达到最大值515 L/min。整体来看,泡沫除尘后采场平均降尘率高达90%以上。

泡沫发生器性能和除尘效率的实验研究与分析

通过模拟实验研究确定了泡沫发生器的结构和性能及其除尘效率，得出了发泡量与发泡网风速、供液量和泡沫液浓度的关系曲线；认为在给定发泡网材质形状和喷雾方式下，有一个最佳的发泡网风速、供液量和泡沫液浓度；且喷洒泡沫有利于捕集呼吸性粉尘．

液氮泡沫发生器内流动特性研究

低温液氮与泡沫混合液直接接触产生氮气泡沫是一种新型的掺混形式,利用液氮高汽化比的特点,搭建液氮泡沫可视化实验装置,进行氮气-水两相流及液氮泡沫流动特性的研究。结果表明,液氮相变产生大量氮气,其与泡沫液混合产生泡沫,温度有所回升,最终趋于泡沫混合液温度;管路沿程压降较小;液氮射流破碎及流动过程可分为6个区域:低温液氮区、向上循环翻滚区、滞留区、泡沫与泡沫混合液混合区、致密泡沫区、泡沫混合液区。流体向下游流动过程中持续发泡;为防止管路结冰,需合理控制泡沫混合液与液氮流量。

泡沫发生器内部流场的数值模拟

泡沫流体广泛应用于酸化、冲砂洗井、堵水等作业中,泡沫发生器的结构直接影响泡沫流体的质量以及应用效果。通过对射流式和同心管式泡沫发生器内部流场的数值模拟,得到了泡沫发生器内部的速度分布、气液相分布和压力损失。由模拟结果知,射流式泡沫发生器的泡沫均匀程度要好于同心管式泡沫发生器;在一定范围内气液相入口的速度对出口泡沫流体的均匀程度影响不大,但对压降损失影响较大。在设计泡沫发生器时,应该根据泡沫产生速度的要求调整泡沫发生器入口尺寸,降低发生器的压降损失。

高效泡沫发生器的研制与应用

为了更好地应用泡沫调剖技术，研究分析了地面发泡工艺流程，设计出了高效泡沫发生器。应用结果表明，高效泡沫发生器具有耐高压、耐腐蚀，能够连续制备优质泡沫的特点，可用于各种复杂条件下的施工作业。

螺旋式泡沫发生器内部流场分析及试验研究

为解决稠油油藏出砂问题,根据文丘里管的特点对现有螺旋式泡沫发生装置的结构进行优化,设计出一种适用于水平井冲砂洗井作业的高效螺旋式泡沫发生器。通过对其内部流场进行理论分析和数值模拟计算,得出当气液比为40%时,螺旋式泡沫发生器内气液两相动能转换达到平衡,掺混更加均匀;螺纹间距35 mm的螺旋式泡沫发生器可以产生致密均匀的泡沫。对泡沫发生器泡沫流量的试验研究可知:泡沫流量随气体流量增大而增加,发泡剂质量分数越高,泡沫流量越大;当气体流量为27 m^3/h、气液比为40%、发泡剂质量分数为1%时,螺旋式泡沫发生器产生的泡沫流量最大。研究结果可为泡沫发生器的结构优化设计提供理论依据。

井下氮气泡沫发生器结构设计及发泡性能数值模拟

针对氮气泡沫辅助蒸汽吞吐开采中存在地面发泡质量不佳、泡沫注入井下过程中消泡严重的问题,设计了一种新型井下氮气泡沫发生器。该泡沫发生器由外部配套油管和内部可投捞发泡芯体两部分组成,能够在一趟管柱中完成注泡沫和采油两个工艺。外部配套油管通过螺纹连接在特定的工艺管柱中,可投捞发泡芯体能够实现在工艺管柱内部的投捞及卡定。发泡结构由轴流式变螺距导流片和搅拌桨片组成,该结构能够使气液两相高速螺旋流动,并对其进行搅拌剪切。对发泡结构进行了内部流场的数值模拟,结果表明:气液两相经过变螺距导流片加速形成高速螺旋流,经搅拌桨片的剪切扰动,形成多尺度涡旋流动和强烈的湍流脉动,气液两相混配均匀。数值模拟结果表明:该发泡结构设计合理,发泡效率高,可用于不同工况下气液两相混合发泡,具有很好的实用和推广价值。

露天矿潜孔钻机泡沫发生器的性能实验

为解决露天矿潜孔钻机作业粉尘污染严重的问题,从传统除尘技术应用效果差、耗风量大、取水困难等事实出发,根据泡沫除尘机理及两相泡沫发泡原理,设计了一种适用于露天矿潜孔钻机的泡沫发生器,并对其发泡性能进行研究.通过开展泡沫发生器的泡沫流量、发泡倍数及半衰期等性能实验,确定出影响泡沫发生器发泡性能的主要因素,得出泡沫发生器的最佳工况点.实验结果表明:气体流量、液体流量(气液比)、发泡网及发泡剂质量分数是影响泡沫发生器发泡性能的4个主要因素,在工况为发泡网1、质量分数1.5%的配方2、气体压力0.7 MPa、液体流量18 L/min及气体流量30 m^3/h条件下,泡沫发生器发泡性能达到最佳,其流量为515 L/min,发泡倍数为22,半衰期为65 min.经现场试验,泡沫除尘后采场平均降尘率高达90%以上,应用效果良好.

泡沫发生器内气液不稳定流动规律研究

泡沫发生器是冲砂洗井的主要应用设备,对于泡沫发生器结构的设计,目前国内外学者设计的泡沫发生器多用于煤矿井下,结合油田实际生产情况特点,在同心管式泡沫发生器结构上进行设计优化,建立泡沫发生器实验模型,利用PIV技术系统来研究泡沫发生器内的液体不同表观速度、气体的不同表观速度对泡沫液流的影响。

泡沫发生器结构设计综述

泡沫作业技术是针对低压油气区勘探开发特点而发展起来的一门综合性工业技术,包括泡沫钻井、泡沫洗井、泡沫冲砂、泡沫水泥固井、泡沫压裂酸化、泡沫试油和泡沫调剖堵水等。在美国、加拿大、前苏联等石油工业发达国家泡沫作业技术开发时间早、应用范围广,并已取得显著经济效益。近十年来,这项技术的研究应用在我国的新疆、华北、辽河。

气相压力对挡板式泡沫发生器影响的实验研究

地层出砂会影响油井产量,增加产液流动阻力,泡沫可以携带井底砂砾流出,泡沫发生装置结构相对简单,维护费用低。在洗井冲砂中使用泡沫发生器可以取得很好经济效益。运用实验手段研究了泡沫发生器内流场分布规律,讨论不同气相入口对腔内速度分布的影响规律。结果表明:随着气体压力的增加,泡沫流动速度逐渐增大,在挡板后产生涡量变大,产生涡量处会逐渐聚集气泡,形成小空穴;泡沫的稳定性随着入口压力增大而减小。

多级孔板扰流泡沫发生器流场模拟分析

通过数值模拟方法,对内锥和多级孔板组合扰流结构下的泡沫发生器流场进行了模拟和分析。通过CFD流场模拟软件Fluent,以泡沫发生器的真实操作工况为边界条件进行建模,得到了气液两相掺混流场的结构和重要动力学参数,并进行了分析。发现扰流件的下游区域存在一个较稳定回流区,同时在多级孔板区域流场的湍动能及湍动能耗散率较高,对泡沫发生器中气液两相掺混有利。扰流件下游液相分布较为均匀,进一步验证了发泡器内部气液掺混效果较佳。通过流场模拟,验证了圆锥和四级孔板组合扰流结构对强化泡沫发生器内气液掺混的有效性。

PQ-Ⅰ 型泡沫发生器中喷射系统和涡轮泡沫分散切割器的设计

ＰＱ－Ⅰ型泡沫发生器中的喷射系统是以吸入空气与基浆充分混合为目标进行设计的，为克服泡沫泥浆中泡沫直径大小的随机性和提高泡沫泥浆的稳定性，设计了涡轮泡沫分散切割器。

井下泡沫发生器内流场数值模拟及结构优选

井下泡沫发生器的应用可以避免泡沫从地面注入井下过程中的消泡问题,改善泡沫驱油的效果。但是由于井下径向空间有限,其内部泡沫发生结构的设计受到诸多因素的限制。应用Fluent软件,对射流挡板式、螺旋挡板式和螺旋搅拌式3种不同的井下泡沫发生结构进行了内部流场的数值模拟,对比分析了流场的迹线、速度分布、气液相分布和压力分布情况。结果表明:螺旋搅拌式发泡结构对气液相的掺混效果较好,压力损失小,为所研究的最佳井下泡沫发生结构。

土压平衡盾构用复合式泡沫发生器及其产泡特性的研究

为了解决土压平衡盾构用泡沫发生器产泡效果差、泡沫浪费严重等问题,设计复合式泡沫发生器。通过泡沫流量、发泡倍率和析液半衰期试验,确定滚珠填充率、粒径、多孔板孔径是泡沫发生器主要影响因素,测试泡沫析液质量与时间的关系,对泡沫平均直径随时间的变化关系进行了研究。研究结果表明:玻璃滚珠粒径为4~5 mm,体积填充率为50%,多孔板板孔径为3 mm时,泡沫流量为80~133 L/min,发泡倍率为26.0~31.6,析液半衰期为758~845 s,泡沫发生器产泡量较大、发泡倍率较大、泡沫稳定性好。泡沫从产生至半衰期,泡沫携液量大,析液快,0~8 min泡沫平均直径为10μm,8 min至半衰期平均直径增加到40μm,泡沫改良渣土和排土器排土多集中在此时间段;半衰期后,析液量小、持继时间长。整个过程中,泡沫平均直径处于动态变化过程中。利用含聚合物的泡沫剂对高含石量的砂卵石地层进行改良,塑流性随泡沫掺量增加而升高,渗透系数、剪切强度和内摩擦角随泡沫掺量增加而降低。泡沫掺入量40%~50%时,塑流性和渗透系数能达到要求。

综合管廊内高倍数泡沫发生器间距设置讨论

本文选取青岛河东路的综合管廊工程作为实际工程案例,提出了两种综合管廊内高倍数泡沫发生器设置方式,通过实用性与经济性指标对提出的两种不同设置方式计算出了设置间距范围,并进行了经济性对比。

两相泡沫发生器及其产泡特性研究与实践

为了解决采空区空洞火区高位火源问题,采用了两相泡沫技术并设计改进了一种新型气液两相泡沫发生器,采用射流喷嘴、螺旋喷头、渐扩式混合腔结构部件,解决了传统网式发泡器泡沫液分布不均和形成泡沫稳定性较差的问题。并将该设备成功应用到露天矿采空区空洞火区治理之中,取得了较好的治理效果,为现场应用提供依据。

射流式泡沫发生器内部流场的数值模拟

通过数值模拟方法,运用FLUENT模拟射流式泡沫发生器内部气液两相流流场运动规律,并分析不同气液比对泡沫发生器内部气相体积分布影响。结果显示,不同气液比情况下,射流式泡沫发生器内气液两相流的静压和速度分布表现不同。该成果为疏松砂岩油藏以及油田冲砂洗井作业提供指导,为后续射流式泡沫发生器结构设计提供理论依据。

大型船用高倍泡沫发生器参数设计及试验研究

高倍泡沫发生器作为一种大型舰船使用的消防设备,在扑救LNG和油火方面有着重要作用。发泡倍数作为该设备的重要指标,受风压、风速等参数影响较大,需要开展设计和试验研究。针对导风筒结构的层数、角度和间距等参数开展数值模拟,得到不同工况下发泡网处的风速分布规律,并开展网孔尺寸对发泡倍数的试验研究。结果表明,导风筒层数增加以及角度和间距匹配,能有效提高风速均匀性,网孔尺寸的增大能有效增加风压,但会导致发泡倍数下降。