全孔反循环气动冲击潜孔锤设计及其冲击碰撞性能研究

设计了一款全孔反循环气动冲击潜孔锤,主要由逆止阀系统、气缸、锤体、芯管、钻头等组成,可在井底形成冲击回转破岩效果,提高硬质地层机械钻速。为使该潜孔锤达到破岩要求,并防止高频冲击导致井底岩屑重复破碎,建立了该潜孔锤的虚拟样机,采用多体动力学和显示动力学仿真方法,对锤体与钻头间的冲击碰撞作用进行了仿真模拟,分析了潜孔锤工作过程中冲击运动组件的碰撞特性及其结构强度,并应用回归分析方法获得了锤体回弹速度与上一循环的冲击末速度关系的计算方程,通过强度分析得出了锤体冲击末速度的最适合范围为5.8～7.2m/s。

超临界二氧化碳热物性参数计算研究

CO2气体的热物性参数受压力与温度影响较大。运用S-W与Vesovic方程对二氧化碳气体在不同压力温度下进行密度,黏度,导热系数与定压热容的参数计算,在各温度压力下得到热物性参数的变化曲线。运用计算精度较高的P-R方程得到二氧化碳密度数据,与S-W方程的计算误差进行对比,P-R方程的误差最大值达到了5.204%,不满足工程计算要求,而S-W方程的计算误差小于0.25%。S-W与Vesovic在预测二氧化碳热物性参数上具有更高的精度,能够为二氧化碳气井生产,提高采收率等井筒温度压力精准预测提供方法。

基于CFD的压裂泵泵阀阀隙流量系数分析

为研究压裂泵输送高压特殊介质时泵阀的运动规律、吸入过程的阻力损失及流量特性,对压裂泵泵阀的阀隙流量系数及其变化规律进行了研究。以SQP2800型压裂泵阀为仿真参照对象建立了30个试验模型,应用CFD (计算流体力学,Computational Fluid Dynamics)得到了活塞运动速度(冲次)、阀盘开度和阀盘锥角与阀隙流量系数的关系曲线。结果表明,活塞运动速度(冲次)对阀隙流量系数有微量影响;随着阀盘开度的增加,阀隙流量系数先快速增加,在阀完全打开后,阀隙流量系数的变化逐渐平稳并有减小的趋势;阀隙流量系数受阀盘锥角影响较大,随着阀盘锥角的增加,阀隙流量系数先增大后减小,且在锥角为60°时达到最大值。该结果为研究压裂泵泵阀运动、吸入液流特性和阀盘锥角的优选提供理论依据。

基于Bezier曲线的低比转速离心泵叶片包角优选

叶轮作为离心泵最关键的部件,其设计优劣直接影响离心泵的性能。为研究低比转速离心泵叶片包角的优选问题,在保证叶轮其他基本参数不变的前提下,建立10~170°共7个不同包角的叶片模型,采用五点四次Bezier样条曲线绘制叶片型线,通过CFD(计算流体动力学)仿真得到了7个模型的预测性能曲线。研究发现,随叶片包角增大,低比转速离心泵扬程下降,功率降低,效率先增加后降低,存在极值,在叶片包角为120°附近时性能最优;在叶片包角较小时,叶轮内流道产生涡旋,导致功率消耗增加,效率降低;叶片包角较大时,流道扩散低,但流道较长,导致水力损失增加,效率降低。

井下震源发生器设计及动力性能仿真

针对随钻地震强度低、不利于井眼间防碰监测的问题,设计了一种井下震源发生器,主要由活塞、弹簧、固定套筒、冲击锤、止推套筒铁砧和延时装置等组成,正常作业时能利用钻井液对动力装置蓄能,且不产生误震,通过钻井液蓄能、卡点解除等简单操作便能得到高效冲击功的功能。基于流体连续性方程、伯努利方程、水垫阻力和水头损失等流体力学理论,以冲锤为研究对象,建立了井下震源发生器的动力学模型,通过Matlab Gui进行数值模拟程序编制,获得井下震源发生器输出性能变化规律,并研究了不同弹簧刚度对冲锤冲击功、冲击效率等输出性能的影响。结果表明,在钻井液密度较低时,弹簧刚度越大,冲锤最大输出性能越好,最大冲击功为264.14J,所对应的冲击效率为50.41%;最大冲击速度为2.97m/s,所对应的位移为64.5mm;产生的最大震击力为71.28kN,满足丛式井防碰监控的需求。