旋转空化喷嘴结构优化设计及涡旋特性分析

为提升高压水射流破碎开采天然气水合物的效率,优化设计一种旋转空化射流喷嘴。利用计算流体力学方法探究不同叶轮数、叶轮加旋角度、入口速度和出口围压对旋转空化射流特性的影响规律,对比分析旋转空化射流和收缩-扩张型空化射流的流场分布规律、涡旋特性及天然气水合物沉积物的破碎特征。研究结果表明:叶轮加旋角度对旋转空化射流的影响明显比叶轮数的影响大,叶轮数及叶轮加旋角度的优化值分别为3个和360°;在喷嘴结构固定的情况下,提高入口速度能获得空蚀及射流冲蚀能力更强的旋转空化射流,而围压升高则会弱化流场中空化云的初生与发展;旋转空化射流因兼具正向冲击、径向张力及周向剪力和“梭形”空化云特点,较收缩-扩张型空化射流有更优的破岩效果;叶轮旋转效应所产生的中心涡使得旋转空化射流的涡结构更加复杂,流场中更易形成“负压”区以提升射流的空蚀能力。

基于分子动力学模拟的天然气水合物空蚀作用规律

固态流化法开采天然气水合物(以下简称水合物)过程中,空化射流对水合物软质泥沙具有很强的破坏作用,然而,目前针对水合物的空蚀作用规律尚不明晰。为此,基于Ⅰ型水合物的晶体架构建立了水合物空蚀破坏模型,采用分子动力学模拟软件Materials Studio建立不同微观赋存环境下的水合物模型,分析了空泡近壁溃灭形成的空蚀微环境对水合物分解的作用规律,并将其与常规降压开采法下的水合物分解过程进行对比,进而研究了不同空蚀微环境和微观赋存环境对水合物分解的影响。研究结果表明:①空蚀微环境能够有效加快水合物的分解,模拟条件下分解速率可达常规降压开采法的22.5倍;②空蚀微环境温度的升高对水合物空蚀分解起正向促进作用,作用效果较压力更为显著;③空蚀微环境在低温高压情况时会抑制水合物的分解,特定温度下存在分解速率最快的冲击压力值;④不同微观赋存环境下水合物的分解特征不同,水环境下的水合物分解效果优于甲烷气体环境,但空蚀作用能降低该影响。结论认为:基于分子动力学的水合物空蚀作用研究成果,能够为空化效应在开发水合物过程中的应用提供理论支撑和技术支持。

旋转射流冲蚀天然气水合物试验及数值模拟研究

为探究适合南海天然气水合物特点的高效开发模式,对比分析了淹没围压条件下锥形射流和旋转射流冲蚀天然气水合物沉积物的成孔规律。首先,利用LS-DYNA软件,建立了旋转/锥形射流冲蚀天然气水合物沉积物的拉格朗日–欧拉(ALE)流固耦合模型,分析了淹没、围压条件对旋转/锥形射流冲蚀天然气水合物沉积物效率的影响;然后,利用自主设计研制的天然气水合物生成及射流冲蚀可视试验装置,进行了天然气水合物沉积物生成及冲蚀试验,天然气水合物二次生成后,在冲蚀坑中注石膏,测量冲蚀孔孔深及孔径。对比分析数值模拟和室内试验结果发现:围压在增强天然气水合物沉积物强度的同时,抑制了射流扩散能力,降低了射流冲蚀天然气水合物沉积物的效率;在无围压和围压5 MPa条件下,旋转射流冲蚀天然气水合物沉积物体积分别是锥形射流的1.8和1.7倍。研究结果表明,对于泥质粉砂储层天然气水合物沉积物,旋转射流在保证冲蚀孔孔深的同时,具有比锥形射流更强的扩孔能力,这为固态流化法开采天然气水合物提供了依据。

天然气水合物旋转空化射流冲蚀性能研究

为提升水射流破碎开采天然气水合物效率,设计一种旋转空化射流喷嘴。首先,基于ANSYS FLUENT 19.0计算流体力学软件建立收缩-扩张型空化射流及旋转空化射流三维数值模型,对比分析射流速度场、压力场及气相分布的发展规律。然后,通过水合物二次合成的方式,提出一种天然气水合物沉积物试样冲蚀孔深及孔径定量表征方法。最后,基于自主设计研制的天然气水合物生成及空化射流冲蚀可视化实验装置,进行收缩-扩张型空化射流及旋转空化射流冲蚀天然气水合物沉积物室内实验,测试旋转空化喷嘴性能。研究结果表明:旋转空化射流扩散性强,轴心线速度衰减快,径向与切向速度大,卷吸掺混能力强,破碎面积大;旋转空化射流的“负压”分布范围及极值较收缩-扩张型空化射流大幅度增加,具有更强的空化初生能力及空蚀效应;2种射流中气相分布具有相同的周期性,旋转空化射流本身具有旋转速度,在剪切层内形成了大量包含空化泡的旋涡和空泡群,空泡群产生联动效应提升了射流的空蚀能力;旋转空化射流冲蚀水合物沉积物形成的孔深及孔径分别是收缩-扩张型空化射流的2.5倍和2.0倍,在扩孔效应的基础上,空蚀效应伴生的高温、高压及微射流特性破坏水合物沉积物的骨架,降低了破坏门限压力,获得了更佳的冲蚀效果。该研究可为空化射流钻径向水平井+筛管完井一体化方法开采天然气水合物提供理论依据。

径向井降压开采天然气水合物产能模拟

天然气水合物是一种清洁高效的潜在替代能源,提高开采效率对促进其产业化发展具有重要意义。本文借助开源程序HydrateResSim,针对具有强封闭性边界的第三类水合物藏薄层进行了直井和径向井降压开采天然气水合物产能模拟,对比了直井和径向井降压开采过程中温度场、压力场、水合物饱和度及产能变化规律,分析了径向井降压开采增产机理。模拟发现径向井降压开采能够显著降低近井区域的渗流阻力,增加储层中的有效泄流面积。通过促进压降向储层内部传播,径向井不仅扩大了水合物的分解范围,也减缓了开采过程中水合物的二次生成。由于水合物的分解是一个吸热过程,径向井开采水合物时所产生的低温区域不仅范围更大,且温度更低。相同压降条件下,径向井开采1000 d时累计产气量超过25万m^(3),是直井的3倍以上,累计产气产水比超过60,约为直井的2倍,表现出较好的增产潜力。研究表明径向井能显著提高水合物产能,有助于促进我国南海水合物早日实现商业化开发。

砾漠区微地形下梭梭群落特征

以克拉玛依盐渍化砾漠梭梭群落为研究对象,通过对不同形态地形进行植被调查,研究微地形对梭梭植被群落特征的影响。结果表明:研究区域发现植物14种,隶属7科11属,不同地形之间物种组成存在差异;地形改变对梭梭群落草本层和灌木层植被密度、盖度影响显著;地形扰动有利于梭梭群落优势种生物量的提高,地形以深沟效果最优;不同形态地形导致梭梭群落多样性存在差异,深沟物种多样性和丰富度最高,土垄一次之,CK最小。根据梭梭群落盖度、灌木密度、优势种生物量和物种多样性可知,深沟是进行砾漠植被生态恢复的有利工程措施,并为盐渍化砾漠植被恢复提供新途径。

基于径向井压裂复合降压法的天然气水合物开采产能数值模拟

压裂是提高天然气水合物(以下简称水合物)开采效率的潜在方法之一,但当前在径向井压裂降压开采水合物时,径向井分支数与裂缝参数对水合物压裂后产能的影响规律研究相对较少,水合物增产缺乏理论基础。为此,基于开源程序HydrateResSim对具有渗透性边界的第三类水合物藏储层进行了径向井压裂复合降压法开采水合物产能模拟,对比了不同位置、数量的裂缝及不同径向井分支数影响下开采过程中压力场、温度场、水合物饱和度、甲烷饱和度分布及产能变化,并分析了水合物的增产规律。研究结果表明:①裂缝在水合物储层中构建了高导流能力通道,显著降低了近井区域渗流阻力,提高了压力降传播速度,扩大了水合物分解范围;②压裂裂缝距离主井筒越近,开采初期压力降传播效果越好;③裂缝总缝长相等时,增加裂缝数量有利于提高产能;④径向井分支数增加,产气速率及生产气水比均有明显提高。结论认为,径向井压裂复合降压法可以提高水合物开采效率,是一种实现水合物商业化开采的潜在新方法,将有助于推进我国南海水合物产业化进程,研究结果对于南海天然气水合物的实地化开采具有重要的指导意义。

克拉玛依市小拐村村镇生态景观绿地规划与设计

村镇绿化在城镇化进程中起着重要的作用,它关系到村镇的可持续发展、村镇的长远利益及居民的切身利益,为农村城镇化进程提供了环境基础条件。本文从项目建设背景入手,介绍了项目设计目标、指导思想、主要技术路线及方法并提出了绿地系统设计方案。