旋转磨料射流冲蚀套管的实验研究

针对磨料射流用于油井射孔存在的射孔直径小、深度浅的问题 ,利用旋转射流射孔直径大的优点 ,对旋转磨料射流冲蚀套管进行了实验研究。结果表明 ,在射流压力 2 8MPa,喷嘴直径 2 .8mm,5～8d 喷距 ,磨料重量浓度 17% ,淹没和非淹没的条件下 ,冲蚀 2 .0～ 2 .5 min,即可将壁厚为 9.17mm的177.8mm N80套管穿透 ,孔眼直径可达喷嘴直径的 7倍多。

旋转磨料射流破碎碳酸盐岩成孔特性研究

采用流场可视化和地面大型物模试验研究方法,研究了旋转磨料射流流场和碳酸盐岩破碎特性。结果表明:旋转射流扩散性随着叶片扭转角度增大而增大;旋转磨料射流可有效破碎硬质碳酸盐岩,其成孔直径大且规则,壁面光滑,中心存在凸起;喷距为50 mm时,破岩直径达70 mm;在一定范围内,破岩直径随喷距、砂比的增加而增大,随喷嘴加旋截面积的减小而增大;连续送进条件下,旋转磨料射流可有效破碎锥形凸起,可连续破岩成孔,充分证明旋转磨料射流可高效破碎硬质灰岩。研究结果可望为径向水平井技术经济高效开发西部缝洞型碳酸盐岩油藏奠定基础。

旋转磨料射流钻孔装置的研究

针对目前"干式"钻孔的问题,提出并研制了旋转磨料射流钻孔装置。它能有效提高钻孔速度,降低钻孔过程中出现的着火、喷火等现象的几率,降低煤尘浓度,从而改善工人的工作环境,解决"干式"钻孔出现的问题。

水垫式旋转磨料射流喷嘴内流动特性的数值分析

设计了一种水垫式旋转磨料射流喷嘴,并对其内部流场流动特性进行了数值研究。采用高精度QUICK离散格式离散了雷诺平均的N_S方程和Realizablek_ε紊流模型,求解了喷嘴的内部流场,同时利用拉格朗日的方法对磨料颗粒的运动轨迹进行了追踪。该模型用同轴射流旋流燃烧室算例进行了验证,计算结果和实验值相吻合,表明适用于旋流流场的计算。喷嘴流场计算结果表明,流量比(切向与轴向入流流量之比)是决定喷嘴内流动状态的重要参数,喷嘴出口旋流数随流量比的增大而增大,并逐渐趋于一定值,磨料颗粒在喷嘴内的运动特性受流量比及磨料颗粒的粒径和密度影响较大。通过研究表明,对流量比以及磨料颗粒进行优选,能够获得破岩效果较好的旋转磨料射流,并且减少磨料颗粒对喷嘴的磨蚀,保证喷嘴的使用寿命。

入口收缩角对旋转磨料射流喷嘴磨损的影响

文中运用有限元法对三种不同入口收缩角的喷嘴进行了分析。结果表明:随着收缩角增大,喷嘴所受的应力也逐渐增大,这使得喷嘴的磨损率随之增加。考虑到锥段内磨粒的加速情况,最宜选择15°收缩角的喷嘴。

旋转磨料射流套管开窗预测模型及应用

套管开窗径向水平井技术有助于提高低渗透储层的油气采收率,旋转磨料射流套管开窗方式是该技术新的发展方向,套管开窗直径和开窗深度是评价开窗效果的2个重要指标。由于无法实时监测井下开窗过程,需对开窗效果的预测进行研究。但套管开窗效果与旋转磨料射流参数之间存在复杂的非线性关系,使得传统预测方法的精度偏低。为此,文中提出了一种基于基因表达式编程建立套管开窗预测模型的新方法。通过遗传编码、遗传操作和适应度评估,建立了开窗直径和深度的直观数学表达式预测模型,利用套管开窗综合实验结果对该方法的准确性、实用性进行了验证。结果表明:该方法的预测精度较高,与检验样本相比,开窗直径和深度的平均误差分别为5.5%和4.4%;将预测模型的计算结果与套管开窗综合实验结果相比,开窗时间的误差为6.1%,开窗直径的误差为4.5%。因此,基因表达式编程算法能够更精确地推导出反映实际数据的最佳拟合函数,建立的预测模型可用于指导旋转磨料射流套管开窗现场施工。

基于Fluent的旋转磨料射流数值模拟

利用Fluent软件对喷嘴内部的流场进行数值模拟,从模型建立、网格划分、边界条件设置等方面阐述了求解过程,并对模拟结果进行后处理和分析;用Fluent软件对长度分别为20mm、25mm和30mm的3种加旋元件模拟了速度矢量图,在30MPa进口压力条件下进行分析,从而得出旋转磨料射流喷嘴的最佳工作状态。

旋转磨料射流套管开窗数值模拟及试验验证

提出利用旋转磨料射流进行井下开窗的技术路线,建立套管在旋转磨料射流冲蚀作用下的损伤模型,利用有限元方法对旋转磨料射流套管开窗进行数值模拟,并通过室内试验对模拟结果进行对比分析。结果表明:利用数值模拟方法可以较准确地模拟套管的实际开窗过程,揭示旋转磨料射流套管开窗的机制;旋转磨料射流开窗工艺简单、作业成本低,形成的窗口形状较为规则,可以满足径向水平钻进的要求。研究结果为井下套管开窗技术的进一步发展提供了理论基础。

旋转磨料射流除锈实验研究

采用锈蚀钢板为试件,进行前混合式旋转磨料射流清洗试验.找出了喷嘴出口段长度、喷距、叶片导向角、叶轮长度等参数对清洗效果的影响规律.确定了旋转磨料射流进行表面清洗的压力应用范围为(1.5 ～ 8)MPa.

旋转磨料射流喷嘴的应力有限元分析

根据旋转磨料射流喷嘴的磨损机理,建立了喷嘴工作模型;运用有限元法对喷嘴各部分的应力状态进行分析。结果表明,旋转磨料射流喷嘴应力最大值出现在锥段结束、直段开始处,直段平均应力大于锥段,入口端面的应力也较大。这为进一步改善喷嘴结构提供了依据。

大直径旋转磨料水射流除鳞除锈技术研究

降低除鳞除锈作业的比能耗并提高作业效率已经成为水射流除鳞除锈技术急需解决的问题。本文研制了大直径旋转磨料水射流除鳞除锈装置,解决了传统的超高压纯水旋转射流的高能耗和传统的磨料水射流的低效率的缺点,并通过除锈试验总结了水射流压力、工作转速、横移速度对旋转磨料水射流除锈作业效率和比能耗的影响。

冷态钢材的旋转磨料水射流除鳞除锈能耗研究

作业效率和比能耗是评价冷态钢材水射流除鳞除锈能力的重要因素。本文研制大直径旋转磨料水射流除鳞除锈基本作业单元,以解决传统的超高压纯水旋转射流的高能耗和传统的磨料水射流的低效率的缺点,并进行了三者除锈试验,试验表明旋转磨料水射流除鳞除锈技术的能耗优于传统的水射流除鳞除锈技术。

旋转水射流冲击压强的实验分析

利用测压排摄像自动读数法,测量了水垫式旋转磨料射流喷嘴所产生旋转射流的冲击压强。该方法对测压排内水面标志物进行连续摄像,然后利用计算机程序对所摄图像自动读数,可以用较低的成本较好地实现非恒定压强的测量。实验结果表明,对于水垫式旋转磨料射流喷嘴产生的旋转射流,切向入流与轴向入流流量之比(流量比)及之和(总流量)是其冲击压强的控制性因素,前者控制其分布和大小,后者只对其大小有影响;各股切向入流的流量不均匀性对射流冲击压强时均值的影响很小;冲击压强脉动强度随着作用位置到射流中心距离的增大而减小。