自振空化射流冲击压力脉动特性实验研究

自振空化射流是利用瞬态流和水声学原理调制而成的一种新型射流,本文研究了自振空化射流在常压及围压下的压力脉动特性及其参数影响规律。研究结果表明,在实验条件下各种风琴管喷嘴的压力脉动存在最优喷距,无因次最优喷距都在8～14范围内,风琴管自振空化射流的冲击压力脉动峰值和脉动幅度分别比普通喷嘴高37%和24%;最大脉动幅度并不出现在射流轴心,而是偏离轴心一段径向距离;随着围压的增加,脉动峰值压力随着喷距的衰减速度明显加快,而脉动频率基本不随围压、压降和喷距的变化而变化,保持在1.38KHz左右。

自振空化射流钻头喷嘴研制及现场试验

在风琴管谐振腔模型的基础上,给出了自振空化喷嘴的设计模式。用硬质合金为主要材料研制出了石油钻井用自振空化射流喷嘴。现场试验表明,自振空化喷嘴钻头与普通中长喷嘴钻头相比,钻井速度提高10.5%～49.3%,平均机械钻速提高31.2%,钻头进尺也相应增加29.1%。自振空化射流喷嘴具有广泛的应用前景。

自振空化射流改善油层特性实验研究及现场应用

自振空化射流是具有强烈压力振荡和高空化起始能力的新型射流,利用高压釜装置对围压下自振空化射流提高污染岩渗透率进行的实验研究结果表明,对中、低和高渗透率岩样,空化射流作用深度均超过250mm,渗透率提高率随射流压力的增大而增加,随喷距的增大而减小;当围压值为2MPa时,渗透率提高率达到最大值。同时,在相同条件下,自振空化喷嘴作用下渗透率提高率为锥形喷嘴作用的2倍以上。现场应用效果证明,自振空化射流对解除油层和水层堵塞有明显效果。

自振空化射流提高钻井速度的可行性研究

空化射流用于石油钻井的可行性研究结果表明,在深井钻井中,利用空泡破裂产生强大破坏作用和振动冲击波来提高清洗、切割和钻探的效率,其效果将是显著的,也是可行的。在比普通喷嘴射流或普通空化喷嘴射流更深的井底和更高的围压条件下,自振空化射流有较大的起始空化数和较强的空化能力,有较好的切割岩石和清洗岩屑净化井底的作用。同时,根据自振空化射流原理,研制了风琴管自振空化喷嘴,现场试验结果证实了自振空化喷嘴钻头在保护钻头、减少钻头磨损及增加进尺、提高机械钻速方面有显著作用。

自振空化射流改善油层渗透率机理及实验研究

可以利用自振空化射流的振动和空化特性来解除或减轻地层堵塞,提高渗透率。借助高压釜装置对围压下自振空化射流提高污染岩心渗透率进行了实验研究。结果表明,随喷嘴出口直径、射流压力增加,自振空化射流改善油层渗透率的作用效果增强;处理中低渗岩心比高渗岩心需要更长的时间,对不同渗透率岩心作用效果不同,对中低渗、高渗岩心射流作用效果明显;空化噪声作用深度随射流压力的升高而增加。现场应用表明,自振空化射流在油井解堵、注水井增注方面作用效果明显。实验为拓宽自振空化射流的研究和应用领域提供了重要的参考依据。

多夹层岩盐自振空化射流造腔技术研究

岩盐造腔过程中产生的碎屑颗粒沉积到盐腔底部,导致盐腔有效造腔体积减小,为了保证溶腔速度和盐腔尺寸,不得不将注水管柱上移,影响了盐穴造腔计划和进度,且常规的注水溶腔时间长,耗费淡水和能源较多。鉴于此,开展了多夹层岩盐自振空化射流造腔方法研究。利用自振空化射流技术和阻尼式旋转控制技术设计研制了自振空化射流造腔工具,主要通过冲蚀破碎、超声波促溶、旋流滤洗和强化循环等方式来满足促溶、夹层破碎和碎屑冲洗要求。根据欧拉双流体模型和RNGκ-ε模型,采用滑移网格技术对旋转射流在腔内的运动轨迹和流体的旋流强度进行了数值模拟研究。现场造腔试验结果表明,自振空化射流造腔技术可大幅度提高日产盐量,在造腔初期可提高造腔速度1倍以上。

自振空化射流空泡动力学特征及溃灭强度影响因素

以空泡动力学分析为基础,考虑自振射流流场压力变化特性、空泡传热和传质规律,建立了空化气泡在自振射流流场中动态变化的计算模型,研究了空泡溃灭强度的影响因素。研究表明,空化射流破坏岩石的能力主要取决于空泡第1次溃灭的强度,空泡后续溃灭的强度显著降低。自振效应使空泡溃灭压力峰值及其持续时间增大,能大幅提高空泡溃灭强度。水力参数是空泡溃灭强度的主要影响因素:一定射流速度下,存在最优的围压值,使空泡溃灭强度达到最大;增大射流速度能提高空泡溃灭强度。流体物性对空泡溃灭强度的影响较小:溃灭强度随流体密度增大而降低,受流体黏度和表面张力的影响较小。研究结果有助于了解空化效应提高射流冲蚀性能的作用机理,提升自振空化射流技术的现场应用效果。

围压作用下自振空化射流脉动特性实验研究

就围压下自振空化射流动压力特性进行了实验研究，其实验结果表明：在围压作用下，自振空化射流脉动幅度存在最优喷距，并且最优喷距随围压的增大而增大；在压降一定情况下，脉动幅度随围压的增加而减小；在围压和压降一定时，自振空化射流的最大冲击压力明显高于普通连续射流；自振空化射流的脉动频率，基本不随围压、压降和喷距的变化而变化，在本实验条件下，基本保持在１．３８ＫＨｚ

亥姆霍兹自振空化装置流场特性的数值模拟

为了获得亥姆霍兹(Helmholtz)自振空化装置空化场的流动特性,利用计算流体动力学的商业软件Fluent,使用大涡的模型(LES)和多相流(Mixture)模型,对装置内流场进行数值模拟.通过研究不同操作条件、不同结构尺寸对空化效果的影响,得到了场内空化区的空化数、气含率分布以及速度压力振荡曲线,并将所得结果与孔板跟文丘里管型空化装置进行对比.模拟结果表明,出口压力一定时,增大入口压力可增强空化效果;不同结构尺寸的自振空化装置对空化效果有较大影响,其中锥形碰撞壁结构的空化效果最为明显;同等操作条件下,孔板跟文丘里管型空化装置空化效果不明显,且流场内速度压力处于平稳状态,而自振型空化装置流场内能形成强烈的速度压力脉冲变化,使产生的空化效果更为强烈.

基于Fluent亥姆霍兹自振空化喷嘴流场的数值模拟

根据Fluent流体计算软件和亥姆霍兹自振空化喷嘴内流场的特点,基于流体力学的基本理论,对不同结构尺寸的亥姆霍兹型自振空化喷嘴进行了模拟研究。通过数值模拟计算,得到了各个亥姆霍兹型自振空化喷嘴流场内速度与压力分布云图及轴线的速度压力分布曲线等。模拟结果表明,在射流进入振荡腔后产生了明显的负压区,当压力低于液体的饱和蒸气压时,空化气泡产生;在自振空化喷嘴的扩张段处存在速度的最大值,并且随着腔长的增加,扩张段处速度最大值减小。在特定的参数下(入口直径d_1=3.4mm,振荡腔直径D_c=15mm,扩张段扩张角α_2=60°),振荡腔长度L_c=3mm,撞击角α_1=180°,出口直径d_2=4mm时,喷嘴内部产生较强的空化作用。

井下作业自振空化射流除垢喷嘴结构优化设计及实验研究

针对大庆油田聚合物驱、三元复合驱井油管结垢严重的问题,为提高油管清洗效果,研制了自振空化射流除垢喷嘴。设计喷嘴采用多级收缩结构,核心部位是振荡腔。根据水声学理论推导出振荡腔尺寸关系式,采用数值模拟方法对影响空化效果的喷嘴结构参数进行优化设计,并对喷嘴工作性能开展实验研究。经过理论计算得到喷嘴主要结构参数,在振荡腔直径为3.2mm时,振荡腔最优长度为10.4mm。通过Fluent软件绘制的喷嘴壁面气相生成速率、轴向速度关系曲线可知,当扩散角为30°、扩散段长度为2.5mm时,射流效果较好。除垢实验表明,喷嘴能够产生良好的空化作用,在靶距为15mm、喷射角度为60°时,清洗除垢效果最佳。自振空化射流喷嘴的设计和实验方法为研制高性能油管清洗装置提供了设计基础。

自振空化对亚硫酸钙形成及糖液澄清的影响研究

文章使用了一种具有更强空化效应的自振空化器辅助亚硫酸法澄清糖液,探究了空化时间、空化器入口压力、溶液温度、溶液浓度对自振空化辅助亚硫酸钙形成及糖液澄清的影响。研究发现,在空化时间为60 s、空化器入口压力为0.4 MPa、亚硫酸浓度为0.20 mol/L、溶液温度40℃时,溶液电导率下降率较大且生成的CaSO3中位粒径较小,分别为2.68%和41.26μm。经空化处理的CaSO3晶粒形态由花瓣状变为球状和柱状的交错破碎结构。在空化时间为60 s、空化器入口压力为0.3 MPa、溶液温度为70℃时,澄清效果较好,此时糖液的脱色率由40.05%提高到44.75%,简纯度由82.81%提高到84.52%。结果表明:自振空化可改变CaSO3晶粒形貌,使颗粒变得细小、比表面积增大,强化亚硫酸法对糖液的澄清效果。

基于声发射的自振脉冲空化射流实验研究

为增加低渗透性能煤层气的采前预抽取量,提高深部煤层的开采效率,采用信号分析法从射流振荡状态研究自振脉冲空化射流特性。基于水声传感技术获取淹没环境中声发射信号,利用频谱分析法研究围压下自振脉冲空化射流冲击砂砖块产生的空化噪声,分析不同压力下随时间变化时主要破坏频率,通过声功率谱(PSD)及空化噪声能量变化探讨冲蚀效果。结果表明,钻孔率随钻孔时间增加而降低且孔深存在临界深度。水中射流脉动的频率范围为11. 44～17. 14 k Hz,砂砖主要破碎频谱范围为38. 74～46. 05 k Hz。随冲蚀时间增大,声发射信号能量强度先增加后降低。此外,射流频谱分析和PSD方法对射流性质的研究提供新的思路及方法。

自振脉冲空化射流对6061铝合金表面强化规律

为了提高6061铝合金材料表面硬度、强度和耐磨性等机械性能,通过振脉冲空化射流束冲击6061铝材料表面。测量和分析未处理表面和15、20、25 MPa三种工作压力下射流束冲击试样1、2、3、4、5 min后材料表面微观组织形貌、试样表面轮廓、粗糙度Ra值、Rz值和表面硬度层等因素的变化,定性及定量研究自振脉冲空化射流技术对材料表面机械性能的影响规律。结果表明,与未处理表面相比,15 MPa时射流束未对材料表面造成严重塑性变形,其表面只存在极少不均微坑,Ra值增加0. 25,硬度增加15%,强化效果不明显; 20 MPa时射流束对材料表面产生严重塑性变形,能够明显观测到表面存在密集且均匀的凹坑分布,Ra值增加1. 2,硬度增加78. 3%,强化效果较好; 25 MPa时射流束对材料表面产生过度塑性变形,Ra值增加7. 5,硬度增加81. 3%,材料表层发生剥蚀现象,影响到材料的使用性能。可见,在工作压力20 MPa,冲击时间3 min,靶距20 mm时自振脉冲空化射流技术对材料表面强化效果最好,材料机械性能提高近2倍且表面改性极小。此技术对提升材料表面耐磨性及硬度强化效果起到极为显著作用。

基于空化技术的管道清洗装置的研究

管道清洗是清洗行业的难点之一 ,在对空化的清洗机理进行研究的基础上 ,主要本着将脉冲产生空化技术与自振空化喷嘴产生空化技术相结合 ,以达到较好的空化、剥蚀效果的思路 ,设计出了一套基于空化的管道清洗装置 ,并对该装置的结构、提高清洗效果的方法和优点等进行了详细的介绍。

空化射流空化云形态变化规律和流场稳定性研究

高压水射流具有强力的冲蚀能力,在钻井工程中取得了良好的应用效果,而射流过程中会发生空化现象,该现象伴随着高温高压,是影响射流冲蚀能力的关键因素之一。喷嘴的结构对射流的空化发生能力有很大影响,分析空化射流流场特性和喷嘴结构之间的关系,是高压水射流射流研究的一个重要内容。本文采取可视化实验方案,用3D打印的风琴管式自振空化射流喷嘴,通过高速摄影技术,捕获喷嘴出口处空化射流流场特征,尤其是流场中空泡云的形态变化。并采取图像处理,分析了喷嘴结构改变对空化发生能力的影响。我们利用本征正交分解方法(POD)求取了流场结构的时均特征。通过对比不同喷嘴结构和射流水力参数下时均特征变化,分析了自振空化射流流场结构的稳定性差异。研究结果发现,喷嘴结构中谐振腔是影响空化发生能力的主要结构。在一定范围内增大谐振腔长度和直径有利于增强喷嘴的空化发生能力,并提高喷嘴出口流场结构稳定性。但谐振腔长度和直径过大会影响喷嘴自振效应,使流体经过喷嘴时难以形成共振,而使喷嘴空化发生能力骤降。喷嘴出口长度和扩展角在本文研究中最佳值分别为两倍出口直径和40°。研究结果表明,可视化角度直观明显,可以为其他优化方案提供验证和有力补充,对自振空化喷嘴优化及空化射流流场特性研究具有重要意义。

轻纺

【正】 高压水旋转射流处理近井地层增产增注技术 油田在开发生产过程中,不可避免地造成近井地带污染,这是造成油田产量递减加快的主要原因。自振空化射流是近年来发展起来的一种新型高速射流。