Analysis of the Flow Field Characteristics Associated with the Dynamic Rock Breaking Process Induced by a Multi-Hole Combined External Rotary Bit

The characteristics of the flow field associated with a multi-hole combined external rotary bit have been studied by means of numerical simulation in the framework of an RNG k-εturbulence model,and compared with the results of dedicated rock breaking drilling experiments.The numerical results show that the nozzle velocity and dynamic pressure of the nozzle decrease with an increase in the jet distance,and the axial velocity of the nozzle decays regularly with an increase in the dimensionless jet distance.Moreover,the axial velocity related to the nozzle with inclination angle 20°and 30°can produce a higher hole depth,while the radial velocity of the nozzle with 60°inclination can enlarge the hole diameter.The outcomes of the CFD simulations are consistent with the actual dynamic rock breaking and pore forming process,which lends credence to the present results and indicates that they could be used as a reference for the future optimization of systems based on the multi-hole combined external rotary bit technology.

油气悬架阻尼数学模型对比分析

当前针对油气悬缸动力学特性的研究中,弹性力主要采用多变气体状态方程建模,阻尼力则采用薄壁小孔理论建模,由于真实情况中阻尼孔和单向阀的过流厚度都并非薄壁,而是具有一定的厚度,采用薄壁理论会导致模型在一定程度上失真,所以采用短孔过流理论建立阻尼模型,并考虑入口和出口的局部水头损失,重新构建油气悬缸动力学模型。通过施加真实道路采集的振动信号,对比了1/4悬架系统的两种阻尼力模型下的响应与真实的悬缸上支点加速度数据的平均绝对误差MAE和均方根误差RSME,验证了两个模型在低频范围都能较好模拟悬架振动,但中高频存在明显缺失,而短孔过流理论模型在频域上更逼近真实值。

海底电缆覆盖物清理的移动射流过程仿真分析

在实际工况中,高压喷嘴存在横向移动的速度,使得射流对土体的冲埋深度难以预测,导致海缆表面覆盖物清理不完全。针对此问题,建立了优化后的流场与冲埋深度预测理论模型,利用数值仿真对模型进行了验证。首先,建立了一种喷嘴流场优化模型,阐述了冲埋深度的预测方法;其次,建立了水射流破土数值仿真模型,选取射流压强、喷嘴直径、喷嘴横移速度以及土壤剪切强度4种控制参数,分析了不同参数对冲埋深度的影响。结果表明,随着射流压强、喷嘴直径的增大,冲坑深度逐渐增大;随着喷嘴横移速度和土体剪切强度的增加,冲坑深度逐渐减小。最后,理论结果和仿真结果进行对比,两者误差在允许范围之内。该模型可在一定程度上解决冲埋深度难以预测的问题,可为工程应用提供指导。

通孔型泡沫金属用于换热器的研究综述与展望

考虑到通孔型泡沫金属具有流通性强、导热性好、可塑性强,以及良好的吸音性、支撑性、轻量性等特性,将泡沫材料填充于换热单元和热源之间空隙的做法,被广泛地应用于换热设备。为了充分研究和深入开发利用通孔型泡沫金属在换热器中的潜在价值,对国内、外应用泡沫金属在换热器中的理论研究、数值研究及实验研究进行概述;鉴于固体导热性、流体传热性以及流体流动性是换热器中必须考虑且兼顾的3个特性,系统地梳理了胞体模型参数、介质流速、介质压降、对流换热系数等关键参数的协同关系;分析了泡沫金属胞体建模以及填充于换热器中的布置形式;用综合性能指标评价了泡沫金属传热与压降的关系式;提出了未来进一步研究的方向和建议。

船模水动力噪声及孔腔激励载荷试验与计算对比分析

开展某远洋客船光体船模水下噪声测试及带孔腔船模的水动力激励载荷测试,并进行孔腔处稳态和瞬态流场计算,孔腔处脉动压力频谱计算曲线与试验曲线吻合较好。孔腔脉动压力线谱频率测试值与经验公式频率计算值对比良好,说明该公式在一定情况下适用于船体条形格栅孔腔线谱频率的预估。采用统计能量法分析法计算光体船模中高频流激噪声,将流体激励以频率-波数功率谱的形式施加,可大大减少流场计算工作量,适合于工程快速预估。在工程一般范围内,阻尼损耗因子取值可导致噪声结果相差5.5 dB,说明阻尼损耗因子的取值会较大影响计算结果,有必要形成材料损耗因子随频率变化的数据库,为船舶噪声快速计算提供支撑。

压裂煤储层气水两相流模型及煤层气产量分析

水力压裂是促使煤层气增产的关键技术,研究压裂煤储层中的气水两相流特征具有重要意义。以鄂尔多斯盆地大宁-吉县区块2000m以深的8号煤层为研究对象,建立了研究区COMSOL软件下的模拟模型,基于储层物性参数和煤层气井排采参数,得到了与实际产量较接近的日产气量和日产水量。研究表明,排采过程中储层压降范围是以井口为中心,从压裂区逐渐向未压裂区扩展的近似椭圆形区域,椭圆长短轴分别沿水力压裂区域的长短边方向,压裂区压降速度远大于未压裂区。压裂区大小和井底流压变化特征对煤层气井产量产生重要影响,扩大压裂区有利于煤层气井稳产阶段日产气量提升;排采阶段井底流压的大幅波动和台阶式下沉会导致煤层气井后期产量的下降。

投球调剖装置动态流体分析与试验研究

为了提高调剖球封堵目标井段炮眼成功率,使之能够调整井段纵向吸汽剖面,达到很好的蒸汽纵向动用效果。这里通过流体力学分析,建立运动与动力数学模型,进行室内试验和fluent流体仿真试验的方法。搭建出投球调剖室内模拟装置,通过控制流量来模拟井下各油层渗透压,考察不同数量炮眼层以及不同流量之下调剖球投球状况。对照室内试验设计流体仿真模拟试验,通过设置不同的边界出口以及不同比例压强值开展试验,验证室内试验的合理有效性。结果表明可通过提高设备气密性,改善注气量以及根据运动与动力数学模型适度改变流体密度,小球半径和质量等因素提高投球成功率。从而为现场油田开采工作提供指导依据,提高蒸汽驱稠油热采效率。

PDC钻头井底流场数值模拟研究与现场试验

钻头水力学问题直接影响钻头的使用寿命。在钻井过程中,保持钻头井底区域的清洁对于提高机械钻速和进尺具有重要影响。文章针对PDC钻头的井底流场完成以下研究内容:利用Ansys Fluent软件建立了PDC钻头井底流场固液两相流模型,基于有限体积法分析不同喷嘴参数和刀翼参数条件下井底流场特性及岩屑浓度,明确了喷嘴倾斜角度和出口位置对PDC钻头各流道之间流量分布的影响规律,解析了井底流场的流动机制,优化了钻头的喷嘴空间结构参数。研究结果表明:喷嘴倾角随喷嘴出口至钻头中心距离增加而增大时,各个流道内的流量趋于平衡;在单个流道内设置1个喷嘴时能够减少涡旋,有利于提高清岩效率;喷嘴数量和刀翼数量相同时,6刀翼钻头清岩效果比5刀翼钻头好。文章研究可望为PDC钻头的结构优化设计提供了有益的参考依据。

溢流孔直径对轴流泵系统过渡过程的影响

沿海泵站使用的大型轴流泵系统(LAPS)往往需要配备溢流孔以提高过渡过程的品质,但由于LAPS过渡过程中增设溢流孔的机理尚不明确,因此在设计和应用上存在很多困难。本文设计了6种不同直径的溢流孔,在Flomaster软件二次开发的基础上,用瞬态模拟方法研究了不同直径的溢流孔对LAPS的同步启动、异步启动、同步停机和异步停机过渡过程的影响。结果表明:在异步启动过程中,当溢流孔直径达到2 m时,最大冲击扬程为1.67H_(r),最大冲击功率为1.34P_(r),进一步增加溢流孔直径对降低LAPS的最大冲击扬程和功率无明显增益。在异步停机过程中,溢流孔可以有效延缓LAPS流量的衰减,降低瞬时水头和功率,然而,当溢流孔直径达到2 m时,最大冲击扬程为1.18H_(r),最大冲击功率为1.1P_(r),进一步增加溢流孔直径对降低LAPS异步停机过程中的最大冲击水头和功率没有明显的作用。溢流孔直径越大,对于提高过渡过程质量的效果越好,但是当溢流孔直径增大到一定程度后,继续增加溢流孔直径效果没有明显提高。

缝洞型油藏洞穴内流体流动特征

塔里木盆地塔河油田奥陶系碳酸盐岩油藏的主要储集体类型为大型溶洞与裂缝.在提出多个溶洞储集体的流体流动数学模型的基础上,采用溶洞间无因次传导率和无因次溶洞存储系数对其进行无因次化,并采用数值方法对其控制方程进行求解,研究洞穴内流动变化规律和特征.通过改变溶洞大小和溶洞间裂缝连通性等参数,计算了不同缝洞参数对无因次压力导数曲线的影响,研究成果对于油田生产动态特征分析具有重要的意义.

多尺度岩溶相控碳酸盐岩缝洞型油藏储集体建模方法

以塔河油田为代表的碳酸盐岩缝洞型油藏是中国近年来投入开发的大型油藏,其储集空间类型主要为大型溶洞、溶蚀孔洞及裂缝,且尺度大小悬殊,形态不规则,分布不连续。定量表征孔、洞、缝在三维空间的分布一直是该类油藏开发的技术难题,目前尚缺乏有效的储层建模方法。以塔河油田4区碳酸盐岩缝洞型油藏为原型,研究并提出了多尺度岩溶相控缝洞储集体建模方法,即在古岩溶发育模式控制下,根据缝洞尺度的差异,采用两步法建模:笫1步建立4个单一类型储集体离散分布模型,即利用地震识别大型溶洞和大尺度裂缝,通过确定性建模方法,建立离散大型溶洞模型和离散大尺度裂缝模型;在岩溶相控约束下,基于溶洞发育概率体和井间裂缝发育概率体,采用随机模拟多属性协同模拟方法,建立溶蚀孔洞模型和小尺度离散裂缝模型。第2步采用同位条件赋值算法,将4个单一类型储集体模型融合成多尺度离散缝洞储集体三维分布模型。该模型的建立定量表征了缝洞储集体在三维空间的展布特征,可以为油田开发奠定坚实的地质基础。

基于随机介质理论自然崩落法矿岩流动特性

为准确掌握自然崩落法崩落矿岩流动特性,提出属性块体建模与随机介质理论相结合的方法,进行崩落矿岩流动模拟.建立属性块体模型拟合目标区域,实现目标区域离散化;建立适宜程序实现的颗粒体数据结构和随机介质空位传递模型;提出放出指数和块度指数概念.分别模拟和分析固定目标放矿区域、不同放矿高度以及不同块度条件下的矿岩流动,并在数字矿山软件平台上用C++编程语言予以实现.结果表明:该方法得到了崩落矿岩流动过程中品位变化及形态发育规律.

变质量流量螺旋管内两相流数值模拟

该文利用F luent商业软件,采用Eu lerian多相流模型和湍流模式,对带孔螺旋管内油水两相流的流场和分离情况进行了数值模拟,计算了不同流速和不同油水配比工况下的油水组分、各相速度、相含率、各相流量等重要性能参数的变化和分布情况,所得数据与实验结果吻合较好。本文的数值模拟可为带孔螺旋管参数选择和优化设计提供参考。

小眼井层流注水泥顶替机理分析

用宾汉流体建立了水泥浆层流顶替钻井液的理论模型。机理分析表明,小眼井中套管偏心对层流注水泥宽窄间隙顶替速度差异影响显著,而顶替压力梯度影响较小。在层流条件下,增加水泥浆动切力和水泥浆与钻井液密度差并减小钻井液动切力,有利于使整个环空钻井液顶替。但由于套管偏心是小眼井环空的显著特征,在实际注水泥中,尽量避免采用层流顶替模式。

欠平衡钻井环空多相流井底压力计算模型

随着欠平衡钻井技术的发展,对井底负压值精确控制的要求越来越高,目前已经开发了随钻井底压力测量仪器。对井底压力的大小实测发现,原有的气液两相流井底负压控制计算模型的计算误差较大,达到13%。为此,在H.V.Nickens所建立的钻井过程气侵时的两相流模型基础上,建立了直井环空多相流井底压力流动型态新的计算模型。该模型充分考虑了岩屑固相和多相加速度压降的影响,精度较高,利用深层欠平衡钻井实测数据,计算表明误差小于3%,为欠平衡设计计算与精确控制井底负压值提供了理论依据。

空气钻井最小流量计算的修正模型

文章用气体状态方程以及热力学定律对空气钻井中流动参数进行分析,重点修正了储层流体涌入的空气钻井中最小空气流量计算公式以及钻头喷嘴压力计算公式,为空气钻井实际提供了必要的理论依据。根据修正后的模型编制应用软件,结合现场实践,达到指导现场实际空气钻井的目的,为大庆地区开展空气钻井提供参考。

考虑井筒附近高速非达西渗流的井底压力特征

通常情况下,高速非达西流动只出现在井筒附近。目前,在气井渗流模型建立及求解过程中,现有文献是将整个供气半径范围内的流动均考虑为高速非达西渗流,这与实际流动规律不符。文中将供气半径分为2个区,建立了考虑近井筒区高速非达西渗流和远井筒区达西渗流的数学模型,给出了相应的有限差分数值模型,通过编程求解,模拟了不同流态、紊流系数及分区半径下的井底压力响应,为高速非达西渗流气井试井分析提供了新的途径。

缝洞型碳酸盐岩双渗油气藏产量的变化规律

我国缝洞型碳酸盐岩油气藏油气储量相当丰富,然而地质情况复杂、开采难度较大,深入研究该类油气藏渗流与流量动态规律对其高效开发油气藏十分重要。在研究地质模型的基础上,建立了三孔双渗油气藏产量变化的有效井径渗流模型,在Laplace空间对模型进行求解,并利用Stehfest数值反演绘制了产量递减曲线和累积产量曲线,详细讨论了窜流系数、储容比、表皮系数和外边界半径大小等参数对曲线的影响。分析表明,该类油气藏的产量递减曲线形态受封闭外边界半径大小以及窜流系数之间相对大小的影响很大,但在多数情况下仍表现出多孔介质油气藏产量递减曲线所具有的阶梯状性质。该产量递减规律为制定合理的生产制度提供了理论指导。

水布垭地下厂房围岩渗控效应数值模拟与评价

为减小水布垭地下厂房厂区渗漏并改善厂房围岩的渗透稳定性,工程设计采取防渗帷幕、排水孔幕和排水洞等防渗排水措施。为确保数值计算的稳定性和收敛性,采用Signorini型变分不等式和自适应罚函数相结合的稳定渗流分析方法,对厂房围岩的长期渗控效应进行计算分析;同时,采用基于等效模拟的整体模型分析和基于精细模拟的子模型分析相结合的方法,以减小有限元建模难度并协调计算量和计算精度之间的矛盾。建立评判渗流计算成果合理性的直观准则,即稳定渗流自由面在任意均匀介质内部必连续光滑且不产生回弯,除非自由面穿过渗透性相差悬殊的2种介质之间的界面。结合厂房围岩渗压监测数据,阐明运用上述方法求解含排水孔幕渗流问题的可行性和有效性,论证渗控设计的合理性和进一步优化的可能性。研究成果对类似工程渗控措施的优化设计具有指导意义。

喷油嘴微孔磨粒流抛光数值模拟与试验

以喷油嘴喷孔为研究对象,采用k-ε固液两相Mixture湍流模型对磨粒流抛光过程中流场分布规律进行数值模拟,并通过正交试验探索了抛光压力、磨料浓度、磨粒粒径及加工时间等工艺参数对被抛光微孔表面粗糙度的影响规律。结果表明:喷油嘴微孔磨粒流单向循环抛光加工有利于改善喷孔结构;流道表面粗糙度与各加工参数均成负相关关系,且受抛光压力及磨料浓度影响显著。通过试验获得了最优参数组合,在此条件下喷油嘴微孔表面粗糙度值(Ra)由初始的1.16μm降至0.20μm。