YSC178A型液动锤射流元件底盖板外壁冲蚀机理

应用CFD动态分析技术,对具有内分流结构的YSC178A型液动锤的速度场进行了研究,分析了不同形状不同尺寸的分流孔对速度场的影响。研究发现:在一定直径的圆柱形分流孔出口处附近存在分流流束附壁现象,且附壁的分流流束特征与冲蚀坑的形状和大小之间有较好的对应关系,表明YSC178A型液动锤射流元件底盖板外壁出现冲蚀坑是由从一定直径的圆柱形分流孔喷出的分流流束附壁冲蚀造成的;分析结果还显示,喇叭形分流孔大大优于圆柱形分流孔,足够长且出口直径较大的喇叭形分流孔,其出口处附近流束附壁现象大幅度减轻以致消失,可以大幅度降低高速射流能量并减弱分流流束对底盖板外壁的冲蚀,避免出现显著冲蚀坑。

风动潜孔锤反循环钻井最小注气量模型

根据风动潜孔锤反循环钻进技术的特点,借鉴最小动能法推导出风动潜孔锤反循环钻井满足携屑能力的最小注气量和中心通道内最低井底压力,二者耦合得出风动潜孔锤反循环钻井最小注气量模型,结合GQ-320型潜孔锤工程算例,计算出不同机械钻速下最小注气量,并将模型计算结果与现场实测气量值进行比较。结果表明:在地层条件完整或漏失不严重的情况下,风动潜孔锤反循环钻井最小注气量计算值与现场实测值吻合较好;实例井上返岩屑的速度分析与现场未洗井情况一致,验证了模型的可靠性。

液动锤射流元件喷嘴临界流速预测与验证

应用CFD动态分析技术,对SC71B型液动锤内部流场进行了仿真分析,结果表明,其射流元件临界流速为20.305～22.565 m/s,大大低于凭经验预测的40 m/s。为检验这一理论预测结果,对SC71B型液动锤射流元件临界流速进行了实验测定,为21.83 m/s,表明理论预测结果与实测结果高度吻合,证明了基于CFD动态分析的液动锤射流元件临界流速理论预测方法的可行性;同时通过理论分析和实测获得了至今为止液动锤射流元件临界流速的最低值,可为研制油气钻井用低速射流元件驱动控制的液动锤提供重要参考。

低速射流元件控制的高能液动锤研究

为解决常规射流元件受钻井液冲蚀而过早失效问题和满足高效碎岩钻进对冲击功的要求,设计了SC71B型新一代液动锤试验样机,并通过试验和数值模拟研究了活塞冲锤质量对射流元件临界流速的影响。试验结果表明,配用常规质量的活塞冲锤时该低速型射流元件实测临界流速为21.83m/s,不到以往实测最低值的1/2;当活塞冲锤质量较常规增加5倍时,冲击功较常规增加40倍以上,其临界流速仍不大于以往实测最低值。活塞冲锤质量对临界流速和冲击功影响的CFD动态数值模拟分析结果与实测结果吻合。该研究结果对研制油气钻井用长寿命高能射流式液动锤有重要借鉴意义。

活塞冲锤主要参数对射流元件临界流速的影响

应用CFD动态分析技术,以SC71B型射流式液动锤为研究对象,研究了活塞直径、活塞杆直径、活塞冲锤质量和行程对射流式液动锤射流元件临界流速的影响,并进行了实验验证。结果表明:理论预测值与实测值相对误差小于7.5%,精度远高于以往经验估计;射流元件临界流速随着活塞直径的增加而降低,随着活塞杆直径和活塞冲锤质量的增加而升高,与行程大小无关。以SC71B型射流式液动锤为例,为降低射流元件临界流速以减轻冲蚀,应设计40～42 mm的活塞直径、23～26 mm的活塞杆直径和11.2～23.5 kg的活塞冲锤质量。活塞直径增加23.5%时,射流元件临界流速降低了2/3;活塞杆直径增加60%时,射流元件临界流速提高了近4倍;活塞冲锤质量增加5倍时,射流元件临界流速只增加了1倍。

压缩气体射流切割破土机理

压缩气体射流切割破土机理既是气力喷射反循环钻孔技术的基础也是其重要的理论依据,而气力喷射反循环钻孔技术又是一项高效环保的软地层钻进技术,所以压缩气体射流切割破土机理研究对于气力喷射反循环钻孔技术有重要意义。首先,应用CFD软件模拟,得出8mm直径喷孔切割能力为2.868×103 kPa,与单喷孔地秤实验得到的2.468×103 kPa拟合较好,其值都远远大于软地层破坏强度;其次,通过LS-DYNA模拟可知单次喷射18μs时的切割深度约为2.23mm;最后,用CFD软件分析得到土体微裂隙断裂压力分布图及气体流速图。结果表明,压缩气体射流切割破土机理为:压缩气体沿薄弱环节进入孔隙和微裂隙后急剧膨胀,在恢复到钻孔围压过程中继续膨胀、扩张,同时在反循环抽吸力的共同作用下使土体结构破坏、断裂脱离母体;符合土体微裂隙断裂原理。