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天然气水合物直旋混合射流破碎规律研究 被引量：1
1
作者 徐昊 张思 +2 位作者 吴墨染 付悦 付必伟 《石油机械》 北大核心 2025年第2期89-97,共9页
为了提升水合物开采效率,采用Fluent-EDEM耦合计算的数值模拟方法探究喷嘴叶轮槽倾角、叶轮中心孔直径以及混合腔收缩角等结构参数,对直旋混合射流破碎天然气水合物效果的影响。研究结果表明:叶轮槽倾角在40°~60°范围内,直旋... 为了提升水合物开采效率,采用Fluent-EDEM耦合计算的数值模拟方法探究喷嘴叶轮槽倾角、叶轮中心孔直径以及混合腔收缩角等结构参数,对直旋混合射流破碎天然气水合物效果的影响。研究结果表明:叶轮槽倾角在40°~60°范围内,直旋混合射流的破碎性能受叶轮槽倾角的影响程度较小,叶轮槽倾角为50°时,直旋混合射流的破碎效果最好;叶轮中心孔直径影响混合射流中直射流的比例,中心孔直径的增大会导致混合射流的轴向速度增大,切向速度减小,中心孔直径为1 mm时,直旋混合射流的破碎效果最好;混合腔收缩角较大时,混合射流流经收缩段的过程中,过流截面积迅速减小,不利于射流充分混合,较大的收缩角也会增大射流的能量损耗,在80°~120°范围内,收缩角为80°时,直旋混合射流的破碎效果最好。研究结果可为直旋混合射流在天然气水合物开采领域的应用提供一定的理论依据。 展开更多
关键词 天然气水合物 直旋混合射流 喷嘴 破碎 Fluent-EDEM耦合
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超临界CO_(2)直旋混合射流破岩机理及喷嘴结构影响规律
2
作者 薛永志 李俊 +2 位作者 丁亮亮 罗旺 赵耀 《振动与冲击》 北大核心 2025年第1期232-242,共11页
超临界CO_(2)直旋混合射流综合了超临界CO_(2)射流和直旋混合射流的技术优势,是油气资源勘探开发的新型破岩工具。基于流-固-热耦合理论,建立了超临界CO_(2)直旋混合射流破岩的三维计算模型,研究了超临界CO_(2)直旋混合射流破岩机理。... 超临界CO_(2)直旋混合射流综合了超临界CO_(2)射流和直旋混合射流的技术优势,是油气资源勘探开发的新型破岩工具。基于流-固-热耦合理论,建立了超临界CO_(2)直旋混合射流破岩的三维计算模型,研究了超临界CO_(2)直旋混合射流破岩机理。结果表明,超临界CO_(2)直旋混合射流兼具正向冲击、径向张力、周向剪力和热应力作用;热应力的存在显著提升岩石所受的Mises应力,但增幅会随冲击时间的延续而变弱。将冲蚀作用和漫流作用作为重要参量,分析了不同喷嘴结构参数对射流流场特性的影响。发现螺旋槽开口角度为45°,中心孔直径为2 mm,螺旋槽个数为4个和叶轮螺旋角度为60°时,射流的流场特性呈最优状态。研究结果可为超临界CO_(2)直旋混合射流的优化应用提供参考。 展开更多
关键词 射流破岩 超临界CO_(2) 直旋混合射流 喷嘴结构
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径向水平钻孔直旋混合射流喷嘴流场特性分析 被引量：25
3
作者 廖华林 李根生 +1 位作者 李敬彬 牛继磊 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期1895-1900,共6页
为解决高压水射流径向水平钻孔时孔径和孔深相互矛盾的问题,设计了一种兼具直射流和旋转射流特点的直旋混合射流喷嘴。运用数值模拟方法,采用RNG k-ε湍流模型对所设计喷嘴的内外流场进行了三维流动特性分析,运用高速摄影对射流结构和... 为解决高压水射流径向水平钻孔时孔径和孔深相互矛盾的问题,设计了一种兼具直射流和旋转射流特点的直旋混合射流喷嘴。运用数值模拟方法,采用RNG k-ε湍流模型对所设计喷嘴的内外流场进行了三维流动特性分析,运用高速摄影对射流结构和破岩特征进行了对比。结果表明,直旋混合射流喷嘴所形成的射流具有直射流和旋转射流特征,比锥形直射流喷嘴扩孔能力强、比旋转射流喷嘴钻孔深度大。直旋混合射流的轴向速度与直射流相比不存在等速核,与旋转射流相比轴心速度高,能够形成一定的钻孔深度,不会形成孔底锥起;切向速度沿喷嘴径向呈现"M"型分布,能形成较大的孔径;径向速度呈轴对称分布,存在明显的漫流层,有助于岩屑的脱离。流场特性模拟结果与实际破岩钻孔特征基本一致。 展开更多
关键词 直旋混合射流 冲击流场 径向水平井 RNGk-ε湍流模型
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新型直旋混合射流破岩特性及机理分析 被引量：6
4
作者 杜鹏 卢义玉 +2 位作者 汤积仁 周哲 章文峰 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期81-89,共9页
为了揭示直旋混合射流的破岩机理,开展了直射流、旋转射流与直旋混合射流的冲蚀实验,并利用3DPIV测试系统获得了3种射流的速度场,通过对比分析相同靶距下冲孔深度及射流速度沿径向的分布规律,揭示了直旋混合射流的损伤破岩特性。结果表... 为了揭示直旋混合射流的破岩机理,开展了直射流、旋转射流与直旋混合射流的冲蚀实验,并利用3DPIV测试系统获得了3种射流的速度场,通过对比分析相同靶距下冲孔深度及射流速度沿径向的分布规律,揭示了直旋混合射流的损伤破岩特性。结果表明,直旋混合射流可消除旋转射流的中心低速区和冲孔的中心凸台,该射流沿径向的分布宽度和破岩直径大于直射流,射流结构可分为直射流区、强旋射流区、弱旋射流区和外围射流区。直射流区的冲击破岩能力主要取决于射流能量;强旋射流区具有较大的径向和切向速度,当对岩石施加径向张力和周向剪力且在其合速度小于直射流的情况下,该区破岩深度仍可达到直射流区破岩深度;在弱旋射流区,受直射流和强旋射流的共同作用,岩石强度降低,但当三向速度均较小时亦能有效破岩;外围射流区主要是通过返回流携带岩屑对孔壁起磨削作用。 展开更多
关键词 径向钻井 直旋混合射流 破岩机理 流场
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直旋混合射流破岩钻孔参数试验研究 被引量：7
5
作者 吴为 李根生 +2 位作者 牛继磊 黄中伟 田守嶒 《流体机械》 CSCD 北大核心 2009年第6期1-6,共6页
直旋混合射流是由通过喷嘴叶轮中心孔的直射流和叶轮加旋槽产生的旋转射流经混合段混合而成的一种新型高效射流,它综合了旋转射流破岩面积大和直射流破岩深度大的优点。试验研究了叶轮中心孔直径、混合段长度、扩展腔扩展角、喷距和压力... 直旋混合射流是由通过喷嘴叶轮中心孔的直射流和叶轮加旋槽产生的旋转射流经混合段混合而成的一种新型高效射流,它综合了旋转射流破岩面积大和直射流破岩深度大的优点。试验研究了叶轮中心孔直径、混合段长度、扩展腔扩展角、喷距和压力等5个主要参数对直旋混合射流破岩效果的影响规律。结果表明,叶轮中心孔直径为2mm、混合段长度为8mm、扩展腔扩展角为60°的喷嘴产生的射流具有较强的破岩能力;试验条件下,直旋混合射流破岩最优喷距约为喷嘴出口直径的6倍;增大射流压力可以大幅提高直旋混合射流的破岩体积。 展开更多
关键词 直旋混合射流 旋转射流 破岩效果 喷距 射流压力
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自进式岩屑磨料直旋混合射流钻头流场数值模拟 被引量：1
6
作者 兰起超 李根生 +3 位作者 王海柱 史怀忠 黄中伟 宋先知 《石油机械》 2015年第2期27-33,共7页
为了解决超短半径径向水平井水力钻头破岩效率低的问题,将膛线引入水力学中,利用膛线的螺旋切割产生直旋混合射流,同时根据磨料射流高效破碎靶件的特点,利用岩屑产生磨料射流的优势,设计了A、B 2种结构的自进式岩屑磨料直旋混合射流钻头... 为了解决超短半径径向水平井水力钻头破岩效率低的问题,将膛线引入水力学中,利用膛线的螺旋切割产生直旋混合射流,同时根据磨料射流高效破碎靶件的特点,利用岩屑产生磨料射流的优势,设计了A、B 2种结构的自进式岩屑磨料直旋混合射流钻头,并利用数值模拟方法分析了钻头的流场分布规律。分析结果表明,钻头的螺旋切槽能够形成旋转射流,磨料漏斗均能吸入岩屑形成磨料射流;钻头的扩展段和井底两侧均能产生涡漩,该涡漩可以促进岩屑翻滚,进而提高清岩效果,轴向速度分布规律与常规喷嘴圆形射流规律相似;自进式岩屑磨料直旋混合射流钻头设计时应优选A型。 展开更多
关键词 磨料射流 直旋混合射流 径向水平井 膛线 钻头设计 数值模拟 漫流速度
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超临界CO_2直旋混合射流破岩特性的实验研究 被引量：6
7
作者 田守嶒 张启龙 +3 位作者 李根生 贺振国 刘晗 刘欣然 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期189-197,共9页
超临界二氧化碳(CO_2)射流破岩既能降低岩石门限压力又能有效保护储层,直旋混合射流兼具直射流和旋转射流特点可提高破岩效率,基于此提出了超临界CO_2直旋混合射流的破岩方法。为了揭示超临界CO_2直旋混合射流破岩特性,设计加工出叶轮... 超临界二氧化碳(CO_2)射流破岩既能降低岩石门限压力又能有效保护储层,直旋混合射流兼具直射流和旋转射流特点可提高破岩效率,基于此提出了超临界CO_2直旋混合射流的破岩方法。为了揭示超临界CO_2直旋混合射流破岩特性,设计加工出叶轮式直旋混合射流喷嘴,通过岩石定点冲击破碎实验对比了该射流与常规水射流的破岩效果,并研究了叶轮长度、叶轮中心孔直径、混合腔长度、喷射距离、射流压力等重要参数对超临界CO_2直旋混合射流破岩效果的影响。结果表明:相同实验条件下,该射流方法的平均破岩能力比常规水射流提高了42.9%;超临界CO_2直旋混合射流破岩易出现较大体积岩屑崩落现象;随着叶轮长度、混合腔长度、喷射距离的增大破岩效果均先增强后减弱,实验条件下上述参数存在最优范围值;叶轮中心孔直径的增大会导致岩石破碎孔深度增加、直径减小;随着射流压力的升高,超临界CO_2直旋混合射流破岩效果有着较为明显的提升。研究结果可为超临界CO_2直旋混合射流破岩方法的进一步研究提供实验依据。 展开更多
关键词 爆炸力学 破岩实验 直旋混合射流 冲击射流 超临界二氧化碳
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自进式直旋混合射流钻头结构优化与钻孔能力分析 被引量：3
8
作者 杜鹏 张汶定 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期173-182,共10页
自进式射流钻头作为水力喷射径向钻井技术开采煤系气的核心部件,对钻井效率有决定性影响。为获取直旋混合射流钻头结构的最优参数,采用Fluent数值模拟与室内钻进试验相结合的办法,分析不同钻头结构参数下三维流场的速度特性,给出优化准... 自进式射流钻头作为水力喷射径向钻井技术开采煤系气的核心部件,对钻井效率有决定性影响。为获取直旋混合射流钻头结构的最优参数,采用Fluent数值模拟与室内钻进试验相结合的办法,分析不同钻头结构参数下三维流场的速度特性,给出优化准则,并通过钻进试验加以验证,得到钻头的最优参数:中心孔孔径1.2 mm,叶轮槽槽宽0.7 mm,叶轮长度4.5 mm,叶轮径向长度3.5 mm,倾角45°,混合腔腔长6 mm。并通过理论分析解释了不同参数对钻头钻进速度产生变化的原因,主要是通过影响直旋混合射流中直射流与旋转射流的通量,进而引起射流三维的变化。采用灰色关联分析法得出各参数结构对钻进位移的敏感性系数由高到低依次为:中心孔孔径、叶轮槽宽、叶轮径向长度、混合腔腔长、叶轮倾角、叶轮长度。室内钻进试验结果表明:优化后的射流钻头具有更高的钻进效率,在关联分析中对钻进效率影响最大的是直射流与旋转射流通量,且直旋通量比在0.54时,射流能量分配较合理。研究成果对径向钻井煤层气、天然气开采中钻头的设计与结构优化具有指导意义。 展开更多
关键词 直旋混合射流钻头 径向钻井 三维速度 灰色关联度 钻进试验
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自进式直旋混合喷嘴的钻进性能研究 被引量：5
9
作者 高军红 付必伟 董宗正 《石油机械》 北大核心 2022年第9期72-78,共7页
为增强水力径向钻井技术在水合物开采和储层改造作业中的应用效果,采用数值模拟方法对其核心元件自进式喷嘴的钻进性能展开研究,主要从喷嘴的推进性能和破岩效果2个方面对比分析了3种常用自进式喷嘴的钻进性能。分析结果表明:直旋混合... 为增强水力径向钻井技术在水合物开采和储层改造作业中的应用效果,采用数值模拟方法对其核心元件自进式喷嘴的钻进性能展开研究,主要从喷嘴的推进性能和破岩效果2个方面对比分析了3种常用自进式喷嘴的钻进性能。分析结果表明:直旋混合射流喷嘴射流核心长度是旋转射流喷嘴的1.18倍,可以消除旋转射流中心存在低速区的问题;切向速度和径向速度较大,具有较好的剪切破岩效果;直旋混合射流喷嘴的有效破岩面积明显大于直射流喷嘴,具有较大的钻孔孔径;存在最优的作业压力范围,可使直旋混合射流喷嘴的钻进性能最佳。研究表明直旋混合射流喷嘴兼具直射流和旋转射流的破岩优势,具有较好的钻进性能。研究结果可为海洋天然气水合物高效开采和储层改造作业提供参考。 展开更多
关键词 天然气水合物开采 水力径向钻井 直旋混合射流 喷嘴 数值模拟
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基于灰色关联度的超临界二氧化碳直旋射流参数敏感性 被引量：3
10
作者 张启龙 田守嶒 +2 位作者 陈立强 李进 刘海龙 《大庆石油地质与开发》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期63-72,共10页
超临界CO_(2)直旋射流综合了超临界CO_(2)流体破岩门限压力低、直射流能量汇聚能力强以及旋转射流受效面积大等优势,是高效开发非常规油气资源射孔作业的新方法。通过自主设计研发的超临界CO_(2)射流破岩系统和直旋混合射流喷嘴,基于灰... 超临界CO_(2)直旋射流综合了超临界CO_(2)流体破岩门限压力低、直射流能量汇聚能力强以及旋转射流受效面积大等优势,是高效开发非常规油气资源射孔作业的新方法。通过自主设计研发的超临界CO_(2)射流破岩系统和直旋混合射流喷嘴,基于灰色关联度的分析方法研究了射流参数和喷嘴结构参数对破岩效果的敏感性。结果表明:破岩深度的最优敏感性排序从高到低依次为射流压力、混合腔长度、叶轮中心孔直径、叶轮长度、喷射距离,随着射流压力逐渐增大破岩深度逐渐增大;随着混合腔长度的增大,破岩深度呈先增大后减小趋势;破岩孔径的最优敏感性排序从高到低依次为射流压力、叶轮中心孔直径、混合腔长度、叶轮长度、喷射距离,随着射流压力的增大,破岩直径的增大趋势逐渐减小,叶轮中心孔直径的增大会导致射流破岩直径的逐渐减小。研究结果应用到超临界CO_(2)直旋混合射流参数的设计中,满足了现场作业中对非常规天然气储层保护性开采的高要求,实现了科学、绿色开发非常规油气资源。 展开更多
关键词 灰色关联度法 岩石冲击 超临界CO_(2) 直旋混合射流 破岩效果
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