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气体保护射流特性及破岩实验研究

专 业: 油气井工程
关键词: 气体保护 射流特性 破岩效果 水力钻头
分类号: TE21
形 态: 共 73 页 约 47,815 个字 约 2.287 M内容
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内容摘要


气体保护水射流是上世纪70年代发展起来的一项技术,现在已经被广泛应用到建筑上高压旋喷注浆过程中,本文在对气体保护水射流充分调研的基础上,进行其数值模拟和破岩实验研究,将其应用到石油行业微小井眼水力钻头中。

数值模拟采用k-ε标准模型和Mixture多相流控制方程,结果表明保护气体能够减少射流摩阻和能量损失,显著提高射流的有效喷距;射流等速核长度随着保护气体速度的增加而增长,常压淹没条件下气体速度到180m\s时等速核长度基本达到稳定值,等速核的长度约为(13~14)D0,比常规淹没射流能够提高等速核长度1.5~1.7倍,围压下气体的保护能力稍有降低;常压和围压淹没条件下气体保护射流都具有自相似性。

破岩实验发现气体保护射流的破岩情况与非淹没射流的十分类似,破岩体积并不存在最优喷距,尤其在空化影响不明显时,比常规射流有更好的破岩效果。

通气压力和围压之间的压差控制在0.5MPa~1.0MPa之间比较合适。

设计了气体保护射流水力钻头,使用间隙密封和O型圈密封相结合的办法解决了水和气体双通道的旋转密封问题,通过在钻头内部加工的流道将保护气体引向每个喷嘴的周围,并对喷嘴、中心旋转轴以及轴承等进行了计算和设计..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 前言
1.1课题来源及研究意义
1.2国内外研究现状
1.2.1微小井眼钻井及水力破岩技术
1.2.2气体保护射流的研究概况
1.3本文的研究目标及研究内容
1.3.1研究目标
1.3.2研究内容
第二章 气体保护水射流的数值模拟
2.1 FLUNET软件简要介绍
2.2气体保护水射流的物理模型及网格划分
2.2.1物理模型
2.2.2网格划分
2.3流场计算数值模型
2.3.1 Mixture多相流模型
2.3.2标准k-ε湍流模型
2.3.3离散化方法
2.3.4边界条件
2.3.5残差设置和流场的初始化
2.4气体保护射流喷嘴出口附近流场结构
2.5气体保护射流轴向速度衰减规律
2.5.1气体保护射流轴心速度的衰减规律
2.5.2不同断面处气体保护射流轴向速度分布规律
2.6围压下气体保护射流喷嘴出口附近流场结构
2.7本章小结
第三章 常压淹没条件下气体保护射流破岩实验
3.1气体保护射流喷嘴结构参数的确定
3.1.1内喷嘴结构参数确定
3.1.2外喷嘴结构参数确定
3.2实验设备及岩样
3.3.实验方法和实验方案
3.3.1实验方法
3.3.2实验方案
3.4实验结果与分析
3.4.1喷距对射流破岩效果的影响
3.4.2通气压力对射流破岩效果的影响
3.4.3冲击时间对射流破岩效果的影响
3.4.4与常规非淹没射流破岩效果的对比实验
3.5掺气空化射流破岩效果实验研究
3.6本章小结
第四章 围压条件下气体保护射流破岩实验研究
4.1实验设备和岩样
4.1.1实验设备
4.1.2实验岩样
4.2实验方案
4.3实验参数
4.4实验结果及分析
4.4.1围压下喷距对气体保护射流破岩效果的影响规律
4.4.2围压下通气压力对气体保护射流破岩效果的影响规律
4.4.3围压对气体保护射流破岩效果的影响规律
4.5本章小结
第五章 气体保护射流破岩钻头的设计
5.1自旋转射流钻头基本理论
5.2气体保护射流钻头的设计原则
5.2.1旋转动密封
5.2.2喷嘴布置
5.2.3阻尼机构
5.2.4设计结果总结
5.3起始旋转扭矩
5.4强度校核
5.4.1中心轴的强度校核
5.4.2轴承的选型校验
5.4.3联接螺纹的强度校核
5.5本章小结
结论
参考文献

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中图分类: > TE21 > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 钻井工程 > 钻井理论

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