井下震源发生器优化设计

发布时间：2021-07-15 17:14

　　针对随钻地震强度低、不利于井眼间防碰监测的问题,设计了一种蓄能式井下震源发生器。该发生器主要由活塞、弹簧、冲锤、铁砧和延时装置等组成,通过钻井液蓄能获得高效冲击功。为使其获得最佳输出性能,以冲锤为研究对象,建立了井下震源发生器冲锤流道模型,基于CFD动网格技术,利用CFD软件分析了弹簧刚度、冲锤质量、节流面积、出口直径和数量等设计参数及钻井液密度对井下震源发生器输出性能参数的影响规律,分析得知:节流面积、出口数量、出口直径和钻井液密度与井下震源发生器输出性能参数呈正相关关系;弹簧刚度越大,冲锤最大冲击功对应的位移越小;冲锤的质量越大则速度越小。基于单因素分析结果,以冲锤冲击功为优化目标,利用正交试验优选了设计参数组合方案。研究结果表明:各设计参数对井下震源发生器输出性能的影响不尽相同;出口直径和弹簧刚度对井下震源发生器输出性能的影响极为显著,节流面积、冲锤质量和出口数量对井下震源发生器输出性能的影响显著,而钻井液密度的影响不显著。根据研究结果筛选出了各设计参数水平的最优组合,研究结果还可以为井下震源发生器的设计提供依据。 

【文章来源】：石油钻探技术. 2020,48(05)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

井下震源发生器结构示意

根据井下震源发生器的工作原理，建立了冲锤流道的三维模型，如图2所示。为了缩短计算时间、提高计算结果精度，选用六面体网格对冲锤流道模型进行网格划分，并分析模拟结果与网格的相关性。将冲锤流道模型分别划分为27×104,32×104,36×104,40×104和53×104个网格，进行模拟计算，得到冲锤运动面最大速度与网格数量之间的关系，如图3所示。从图3可以看出，当网格数量大于36×104时，数值模拟结果便与网格数量无关，为了避免网格数量过多导致计算机超负荷运行，进行数值模拟时选择网格数量为40×104个。图3 不同网格数量下冲锤的最大速度

图2 冲锤流道模型基于CFD动网格技术，利用Fluent软件模拟冲锤运动过程，选择基于压力求解方式、瞬态计算、标准κ-ε湍流模型，流体选择不同密度钻井液，压力出口设为零，在动网格界面定义冲锤运动面和网格更新方式，采用C语言编制的UDF(user define function）指定运动面的运动形式，采用Coupled算法求解压力速度耦合方程。

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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本文编号：3286128