新型射流振荡减摩阻工具设计及内部流场特性数值模拟分析与实验验证
发布时间：2021-08-03 07:48
为了解决井下减摩阻工具结构复杂、易受地层环境影响的问题,设计了新型射流振荡减摩阻工具,并对该工具内部流场特性进行了数值模拟分析,结果表明:新型射流振荡减摩阻工具射流短节内部流体存在附壁与切换现象;随着入口流速的增加,射流短节振荡室内流体流动状态从无规则变为规则的旋流流动,当入口流速继续增大则转变为无规则流动状态;工具稳定工作后,分流中心点处压力呈现周期性变化。实验测试结果与数值模拟分析结果较为吻合,验证了射流振荡减摩阻工具结构设计的合理性和可靠性。本文研究结果可为射流振荡减摩阻工具结构优化设计提供参考。
【文章来源】：中国海上油气. 2020,32(01)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１０射流振荡减摩阻工具实验现场??Ｆｉｇ．?１０?Ｊｅｔ?ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ?ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｒｅｄｕｃｉｎｇ?ｔｏｏｌ?ｔｅｓｔ?ｓｉｔｅ??
?因此，为简化工具结构，提高３１具使用寿命，笔??者设计了一种射流振荡减摩阻工具，并结合该工具??的工＇作原理，迸行了射流短节内部流体流动特性研??究，通过ＣＦＩ＞Ｐ〇ｓｔ处理得到数值模拟结果，最后通??过实验测试，验怔了数值模拟结果时正确性研究??结果可为射流振荡减摩阻工具结构优化设计提供辖??助，也可为进一步展开射流振荡减摩阻：！；具相关理??论研究提供参考》??１新型射流振荡减摩阻工具结构设计??新型射流振荡减摩阻工具由减震器和射流振荡??器两部分组成．其具结构如图１所示，射流搌荡??器安装在减震器前端，在射流振荡器内部设置射流??短节由乎射流短节存在特Ｓ形状的射流腔当钻??弁液进人射流＿荡器后，逋过在射流腔内循环，按照??特定的循环路线完成循环后＊从流体出口流出，形成??钻井液工作压降。??－射流振荡器??射流短节??图１射流振荡减摩阻工具结构示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｊｅｔ?ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ?ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｒｅｄｕｃｉｎｇ?ｔｏｏｌ??当流体在射流短节内循环时，碁首先形成向上??的人射流？经过射流短节上部输人通道进人振荡室ｓ??产生顺时针渴流ｆ驾窝成依附壁面转换后，流体经过??下部输人通道进人振荡乘ｆ产生逆时针涡流，形成周??期性的附壁与切换，形成流体的康达效应。在工作??过程中？射流振荡器将产生周期性的脉冲压力波，并??传递到射流振荡器后端的减簏器上ｓ在脉冲压力的??作用下，？成震器内部串联的碟簧组出现周期性地压??缩与复位，使工具产生周期性的轴向振动，从而实现??减摩阻作用ｓ，相对现有常用的水力振荡器、射流工??具等减摩工具，本文
第３＿２卷第１顧?田：家林等：新慶射琉振翁滅奪Ｋ工具掾计‘及内部流场特性数値模规分析与实．．验验怔??１２７??表１中的愈要结构参数，建立射流短节内部流体??计算域结构模型，结构模型包括入水管流域、上下??控制端口流域、上下输入流道流域、上卞直线流道??流域、鸯曲流遺流域、振＿＿流據％出入ＣＴ流域??等、如图２所：示??表１射流短节主要结构参数??Ｔａｂｌｅ?１?Ｍａｉｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｊｅｔ?ｊｏｉｎｔ??参数?数值??射流短节长度／ｍｍ?５９０??射流短节外径／ｍｍ?１３８??射流短节入口直径／ｍｍ?５２??射流短节出口直径／ｍｍ?４０??射流短节振荡室直径／ｍｍ?１２７??射流短节流道深度／ｍｍ?１４??入水管流域??上直线流道流域??入口流域＼上控制端口流域＼上输入流道流域?出口流域??下控制端口流域?下输入流道流域??动力黏度，Ｎ＊ｓ／ｍ２?为平均压强，分别??表示平均脉动流速分量，ｍ／ｓ；馬为克罗内克张量??分量。??通过布西涅斯克假设，可以将雷诺应力与平均??速度梯度相关联起来，其雷诺应力模型为［１６］??—／—，??ｆ?／?ｄＵｉ??，３ｕｊ?＼??２?（??，．?３ｕｋ?＼??ｆＵｉ?Ｕｊ??—￥（，??＋?ｕｔ?－—?１??＜Ｊ?Ｘｋ．?／??（２）??ｆｉｘ，?＝?ｐＣ?—?（３）??式（２）、（３）中：ｐ为湍流黏度，Ｐａ＊ｓ?ｊ为湍流动能，??ｍ２／ｓ２；ｅ为湍流动能耗散率，ｍ２／ｓ３；Ｃ为经验常数，??取?Ｃ?＝?０．?０９。??在ＲＮＧ?ｈｅ模型中，湍动能々和湍流动能耗散??率ｅ分别由式（４）、（５）表示［１７］
【参考文献】：
期刊论文
[1]水平井新型自动流入控制器的研发与流体敏感性分析[J]. 李海涛,刘权,王楠,张楠,崔小江. 中国海上油气. 2019(01)
[2]连续管钻井双向振动减阻工具设计与试验研究[J]. 欧阳赛赛,葛云华,崔龙连,汪海阁. 石油机械. 2017(11)
[3]基于钻柱振动的井下提速技术研究现状及展望[J]. 刘永旺,管志川,张洪宁,马广军,张波. 中国海上油气. 2017(04)
[4]基于雷诺平均Navier-Stokes方程的表面传热系数计算[J]. 侯硕,曹义华. 航空动力学报. 2015(06)
[5]渤海浅部复杂地层大位移井钻井工艺研究与实践[J]. 范白涛,赵少伟,李凡,张春妍. 中国海上油气. 2013(03)
[6]连续管钻井减摩技术综述[J]. 陈朝伟,周英操,申瑞臣,赵庆. 石油钻探技术. 2010(01)
[7]现代钻井技术的发展与油气勘探开发的未来[J]. 胡书勇,张烈辉,寥清碧,敬兴胜,杜波,余华洁. 天然气工业. 2005(02)
本文编号：3319236
【文章来源】：中国海上油气. 2020,32(01)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１０射流振荡减摩阻工具实验现场??Ｆｉｇ．?１０?Ｊｅｔ?ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ?ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｒｅｄｕｃｉｎｇ?ｔｏｏｌ?ｔｅｓｔ?ｓｉｔｅ??
?因此，为简化工具结构，提高３１具使用寿命，笔??者设计了一种射流振荡减摩阻工具，并结合该工具??的工＇作原理，迸行了射流短节内部流体流动特性研??究，通过ＣＦＩ＞Ｐ〇ｓｔ处理得到数值模拟结果，最后通??过实验测试，验怔了数值模拟结果时正确性研究??结果可为射流振荡减摩阻工具结构优化设计提供辖??助，也可为进一步展开射流振荡减摩阻：！；具相关理??论研究提供参考》??１新型射流振荡减摩阻工具结构设计??新型射流振荡减摩阻工具由减震器和射流振荡??器两部分组成．其具结构如图１所示，射流搌荡??器安装在减震器前端，在射流振荡器内部设置射流??短节由乎射流短节存在特Ｓ形状的射流腔当钻??弁液进人射流＿荡器后，逋过在射流腔内循环，按照??特定的循环路线完成循环后＊从流体出口流出，形成??钻井液工作压降。??－射流振荡器??射流短节??图１射流振荡减摩阻工具结构示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｊｅｔ?ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ?ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｒｅｄｕｃｉｎｇ?ｔｏｏｌ??当流体在射流短节内循环时，碁首先形成向上??的人射流？经过射流短节上部输人通道进人振荡室ｓ??产生顺时针渴流ｆ驾窝成依附壁面转换后，流体经过??下部输人通道进人振荡乘ｆ产生逆时针涡流，形成周??期性的附壁与切换，形成流体的康达效应。在工作??过程中？射流振荡器将产生周期性的脉冲压力波，并??传递到射流振荡器后端的减簏器上ｓ在脉冲压力的??作用下，？成震器内部串联的碟簧组出现周期性地压??缩与复位，使工具产生周期性的轴向振动，从而实现??减摩阻作用ｓ，相对现有常用的水力振荡器、射流工??具等减摩工具，本文
第３＿２卷第１顧?田：家林等：新慶射琉振翁滅奪Ｋ工具掾计‘及内部流场特性数値模规分析与实．．验验怔??１２７??表１中的愈要结构参数，建立射流短节内部流体??计算域结构模型，结构模型包括入水管流域、上下??控制端口流域、上下输入流道流域、上卞直线流道??流域、鸯曲流遺流域、振＿＿流據％出入ＣＴ流域??等、如图２所：示??表１射流短节主要结构参数??Ｔａｂｌｅ?１?Ｍａｉｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｊｅｔ?ｊｏｉｎｔ??参数?数值??射流短节长度／ｍｍ?５９０??射流短节外径／ｍｍ?１３８??射流短节入口直径／ｍｍ?５２??射流短节出口直径／ｍｍ?４０??射流短节振荡室直径／ｍｍ?１２７??射流短节流道深度／ｍｍ?１４??入水管流域??上直线流道流域??入口流域＼上控制端口流域＼上输入流道流域?出口流域??下控制端口流域?下输入流道流域??动力黏度，Ｎ＊ｓ／ｍ２?为平均压强，分别??表示平均脉动流速分量，ｍ／ｓ；馬为克罗内克张量??分量。??通过布西涅斯克假设，可以将雷诺应力与平均??速度梯度相关联起来，其雷诺应力模型为［１６］??—／—，??ｆ?／?ｄＵｉ??，３ｕｊ?＼??２?（??，．?３ｕｋ?＼??ｆＵｉ?Ｕｊ??—￥（，??＋?ｕｔ?－—?１??＜Ｊ?Ｘｋ．?／??（２）??ｆｉｘ，?＝?ｐＣ?—?（３）??式（２）、（３）中：ｐ为湍流黏度，Ｐａ＊ｓ?ｊ为湍流动能，??ｍ２／ｓ２；ｅ为湍流动能耗散率，ｍ２／ｓ３；Ｃ为经验常数，??取?Ｃ?＝?０．?０９。??在ＲＮＧ?ｈｅ模型中，湍动能々和湍流动能耗散??率ｅ分别由式（４）、（５）表示［１７］
【参考文献】：
期刊论文
[1]水平井新型自动流入控制器的研发与流体敏感性分析[J]. 李海涛,刘权,王楠,张楠,崔小江. 中国海上油气. 2019(01)
[2]连续管钻井双向振动减阻工具设计与试验研究[J]. 欧阳赛赛,葛云华,崔龙连,汪海阁. 石油机械. 2017(11)
[3]基于钻柱振动的井下提速技术研究现状及展望[J]. 刘永旺,管志川,张洪宁,马广军,张波. 中国海上油气. 2017(04)
[4]基于雷诺平均Navier-Stokes方程的表面传热系数计算[J]. 侯硕,曹义华. 航空动力学报. 2015(06)
[5]渤海浅部复杂地层大位移井钻井工艺研究与实践[J]. 范白涛,赵少伟,李凡,张春妍. 中国海上油气. 2013(03)
[6]连续管钻井减摩技术综述[J]. 陈朝伟,周英操,申瑞臣,赵庆. 石油钻探技术. 2010(01)
[7]现代钻井技术的发展与油气勘探开发的未来[J]. 胡书勇,张烈辉,寥清碧,敬兴胜,杜波,余华洁. 天然气工业. 2005(02)
本文编号：3319236
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