基于滑移网格技术的振荡器脉冲压力数值模拟

发布时间：2024-11-03 10:20

　　 针对现有水力振荡器的阀盘接触压力高、零件冲蚀及磨损严重、自身压耗偏大,且螺杆马达工作寿命短的问题,研制了一种采用涡轮马达作为动力系统的水力振荡器。该水力振荡器通过涡轮马达将钻井液的动能转化为机械能并驱动阀系产生周期性变化的脉冲压力,该脉冲压力作用在振荡短节使工具产生周期性高频轴向往复蠕动,改变钻柱与井壁间的摩擦状态,减小摩阻、提高机械钻速和钻压传递效率。采用理论计算及滑移网格技术进行CFD仿真的方式,重点研究了阀芯的运动规律及脉冲单元压降随阀芯转角的变化关系。结果表明:阀系开口的连通和关闭改变了流场结构,使得阀系脉冲压力发生周期性变化;采用滑移网格技术可真实地模拟阀系流场结构变化所导致的压力场和速度场的变化情况,提高了水力振荡器的研制效率,并为其优化设计提供了技术支持。滑移网格技术能够满足水力振荡器理论设计的要求,并可弥补试验研究的高成本、长周期等缺陷。

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【部分图文】：

涡轮式水力振荡器主要由振荡短节、动力短节及脉冲单元组成,如图1所示。其工作原理为:钻井液由上接头和台阶轴中心孔进入工具内部,并在动力短节中驱动涡轮转子高速旋转,转子带动涡轮轴旋转并将运动传递到与涡轮轴螺纹连接的阀芯。流出涡轮组的钻井液经过压力平衡组件固定套后到达轴阀系统,并分为两....

本文研制的水力振荡器的轴阀系统采用一种柱状旋转阀,且在工具内部设计有压力平衡组件,如图2所示。该组件主要由阀芯上端及压力平衡组件固定套组成,该固定套与阀芯上端形成压力平衡腔,通过涡轮轴下端中心长孔将旋转阀系统下游低压引入该平衡腔,可在压差作用下产生沿轴向向上的反作用力,从而有效抵....

脉冲单元由旋转阀系统组成,主要包括阀芯和阀座;阀座下端面设计有固定节流孔,阀芯与阀座同轴、柱面均有矩形开口且宽度相等。旋转阀系统的压力控制结构如图3所示。由阀系结构可知,进入阀系的钻井液将由阀座下端面固定节流孔和柱面过流孔经过。固定节流孔数量和直径分别为n和d,其面积为:

阀系柱面周向过流面积随着阀芯旋转而变化,根据阀芯的运动规律,可以得到阀系周向开口变化规律,如图4所示。图4中的空白部分为钻井液流道,1,2,……,7分别为不同阀芯转角α对应的开口情况。周向过流面积为:

本文编号：4011113