脉冲射流井下水力能量自增装置研究

作     者：张继川 

作者单位：西南石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林元华;朱红钧

授予年度：2012年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 082001[工学-油气井工程] 08[工学] 

主      题：脉冲射流 水力自增 设计 空化 数值模拟分析 

摘      要：在目前的钻井条件下,改善井下水力能量、提高机械钻速的方式主要有以下两种：①向井下输送更多水力能量,②高效利用井下水力能量。由于硬件设施及成本方面的限制,向井底输送更多水力能量的方式在短期看来可行性不高。因此,研究如何高效的利用井下水力能量对于提高机械钻速具有重要的意义。本文深入调研了国内外研究现状,对现有的井下水力能量高效利用方法进行了归纳和分析,在此基础上,确定了井下装置提高机械钻速的机理。通过分析发现,在目前的技术条件下,较为实用的高效利用井下水力能量的方法有两种,分别是脉冲射流和井下水力能量自增。本文据此设计了脉冲井下水力自增装置。为了验证脉冲井下水力自增装置的可行性,本文使用了计算流体动力学分析软件ANSYS FLUENT 13.0,利用其动网格功能对脉冲井下水力自增装置内部腔室的运动流场进行了详细的数值模拟与分析。数值模拟结果显示,脉冲井下水力自增装置能够有效地将环空中的钻井液吸入装置内,并达到在装置出口处形成脉冲波动的效果,验证了该装置的可行性。通过改变吸入阀直径、活塞行程、主流道入口速度、主流道直径等主要参数,探讨了这些参数对脉冲井下水力自增装置效果影响。得出了如下结论：①吸入阀直径的变化对出口流量波动幅值的影响很小;②主流道直径和主流道入口速度的变化只影响脉冲效应的强度而不影响流量波动幅值;③活塞装置作用体积变化对于出口流量波动幅值以及脉冲效应强度起决定性影响。数值模拟分析的结果,验证了脉冲井下水力自增装置作用机理的正确性,脉冲井下水力自增装置作为一种新的有效的井下脉冲发生装置,能够达到产生脉冲射流、增加井下水力能量的目的。