基于天然气藏增产改造关键设备喷嘴的优化设计与实验研究

【摘要】：随着对天然气井的不断开采,老井的生产率在不断的下降。如何通过对老井的改造,提高产气率是天然气开采工业面临的重要问题之一。目前主要采用的是聚能射孔弹技术进行老井的改造,但是在一些情况下该项技术难以取得较好的效果,研究发现水力喷砂射孔技术可以有效地弥补该项技术的不足。作为水力喷砂射孔技术的关键部件喷嘴,当结构受到限制时,工作性能难以达到最优或是不能满足要求,如何设计、优化结构受到限制的喷嘴是水力喷砂射孔技术存在的主要问题之一。 本文依托国家自然科学基金委创新群体基金项目“高压水射流破岩理论及其在地下工程中的应用基础研究(基金号:50621403)”,设计优化了总长度受到限制的水力喷砂射孔喷嘴的结构参数。根据喷嘴设计原理和方法,对喷嘴进行了初步的设计,并采用CFD数值模拟方法对结构进行了初步的优化分析;采用非接触式测速方法(3DPIV)测试喷嘴出口处的速度场,通过分析速度场对喷嘴结构进行进一步优化;通过实验室冲蚀砂岩的实验,测试不同结构喷嘴的冲蚀性能,最终确定喷嘴的优化结构参数。主要研究成果如下: 1.对喷嘴进行初步设计和优化。主要设计包括喷嘴材质和喷嘴内部结构,孔径d,圆锥段收敛角θ,孔径直线段长度h,外径D,喷嘴的总长度H,喷嘴内表面粗糙度;采用数值模拟的方法研究喷嘴进口收缩角度和出口圆柱段长度对射流速度场的影响,根据实验结果对喷嘴结构进行初步的优化分析。 2.根据初步设计和优化结果,加工不同结构的喷嘴,采用非接触式测速方法(3DPIV)测试喷嘴出口流场,在保持泵压为20MPa的条件下进行测试,测试结果表明:喷嘴出口射流速度随着喷嘴出口圆柱段长度和收缩角的增加先增加后减小;当喷嘴总长度固定为17mm时,进口收缩角30°、出口圆柱段长10mm的喷嘴,出口流场平均速度最大为106.29m/s,该喷嘴形成的射流冲蚀性能最强。 3.根据喷嘴的优化结果,加工不同结构的喷嘴,在相同的实验条件下,保持泵压为20MPa,保持磨料质量浓度为10%,冲蚀抗压强度为50MPa的致密砂岩,结果表明:进口收缩角度为30°,出口圆柱段长度为10mm的喷嘴,冲蚀效率最高,最终冲蚀深度最大为925mm,性能最好。 【关键词】：水射流 喷嘴 磨料 冲蚀
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TE937
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 引言8-9
• 1.2 水力喷砂射孔技术的研究现状9-10
• 1.3 水力喷砂射孔喷嘴研究现状10-13
• 1.4 论文研究思路和研究内容13-14
• 2 水力喷砂射孔喷嘴的设计研究14-35
• 2.1 水力喷砂射孔喷嘴设计原理15-16
• 2.2 水力喷砂射孔喷嘴的设计16-22
• 2.3 水力喷砂射孔喷嘴流场的数值模拟实验22-33
• 2.3.1 数值模拟实验数学模型的建立22-26
• 2.3.2 几何模型的建立与网格划分26-28
• 2.3.3 数值模拟计算及结果分析28-33
• 2.4 本章小结33-35
• 3 水力喷砂射孔喷嘴特性实验研究35-46
• 3.1 流量系数及流场特性测试实验原理35-36
• 3.2 喷嘴流量系数测试实验36-39
• 3.3 喷嘴出口流场特性测试实验39-45
• 3.4 本章小结45-46
• 4 水力喷砂射孔喷嘴冲蚀性能实验研究46-57
• 4.1 喷嘴冲蚀性能测试实验方案的设计46-48
• 4.2 砂岩力学性质的测试实验48-51
• 4.3 喷嘴最优靶距和冲蚀砂岩性能的测试实验51-56
• 4.4 本章小结56-57
• 5 结论与建议57-59
• 5.1 结论57
• 5.2 建议57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-63
• 附录63
• A.作者在攻读硕士学位期间发表论文63
• B.作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目情况63

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

高压水射流切割技术原理和应用前景    朱派龙,周锦进,范晓光,刘翠华

高压水射流冲击压力分布规律的研究    林府进;夏永军;周卫东;

超高压乳化喷嘴数值模拟结果的理论分析    李光霁;潘家祯;

高压磨料水射流切削    周志雄;李力钧;

超高压水射流切割技术及其应用    董庆华

大流量可调喷嘴设计与实验研究    党建军,罗凯,张宇文,杨杰

磨料喷射微细加工应用基础研究——喷嘴设计及加工试验    阎秋生 ,张自强,唐延辉

超高压磨料射流切割喷嘴装置研制及其应用    陈明,傅仕伟,侯健,韩育札,朱明武

不同收缩角对喷嘴性能影响的数值模拟    赵伟民;冯欣华;胡长胜;

超微气流粉碎喷嘴设计关键参数的研究    张林;

射流作用下岩石局部渗流压力分布的研究    龙芝辉,汪志明,王小秋,陈文亮

空泡在水射流中初生和溃灭的数值计算    李倩;卢义玉;李晓红;康勇;赵瑜;

低滞后刷式密封数值分析    王之栎;梁小峰;宋飞;黄其武;

水射流动力特性及破土机理    马飞;宋志辉;

水射流扩孔喷嘴内部流场的数值模拟    马飞;张文明;

水射流土层扩孔技术及影响因素    马飞;高国华;王萍辉;王涛;张淼;

高压水射流——切割复合材料的新技术    张运祺;

孔隙流体耦合效应对射流冲击应力分布的影响分析    廖华林;李根生;

船舶中央冷却系统水力管网动态模拟    贾志强;董葳;

脉冲水射流破岩的数值模拟与分析    白志华;曹林卫;

超高压水射流除锈机理试验研究    薛胜雄;浩军;毅斌;陈正文;永强;华清;于雷;

连续管钻井技术在国内非常规气开发中的应用    刘清友;瞿丹;黎伟;

非常规天然气超音速脱水工艺与设备发展研究    艾志久;魏学华;马海峰;胡文礼;

切入式旋转射流流场特点及破岩效果    杨永印;裴建忠;刘天科;路飞;艾文斌;李新辉;孙伟良;

CFD仿真技术在产品设计中的应用    王美利;张洪波;焦伟伟;黄玉平;

应用废弃油气井进行地热发电    卜宪标;马伟斌;龚宇烈;

先进的冷加工—高压水射流切割技术原理和应用前景—兼述水射流历史、现状、关键技术问题和研究势态    周锦进;朱派龙;范晓光;廖月明;刘翠华;

磨料水射流抛光工艺的试验研究    成建联;宋国英;李福援;

超声清洗的作用机理及其应用    邓京军;

前混合磨料水射流切割岩石的实验及机理研究    聂百胜;宫伟力;兰日昌;王晓娟;孟筠青;

基于超高压纯水射流的船壁除锈除漆关键技术与爬壁试验研究    王兴如

铝合金型材挤压的数值模拟及模具结构优化研究    潘健怡

进口预旋条件下涡扇发动机波瓣射流掺混机理的实验研究    雷志军

气体钻井环空流场分析及岩屑对管柱的冲蚀特性研究    姚建林

海洋顺应式结构的非线性动力响应分析    沈纪苹

渣浆泵固液两相三维湍流及冲蚀磨损特性研究    吴波

集矿机牵引性能若干影响因素研究    吴鸿云

MOCVD设备工艺优化理论与低温InP/Si晶片键合机理的研究    钟树泉

综采工作面人机环境系统安全研究    翟国栋

基于非达西渗流的饱和黏土一维固结试验与理论研究    孙丽云

前混合水射流喷丸强化数值模拟与试验研究    吕国庆

义安矿水力冲孔卸压增透消突技术研究    李波

淮南矿区典型煤层水力冲孔技术参数研究及消突效果考察    赵文武

糙率变化对圣维南方程组数值解的影响    蒋晶晶

交汇式溢洪道模型试验研究和数值模拟    姜英芳

多级除尘器气动性能分析    李铁军

高压水射流深穿透水平射孔技术研究    孙龙勇

基于有限体积法的液滴撞击固体平壁数值模拟    王宗鹏

浅水流动及其挟沙状态下的数值模拟    郭颂歌

LED彩色打印机内部温度场的数值计算    崔广云

微乳液体系作为药物载体的研究进展    刘杰,刘少杰,吕峰峰,李干佐,郑利强

青藏高原冻土带天然气水合物的形成条件与分布预测    陈多福,王茂春,夏斌

海底天然气水合物层界面反射AVO数值模拟    阮爱国;李家彪;初凤友;李湘云;

水力喷砂破岩技术应用于油井扩孔的试验研究    邰英楼,张永利,章梦涛,杨琳,朱福宝

水射流切割理论研究进展    张永利,张彦路,李成全

超微粉制备技术及其进展    杜仕国

应用CFD消除气流脉动    苏永升;王恒杰;曹利军;

海洋天然气水合物的地震识别方法研究    马在田,耿建华,董良国,宋海斌

冲绳海槽天然气水合物稳定带特征及资源量评价    唐勇,方银霞,高金耀,李军

超高压水射流切割技术及其应用前景    汤燮铭

水喷嘴壁厚对水气两相射流的影响分析    张彬;甘行平;黄建喜;宋志彬;

井底射流的能量计算及分析    龙之辉;

某型喷嘴流量特性的数值模拟    徐初力;唐传忠;

不同收缩角对喷嘴性能影响的数值模拟    赵伟民;冯欣华;胡长胜;

RESS法制备微细颗粒的喷嘴流动模型    刘燕;王威强;曲延鹏;靳勇;邢晓伟;

过滤系统脉冲反吹喷嘴优化设计    李海霞;铁占续;高丙光;刘志超;

高速电弧喷涂雾化过程的数值模拟    陈永雄;梁秀兵;刘燕;白金元;徐滨士;

可调式喷射器流场数值分析    张琨;刘佳;沈胜强;

喷雾除尘雾化喷嘴流场仿真与分析    戚厚保;赵继云;徐展;张德生;王振兴;

Optimix~(TM)原料喷嘴在3.5Mt·a~(-1)重油催化裂化装置的应用    于兆臣;熊新军;赵振盛;

超临界流体制备超细颗粒的流动过程数值模拟    刘永兵;易健民;赵媛媛;

蒸汽蓄热器充热喷嘴型式探讨    董茂林;刘旭;

围压下喷嘴空化起始能力的实验研究    易灿;李根生;张定国;

压缩/喷射混合制冷循环喷射器喷嘴设计方法探讨    刘敬辉;陈江平;陈芝久;

喷嘴对高压射流的影响    林风;洪国军;王健;

催化裂化提升管进料段内油剂两相流动混合的优化及工业应用    范怡平;杨志义;许栋五;卢春喜;时铭显;徐春明;

高参数汽轮机调节级喷嘴防治颗粒冲蚀技术及其优化机制    王顺森;毛靖儒;丰镇平;

Si_3N_4/TiC纳米陶瓷水煤浆喷嘴的制备及其损坏机理研究    丁泽良;曾晓红;邹永生;周书助;

矢量控制技术在优化CS型FCC进料喷嘴中的应用    范怡平;陈维;许栋五;

喷嘴对能量回收用冲击式膨胀机性能的影响    马静;赵远扬;李连生;束鹏程;

如何让墨滴更圆、更精确？    罗峻

铁水预处理和纯镁粒喷吹脱硫技术    冯朝荣

水力喷砂压裂首获成功    通讯员 许忠 谢银娣 张坚平 李丽红

首次实施水力喷砂深穿透射孔    记者 石军　通讯员 李文汉

华北地区首次水力喷砂射孔压裂施工成功    通讯员 魏树娟　张凤英

演练：为了实战    撰文 冷春放　周泽山 薛梅 闵晓娣

玉门油田破解储层改造难题    记者 石军　通讯员 玉龙

“三步”管理觅效    苏婵娟

卫22—侧11井成功应用水力喷射压裂技术卫    李英　文敏安

经受“烤”验 炼就真金    实习记者 薛梅

水煤浆喷嘴的实验与数值模拟研究    杜聪

喷气纺纱喷嘴内三维旋转气流场及柔性纤维运动的研究    郭会芬

可调式喷射器性能分析与过程研究    张琨

新型B_4C基复合陶瓷喷嘴研究开发及其冲蚀机理研究    孙军龙

梯度陶瓷喷嘴的设计理论及其应用研究    刘莉莉

流化床气流粉碎分级技术的研究与应用    陈海焱

旋转水射流喷嘴内部流动及冲击压强特性研究    胡鹤鸣

Hartmann共振管及超音速气体雾化喷嘴流场数值模拟    李博

直通式旋流细水雾喷嘴雾化理论分析及灭火实验研究    刘志超

气液旋转涡轮分离器的研究    王天祥

七氟丙烷灭火系统优化设计及喷嘴数值模拟研究    高广振

双机架平整机组喷淋流场数值模拟与分析    肖晓琳

基于天然气藏增产改造关键设备喷嘴的优化设计与实验研究    赵艳萍

聚丙烯发泡板材表面喷涂机理研究    颜继忠

粒子冲击钻井钻头喷嘴实验研究    许鲁楠

旋切式喷嘴的雾化机理及其工业应用研究    祝爱娟

内燃机润滑油喷嘴的设计与加工技术研究    席洪艳

水煤浆气化喷嘴冷态模化试验研究与新型喷嘴开发研究    胡莹超

离心式喷嘴流场特性的实验和模拟研究    刘丽娜

水煤浆气化喷嘴加压雾化实验研究与数值模拟    李波