圍壓下自激振蕩射流空化初生能力和沖蝕特性研究.pdf

1、空化射流技術(shù)是一項(xiàng)世界上新興的高新節(jié)能技術(shù)，利用空泡破裂產(chǎn)生強(qiáng)大的破壞作用和振動噪聲沖擊波可以大幅提高清洗、切割、鉆探和油井采收的效率。本文運(yùn)用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究手段，研究了圍壓條件下自激振蕩空化噴嘴的空化初生能力、自激振蕩空化射流噪聲特性、沖蝕特性及改善油層特性等，并就自激振蕩空化射流提高鉆井速度和提高原油采收率方面進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)及分析總結(jié)。 在前人研究的基礎(chǔ)上，依據(jù)流體力學(xué)瞬態(tài)流和水聲學(xué)原理設(shè)計(jì)了自激振蕩空化噴嘴，

2、理論分析發(fā)現(xiàn)自激振蕩噴嘴在聲壓的影響下，比普通噴嘴射流更能增加渦環(huán)間距、減小空泡半徑，從而增大了自激振蕩空化射流的初生空化數(shù)。實(shí)驗(yàn)研究了圍壓條件下自激振蕩空化噴嘴的空化初生能力和噪聲特性，結(jié)果表明，在更高的圍壓條件下，自激振蕩空化噴嘴比普通錐形噴嘴有更大的初生空化數(shù)，自激振蕩空化噴嘴初生空化數(shù)都在1.0以上，最高達(dá)到1.67，而錐形噴嘴最高僅為0.54，圍壓對自激振蕩空化射流噪聲聲壓具有明顯的抑制作用。 對空泡在固壁附近潰滅給固

3、壁造成的空蝕現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明空泡中心到壁面的距離不僅對空泡潰滅的形狀產(chǎn)生影響，而且對空泡體積、潰滅時間、潰滅壓力和微射流速度具有顯著影響，空泡潰滅產(chǎn)生的高壓脈沖是空蝕的主要原因；隨著圍壓的增大，空泡潰滅產(chǎn)生的最大壓力及微射流速度也顯著增大。 利用高壓釜裝置系統(tǒng)研究了圍壓條件下自激振蕩空化噴嘴沖蝕特性，結(jié)果表明，射流壓力與沖蝕質(zhì)量基本成正比。當(dāng)圍壓值為2MPa，沖蝕效果最佳，較高圍壓條件下，破碎效率隨著圍壓的增加基本呈

4、指數(shù)下降。最佳噴距為噴嘴出口直徑的3～7倍，自激振蕩空化噴嘴沖蝕質(zhì)量約為同等條件下錐形噴嘴射流的1～2倍。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過對基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的射流參數(shù)與沖蝕體積關(guān)系研究，建立起射流參數(shù)與沖蝕體積之間的映射模型，其預(yù)報精度達(dá)到95％以上，該模型的建立為圍壓下射流沖蝕效率研究提供了一個有效的工具。 利用高壓釜裝置對圍壓條件下自激振蕩空化射流提高污染巖芯滲透率進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，對中低和高滲巖芯，空化射流作用深度均超過250mm，滲

5、透率提高幅度隨射流壓力增大而增加，隨噴距增大而減小。當(dāng)圍壓值為2MPa，滲透率提高幅度達(dá)到最大值。同時，在相同條件下，自激振蕩空化噴嘴作用下滲透率提高幅度為錐形噴嘴2倍以上。 現(xiàn)場試驗(yàn)和應(yīng)用表明，在相同地層、相同鉆井設(shè)備、相同鉆井施工水平條件下，自激振蕩噴嘴鉆頭同其它類型噴嘴鉆頭相比，平均單只鉆頭進(jìn)尺提高28.2％，機(jī)械鉆速提高22.8％；同時，自激振蕩空化射流在油井封堵預(yù)處理、油井解堵、注水井增產(chǎn)增注方面，現(xiàn)場試驗(yàn)作用效果明顯