消泡压力对消泡率的影响及基于数值模拟的消泡器结构优化设计

在泡沫钻进过程中,现有的消泡器往往不能很好地达到消泡的目的。笔者建立了消泡器室内试验台,进行了消泡压力对消泡器消泡能力的影响试验,通过测试不同压力与不同泵转速确定了消泡压力与消泡率的关系,同时借助FLUENT软件对消泡器的扩散管和消泡管内部的压力分布,进行了数值模拟与分析。根据分析结果对消泡器进行了优化设计,将消泡管的长度从15cm增加至65cm。对改进后的消泡器进行室内试验,其消泡率达到80%左右。     

贮能管消泡实验与数值模拟

为了研究贮能管对消泡器消泡能力的影响,进行了消泡器消泡能力室内试验.通过试验可知,贮能管的长度对泡沫的消泡率有很大影响.试验证明,随着贮能管长度变短,泡沫稳定性增大,消泡率提高.对不同长度(1 m、2 m、8 m)贮能管的消泡率进行测试,结果是当贮能管长度为1 m、直径为20 cm时,其消泡率最高,达到73%左右.另外消泡率与气液比有关,当气液比α= 100～200时,消泡率较高.同时借助FLUENT软件对该管中泡沫流动速度与泡沫压力变化进行了数值模拟分析.结果表明:泡沫流动速度与贮能管的长度及直径无关,而泡沫压力随着贮能管的长度变小而更加稳定,这有利于提高消泡效果.模拟结果与实验结果相符.     

近年来缝隙式消泡器研究进展

介绍近年来缝隙式消泡器的研究进展,针对影响消泡器消泡能力的影响因素做出了大量的室内实验确定了垫片厚度0.6mm是最合理的,同时确定了消泡压力与泡沫量的关系并且利用了FLUENT软件中的VOF模型对泡沫在消泡器中流动时压力变化进行了数值模拟,模拟结果与实验结果是相符的,最后改善了该消泡器的设计使消泡率达到80%左右。     

泡沫钻进流体循环用消泡器设计与数值模拟分析

高效、经济、环保的消泡技术是泡沫钻进流体循环利用的基础。根据气体引射器原理,设计了一种新型旋内喷式机械消泡装置,以压缩空气为动力介质,联合真空负压、冲击剪切、充气饱和及减速增压扩散4种作用方式快速消泡,实现泡沫流体的循环利用。利用计算流体动力学软件FLUENT对消泡器内部速度和压力流场进行了数值模拟分析,结果表明：旋内喷式消泡器内部产生两个相邻重叠的真空负压区域,能够对外界流体产生巨大的抽吸力,抽吸量是入口压缩空气质量流的1.6倍左右;当入口压缩空气的质量流为0.1 kg/s时,消泡器中心最大负压值达到了21 kPa;在交汇式喷射孔的多股射流交汇碰撞点附近,由于速度的提升,形成了一个更大的负压区域,对消泡产生积极作用。     

基于泡沫钻进中消泡装置的试验研究

泡沫钻进过程中,会产生很多泡沫,如不及时清除,会造成施工现场泡沫的大量堆积,影响正常的生产。因此,选择合适的消泡方法在泡沫钻进过程中是非常重要的环节。选用机械消泡法中的缝隙式消泡器,建立消泡装置室内试验台进行试验,取得了良好的效果,消泡率可达86%。     

旋流式消泡器

在进行泡沫钻进时,为了提高对泡沫流体的消泡效果和排除气体而研制了一种旋流式消泡器(如图所示)。其消泡过程是,由孔内返出的泡沫流体经消泡器上部的沿流体切线方向的管(2)送入消泡器,当其旋转时,分离出较重的岩屑和水,岩屑和水在外壳     

DX型消泡剂的研制

泡沫钻进中，聚集在孔口的废泡沫严重污染了周围环境，影响工人操作。为此研制了属有机硅类型的DX型消泡沫剂。采用该消泡剂可对废泡沫进行迅速、简便、无新污染的消泡处理。还介绍了消泡剂的种类、选择原则及现场试验。     

可循环微泡沫及其应用

与普通泡沫相比,微泡沫的特殊结构使其具有优良的流动性能。微泡沫钻探具有普通泡沫钻探技术的优良特性:低密度、携岩能力强、节水、机械钻速高、保护岩心等。同时,微泡沫克服了普通泡沫的缺陷:需要空压机、发泡器和高压管线等设备和不能循环造成的浪费和环境污染,微泡沫钻井液可在现场利用常规搅拌设备配制和泥浆泵循环使用。可循环微泡沫钻井液将在深部找矿中发挥重要作用。介绍了微泡钻井液特性,并结合现场实践讨论了可循环微泡钻探技术在岩心钻探和油气勘探中的多重功效。     

泡沫压裂液添加剂对煤层甲烷扩散影响的分子模拟

利用分子模拟软件Materials Studio（MS）建立了一定温度、压力条件下,考虑含水煤层、泡沫压裂液起泡剂、稳泡剂相互作用的狭缝孔分子模拟模型。基于分子扩散理论计算并评价了分别在常见的4种起泡剂以及4种稳泡剂影响下的甲烷分子扩散能力大小。结果表明,与原始含水煤层相比,加入起泡剂十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和甜菜碱后,甲烷自扩散系数分别降低了71.3%、74.7%、56.3%和54.0%。相比于仅加入起泡剂（十二烷基苯磺酸钠）的情况下,加入稳泡剂聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇和羧甲基纤维素后,甲烷自扩散系数分别降低了63.2%、57.9%、55.3%和71.1%。据此可知,起泡剂是降低含水煤层中甲烷扩散能力的主要因素,而稳泡剂的使用会进一步降低甲烷扩散能力。在起泡剂和稳泡剂的共同影响下,甲烷自扩散系数降低超过了80%,这对煤层气产出极为不利。建议在保证泡沫压裂液泡沫性能前提下,通过优化起泡剂分子结构、减少用量以减小起泡剂和稳泡剂对甲烷扩散的影响,并尽量避免使用大分子稳泡剂。      

苏鲁造山带白垩系青山群流纹岩石泡构造的矿物学与地球化学特征：对石泡流纹岩成因的指示意义

石泡构造是酸性火山岩中的一种特殊原生构造,常见于流纹岩中。石泡构造成因的研究对认识流纹质岩浆性质和喷发环境都具有重要意义。然而,关于形成石泡构造的岩浆性质、形成机理及其影响因素的研究仍比较薄弱。本文以苏鲁造山带白垩系青山群流纹岩石泡构造为研究对象,通过矿物学、岩石学、地球化学等方法,对石泡构造的发育规律、石泡和石泡间胶结熔浆的矿物组成、元素变化进行了系统研究。结果表明,石泡构造流纹岩主要发育于溢流相上部亚相,石泡可划分为实心型和空心型两类。地球化学特征显示石泡流纹岩与流纹构造流纹岩属同源岩浆,石泡流纹岩经历了更高程度的分异作用。石泡构造流纹岩胶结熔浆中水含量高于下部流纹构造流纹岩的玻璃质,导致溢流相上部亚相挥发分逸出趋势相对明显,受限于富硅岩浆的高黏度,挥发分未能顺利逸出,在逸出点猝冷形成石泡壁,受瞬时应力作用和过冷程度影响,形成形态多样的空腔。随着结晶温度下降,空腔内部残余岩浆依次冷凝结晶形成玉髓或石英。石泡构造的形成意味着岩浆作用过程或者喷发环境水的加入,对于研究酸性岩浆的演化和火山喷发机制具有重要意义。     

双作用水泵泡沫增压装置应用及前景分析

双作用水泵泡沫增压装置是利用双缸双作用水泵的高压能力将低压空气和泡沫液二次增压至水泵的额定压力,并混合产生泡沫.采用BWZ-1200双作用水泵泡沫增压装置在北京地区深度为1 000 m以下的地热井钻探中,成功地克服了地热井钻进中井内漏失和洗井的难题;在极度缺水的宁夏南部地区水井钻探中,采用BWZ-1100双作用水泵泡沫增压装置解决了水井孔内严重漏失和施工用水的难题.该装置可代替价格昂贵的高压空压机实现气举反循环钻探,应用于深地热井、深水井和油气井钻探.     

泡沫水泵增压装置实验台的研究

为了进一步改进BWZ系列泡沫水泵增压装置的结构和提高其使用水平，组建了泡沫水泵增压装置实验台，对其增压性能和容积效率进行实验研究。     

煤田泡沫绳钻应用与问题探讨

采用国产设备及自行设计配套的灌排系统首次在国内进行了金刚石泡沫绳钻试验,达到了217.74m的最大应用孔深;分析了试验中获得的钻进时效、纯钻进时间率两项主要效果指标;探讨了影响压降的几个关系问题;基本明确了煤田泡沫金刚石绳钻风量、气压等关键参数的变化规律和泡沫稳定运行的重要性。      

泡沫固井水泥浆密度与环空液柱压力变化规律研究

超低密度泡沫水泥浆是解决低漏失压力井固井漏失,提高固井质量的有效措施。除泡沫水泥浆体系的开发与性能优化外,掌握泡沫水泥浆在环空内产生的静液柱压力随井深的变化规律,是成功实施该工艺技术的前提。借助实际气体状态方程,考虑温度、压力变化对充入氮气的影响,建立了静液柱压力和水泥浆密度与井深之间的数学模型,以迭代法编程求解该隐函数方程,并借助VB语言实现程序运算。分析了含气量变化、井深等因素对泡沫水泥浆密度及静液柱压力的影响规律,并提出了泡沫水泥浆“防漏”与“压稳”固井浆柱结构设计思路,为该工艺平衡压力固井设计提供了一定的参考和理论依据。该设计方法经现场应用,证实其运算结果的可靠性。     

泡沫增压技术在煤矿瓦斯抽放长钻孔施工中的应用前景

为了解决在煤矿瓦斯抽放长钻孔施工中由于冲洗介质对孔壁的冲刷作用而出现塌孔、埋钻等难题,采用泡沫增压技术通过提供高压泡沫流压力来解决。论述了应用泡沫增压技术解决煤矿瓦斯抽放长钻孔施工问题的可行性和经济性。     

基于非静压模型的波浪破碎模拟

波浪破碎是海岸工程所关注的关键水动力学问题之一,而波浪破碎的数值模拟技术的研究方兴未艾。高效的浅水方程基于静压假定,而通过引入动压项建立的完全非静压模型,可成功应用于色散水波的模拟。自由表面的捕捉采用的垂向坐标变换技术,较之VOF（Volume of Fluid）模型,计算效率较高。但垂向坐标变换不能模拟大曲率自由表面变形,即波浪破碎过程。对于破碎波的模拟,一种高效的模式分裂法应用至非静压模型,即在波浪破碎局部水域将模型分裂为静压模型和非静压模型,破碎波波峰附近退化至静压模型,并持续至波浪破碎结束再恢复为动压模型。通过典型算例,验证了模式分裂法的适用性及对于波浪破碎过程的模拟精度,鉴于模式分裂法对于波浪破碎过程的模拟未引入新的概化模型,计算效率较高,可应用于大尺度的海岸带波浪的变形、破碎及越浪的数值模拟。     

泡沫泥浆钻进工艺及护壁堵漏机理研究

介绍了所研制的ＤＦ－１型泡沫剂组分及性能；对泡沫泥浆钻进的配方进行了研究，得出的最优配方应用于现场，取得了较好的效果，并对泡沫泥浆的护壁机理进行了研究。     

泡沫钻进中的腐蚀现象与泡沫发生器

泡沫钻进中有两个问题有待解决。第一是泡沫对钢铁具有明显的腐蚀作用。由于泡沫中有水和大量空气,而空气中含有氧。钢铁的腐蚀主要是水与氧的作用。在氧化锈蚀过程中发泡剂也起着重要作用。为此提出了防腐措施。第二是泡沫的发生。稳定泡沫的产生必须具备两个条件:物质条件和机械条件。没有发泡剂的加入不会产生稳定的泡沫。没有强有力的机械作用,气体进入不了液膜,也不会发泡。相应的措施是设专门的泡沫发生器。