新型喷嘴结构蒸汽喷射器性能的三维数值研究

运用计算流体力学(CFD)三维数值模拟方法比较了普通喷嘴结构和新型整流喷嘴结构对蒸汽喷射器操作性能的影响,并通过改变整流管长度和整流喷嘴出口位置,看其对喷射系数的影响。结果表明,在同等操作条件下,新型整流喷嘴结构能显著的提高蒸汽喷射器的喷射系数。并有一最佳整流管长度,在此长度下喷射系数可达最大。这种新型整流喷嘴结构可以有效地改善因工作流体的负荷降低而造成的喷射器操作性能降低,提高了设备运行的稳定性,节省了工作蒸气耗量。     

喷射器的操作特性

给出了通过试验而设计的喷射器尺寸,分析了气体在喷射器内的流动规律,从而观察喷射器的操作特性。探讨了喷射系数与工作流体起始压力的关系;通过在不同引射流体起始压力和真空度时,喷射系数与工作流体起始压力的关系,喷射系数与背压的关系,了解喷射器的操作特性,并根据生产工艺要求,决定该喷射器的最佳操作点或改变喷射器的设计,以便更好地适应生产工艺的需要。     

双射流喷嘴射流空化噪声小波分析初探

开展喷嘴空化性能研究，对增大射流作用效果，提高其工业应用效能具有非常重要的意义。试验研究了双射流喷嘴在不同围压下的空化性能，并应用小波分析方法研究了围压条件下双射流喷嘴空化射流噪声声压级特性和规律。结果表明：双射流喷嘴比普通锥形嘴具有更强的空化初生能力，在较高围压下仍有空化现象；围压小于5MPa时双射流喷嘴空化性能受围压影响很小，且不同射流压力下的空化性能相差不明显；在试验条件下，双射流喷嘴射流噪声声压级统计均值在186dB以上时，有明显的空化现象。     

水力喷射压裂关键机理探讨

为了更深入地了解水力喷射压裂技术的部分机理,通过模拟水力喷射射孔孔内的压力分布并分析其规律,进行了现场工况条件下喷嘴压降对孔内压力的定量分析和不同喷嘴直径条件下喷嘴压降与排量关系的计算,结论为:射流速度的衰减将动能转化为静压能,致使孔内压力升高;增加射流喷射压力有助于获得较大的孔内增压;喷嘴要产生较大的压降,需要较大的作业排量.     

超临界水射流焦汤系数计算与节流过程降温效果分析

高温流体通过喷嘴是节流流动的过程，会引起流体内部温度的变化，将影响高温射流冲击力与热裂解效应等。应用超临界水物性方程与焦汤系数的定义公式，推导出了射流通过喷嘴过程的焦耳汤姆逊系数的求解公式，并编制程序迭代求解，得到不同参数条件下焦耳汤姆逊系数分布特性与变化规律，并采用焦汤系数计算公式，计算得到不同参数下过喷嘴节流过程中降低温度值的变化规律。结果表明，在25~65 MPa和650~1 000 K的条件下，焦耳汤姆逊系数为正，随着反应腔内温度的增加，焦耳汤姆逊系数先增大后减小，在文中条件下的最大值为4.92；而随着反应腔内压力的增加，焦耳汤姆逊系数降低，在65 MPa，650 K条件下取得最小值0.22。焦汤效应的最大值均出现在过热蒸汽区，且随着温度的增加，最大值偏离分界线。在射流喷射过程中，温度压力降低值不可忽略，文中条件下最大可达73.5 K，应当合理设置反应腔内温度压力值，降低高温射流通过喷嘴过程的温度损失。     

水力喷射分段压裂密封机理

采用室内试验,结合计算流体力学方法,系统研究了水力喷射分段压裂过程中的密封机理,确定了影响射流密封性能的3个因素,即射流压力、喷嘴直径和套管孔眼直径,并获得了影响规律及计算模型。研究结果表明：高速射流周围存在低压区域,促使环空注入的高压液体流入喷射位置,然后在射流黏滞作用下被带入裂缝中,依靠射流实现密封;密封压力随射流压力和喷嘴直径增大而增加;套管孔眼能够防止孔道的高压液体影响密封压力,辅助高速射流,进一步增强其密封性能;水力喷射分段压裂技术应用于裸眼井时,射流密封性能有限。     

常压下淹没自激空化喷嘴的试验研究

本文概述了自激空化射流的原理和自激喷嘴的设计方法;并在常压下进行了淹没自激空化水射流冲蚀人造岩芯的试验研究。重点研究了风琴管喷嘴的腔室底部形状、出口喉部厚度和出口扩散角对射流冲蚀性能的影响,得出了有规律性的结果。同时在不同泵压、不同喷距的条件下对所设计的喷嘴射流轴心压力脉动作了测量。结果表明,风琴管喷嘴的射流压力脉动大于锥形喷嘴的射流压力脉动,且压力脉动的规律和破岩规律有密切的关系。     

水力喷射孔内射流增压规律数值模拟研究

水力喷射压裂过程中,高压射流会使水力射孔孔道内压力高于环空压力,形成孔内射流增压.孔内射流增压值是进行地面泵压预测和套管压力控制的基础.由于受到实验条件的限制,地面很难获得实际工况下的孔内射流增压值,因此,文章采用计算流体力学(CFD)方法,建立了二维水力喷射流场物理模型,模拟得到了实际 工况下水力喷射孔内射流增压值以及喷嘴压降、环空围压和入口面积比对孔内射流增压的影响规律.结果表明,在实际施工参数条件下,孔内射流增压值可达10.7～12.5 MPa;喷嘴压降和入口面积比是影响孔内射流增压的两个主要因素,而环空围压对孔内射流增压没有影响.     

水平井水力喷射多级压裂工具研制与应用

为了提高水平井水力喷射多级压裂工具的可靠性和耐用性,增加单井喷射压裂级数,研制了多级压裂喷射器及配套工具。水平井水力喷射多级压裂管柱主要由安全接头、内滑套喷射器、无滑套喷射器及单流阀总成等组成。喷嘴采用整体式喷嘴,材质为钨钴硬质合金,内壁有1层耐磨陶瓷合金强化层,可增大过砂量、加大压裂规模;内滑套进行渗氮处理,提高了内表面的耐冲蚀性能。现场应用结果表明,喷射压裂工具的使用性能可靠,喷嘴的扩径很小,且耐磨性能良好,得到了用户的认可。     

超高压射流钻头破岩实验研究

超高压水射流技术在石油工程中的应用越来越广泛,目前超高压射流联合机械破岩是提高钻井速度最具潜力和最具可行性的方法。通过室内实验和现场试验研究了淹没条件下超高压水射流破碎岩石的主要规律,探寻影响破岩效果的主要因素及其规律,为超高压射流联合机械破岩及超高压PDC钻头的进一步研究奠定了基础。研究发现,影响超高压射流破岩的主要因素有压力、喷距、喷嘴移动速度和喷射角度等,射流压力越高破岩效果越好,最优喷距随着压力的升高而增大,200 MPa时最优喷距达到32.5倍喷嘴直径。实验条件下,150 MPa时破岩效率最高,喷射角为14°破岩效果最好。根据实验结果,对钻头切削齿和喷嘴布置进行了优化,设计制造了专用设备和工具,现场试验取得了较好的效果,可进一步推广应用。     

射流式水力降压钻井机理与参数研究

窄密度窗口是钻井工程设计中的一个难点。为解决这一问题，提出了一种射流式水力降压原理，利用高速射流产生 的抽吸力降低井底压力（循环当量密度），并介绍了工具设计的基本思路。射流式水力降压工具由主副流道组成，副流道流体 在喷嘴处的高速低压区对环空产生抽吸作用。通过计算，降压效果随无量纲面积比、排量和喷嘴直径的增大而增大，随钻井速 度的增大而降低。在分流量5%、钻井液密度1.25 g/cm3 时，最大能降低井底压力1.5 MPa。该研究为射流式水力降压钻井应用 打下了基础。     

Designing an ejector pump for a hydraulic system for discharging water and emptying tanks

We consider a mathematical model of the operating process of a hydraulic system for emptying a tank using an ejector pump. We calculate the optimal ratio of the nozzle exit section and the useful cross section of the ejector mixing chamber throat. A procedure is given for designing an ejector pump or a system to empty tanks and the sequence of choosing the optimal ejector pump is described.__________Translated from Khimicheskoe i Neftegazovoe Mashinostroenie, No. 2, pp. 21–25, February, 2005.     

喷射诱导气浮处理含油污水性能研究

为考察喷射诱导气浮用于污水除油的性能,对其流体流动性能及废水脱油动力学性能进行了研究。研究表明:影响喷射器流体力学性能的主要因素是喷嘴与喉管的面积比及工作流体与吸入气体的压力比。在气浮分离室内,依据气泡的密集强度大小,可分为三个区域,并存在两个流体循环流动,且气泡大小受气体流量的影响很小。依据实验结果,得到了用以预估气浮室内充气率的关联式。在分析喷射诱导气浮工作机理的基础上,开发了油水分离动力学模型和脱油效率模型。利用实验结果,得到了用以计算多级模型中参数的关联式。所提出的数学模型提供了建立设计计算和药剂评价的依据。     

水力分段射孔压裂喷射器试验及应用研究

针对水平井分段有效压裂难题,研发了水力分段射孔压裂配套工具。该工具主要由万向接头、偏心定位器、喷射器、单流阀等组成。应用水力分段射孔压裂工艺对吴平1井、吴平6井等6口井进行了作业。应用结果表明,美国喷嘴抗磨性能优于硬质合金喷嘴,压裂阶段排量保持在1.8 m3/min左右时,分阶段加大砂质量浓度对喷嘴损伤影响不大,目前喷射器设计壁厚28mm,安全系数较高,可以满足喷射压裂3段的安全需要。     

LSXPT-1型双向液体喷头的研究

在 ?1 000 mm有机玻璃冷模试验装置上利用空气-水系统考察LSXPT-1型双向液体喷头的分布性能、喷出的液滴粒径、喷头入口压力、雾沫夹带等随液体流量变化的规律。结果表明：LSXPT-1型双向液体喷头的分布不均匀度系数在0.031～0.040之间,低于传统槽式液体分布器和缓冲沉降式液体分布器的分布不均匀度系数,分布性能优异;随着液体流量的增大,喷头入口压力增大,在液体流量为2.15～9.62 m3/h的范围内,喷头入口压力为 0.04～0.66 MPa;喷出的液滴粒径在1 975～2 350 μm之间,远高于当气速在3.0～4.0 m/s时因气液流动呈湍流状态液滴沉降所要求的液滴粒径（400～700 μm）;该双向液体喷头即使在空塔气速高达4 m/s时,其雾沫夹带量仍不超过7%,可允许更高的操作气速上限,提高塔的处理能力。     

催化裂化再生器树枝状气体分布器的气相流场CFD模拟

催化裂化装置再生器的气体分布器通常采用树枝状气体分布器,这种分布器存在着气体分布不均匀和喷嘴的冲蚀磨损问题。为此,对树枝状气体分布器区域进行计算流体力学（CFD）模拟,重点考察分布器内气相流场的特征。计算结果表明：树枝状气体分布器的各分支管内气体速度根据分支管的长度不同存在很大的变化,而且分支管沿程各喷嘴出口的气体流量也不同,导致喷嘴出口气流平均速度存在很大的不均匀性;此外,气体在分支管入口处以及近分支管入口端的喷嘴处存在偏流现象,压力分布不均匀,易产生催化剂倒吸现象,造成喷嘴的冲蚀磨损。     

配汽嘴内饱和蒸汽流动数值模拟及设计

采用限流射孔技术可以改善油井吸汽剖面,最终达到提高油层动用程度及油井产量的目的。针对配汽嘴内汽液两相流动特点,基于质量守恒定律、牛顿第二定律、热力学第一定律和热力学第二定律,对高温、高压下饱和蒸汽汽液两相临界流进行了数值模拟,编制了与已有配汽软件相配套的计算程序,通过实例计算阐述了配汽嘴的工况设计步骤,所提出的配汽嘴的设计方法已成功地应用到河南油田的单井分层配汽工艺中。     

连续管喷砂射孔分段压裂工具的研究与应用

连续管水力喷砂射孔套管逐层压裂工艺技术能提高储层改造的准确度和有效率,对水平井分段压裂和直井多层压裂有极为广泛的应用前景。在分析连续管水力喷砂射孔套管压裂技术工艺原理和特点的基础上,对该技术配套工具的结构进行了介绍,包括连续管连接器、丢手接头、喷嘴、扶正器、机械式套管接箍定位器及喷射器。以苏东3-69C1井为例,介绍了连续管喷砂射孔压裂工具的现场应用情况。压裂结果表明,压裂后该井日产气量2.5万m3,喷嘴经受了80 min喷砂射孔的磨损,喷嘴直径平均扩大率约为6%,喷射器本体保持完好,未见明显冲蚀;连续管喷砂射孔套管分段压裂工艺满足苏里格气田的储层特征。     

液体喷射器在常减压蒸馏装置抽真空系统的应用

介绍了液体喷射器在塔河分公司常减压蒸馏装置减压塔抽真空系统的应用情况,对国内目前常用的蒸汽抽真空和液体抽真空技术进行了比较,重点阐述了液体抽真空技术在平稳生产和减少废水排放方面的优点.实践表明,液体喷射器的应用降低了加工成本,缩短了加工路线,提高了装置平稳运转率、延长了开工周期,增加了经济效益.     

火炬燃烧器超温原因分析及应对措施

介绍了火炬燃烧器超温受损情况。基于燃烧器结构探讨了引入燃烧器的3路消烟蒸汽的作用,指出消烟蒸汽压力偏低、消烟蒸汽供给滞后、蒸汽系统维护管理不当、中心引射蒸汽喷嘴堵塞等是造成火炬燃烧器超温的原因,提出并实施了提升蒸汽压力、做好备用状况下蒸汽冷凝液排放及梅花喷嘴定期清理等改进措施,有效解决了火炬燃烧器运行过程中的超温问题,延长了火炬燃烧器的使用寿命。