高压水射流清洗油管旋转喷头的设计及应用

针对目前现场使用高压水射流技术清洗油管存在的问题,结合设计理论,研制出一种新型旋转喷头。该喷头由上部套体、心轴、下部套体、轴承、喷头体和喷嘴等组成,内部设有间隙密封和阻尼限速机构;喷头可在30~80 MPa压力下工作,转速稳定在140~300 r/min,可方便地清洗固定油管的内壁。前后3批清洗4.78万m油管的试验应用表明,旋转喷头清洗效果好,效率高,工作状况稳定,满足油管清洗作业线的需要。     

自驱动往复式高压水射流泡沫冲砂装置研究

采用高压水射流泡沫冲洗油管是油管内冲砂解堵的有效手段,冲砂装置的结构与性能决定了冲砂解堵的效率.选择圆锥收敛形冲砂喷嘴进行了水力冲砂性能的试验研究,确立了水力模型,构建三维建模虚拟样机并进行运动仿真及可行性分析.提出了液流自动力双向往复式旋转喷头的设计构想,为冲砂喷头的研制提供了新的研究方向.     

自进式高压水射流破岩数值模拟分析

针对应用于开发低渗透性、裂缝性和薄储层等油气藏的高压水射流技术,基于推导的水射流破岩的临界速度,设计了一种用于油田井下破岩的自进式高压水射流喷头,并应用湍流模型对喷头内部的水射流流场进行数值模拟分析,应用动力学模型对水射流破岩过程进行数值模拟分析。结果表明,入口压力30MPa时,喷头产生的水射流达到了破岩所需速度,能够实现破岩,并且破岩产生的破碎坑的内切圆直径大于喷头的最大外径,可实现自进式破岩,而且破岩过程中水射流速度是"脉动下降"的。这也说明所设计的喷头用于破岩是可行的,这种设计方法、建模方法和数值模拟方法在分析高压水射流破岩方面是可行的。     

移动式高压水射流注水井油管除垢技术与应用

在孤岛油田污水回注过程中,注水井管柱严重结垢,垢质坚硬,清洗困难,以致大量油管报废,针对这一问题,采用了移动式高压水射流除垢技术,设备工作压力达140MPa,通过强力旋转喷嘴产生高压水射流,冲刷、剥离管壁表面污垢,现场应用表明,对高强度、难溶垢处理能力强,成功解决结垢油管清洗难题,经济效益显著。     

高压旋转水射流解堵装置

为有效疏通油层,延长油井防砂有效期,降低采油成本,研制了一种高压旋转水射流解堵工具.将工具下入防砂管内进行冲砂作业,既能冲出井筒内的细砂,又能排出充填砂中的堵塞细砂,从而达到疏通油层恢复产能的目的.通过室内试验及现场试验表明,该装置可有效解除绕丝管及割缝管防砂井的油层堵塞问题,对延长油井寿命,提高油井产能具有重要作用.     

煤层水力自旋转射流钻头设计

高压旋转水射流技术在钻大井径、长连续孔方面具有明显优势，在煤层中钻井又具有高效、节能、钻孔大、成孔规则、破岩效率高等优点，因此在煤层气地面径向水平井技术和井下采空区钻长直井技术中广为应用。主要从理论上分析了旋转射流和射流旋转各自的流动规律、破岩过程及破岩机理，并在此基础上分析了旋转射流钻头各设计参数的取值范围，结合已有的经验值，优化设计了可控外壳旋转内导叶轮、可控中心轴旋转内导叶轮、偏置可控外壳自旋转、偏置可控中心轴自旋转等4种水力旋转式钻扩孔射流钻头。这些钻头适用于在煤层中钻孔及安全排放瓦斯气体。     

高压水射流全自动油管清洗装置

针对油田油管热煮法清洗工艺存在环境污染、剩余原油使用价值降低以及工作条件差且强度大等缺点,研制了XN(W)型高压水射流全自动油管清洗装置.该清洗装置的研制成功,彻底改善了工作环境,降低了污染,提高了生产率,节约了能源,实现了扩大再生产与保护环境同步的协调发展.     

喷头偏心对射流清洗管道影响研究

针对高压水射流清洗管道过程中容易出现的喷头偏心问题，通过建立管道内壁清洗数学模型，推导出偏心清洗时的射流清洗面曲线方程，并以此为依据，着重分析了偏心对清洗参数和清洗效果的影响。研究表明，在相同水力参数和工况条件下，合理的偏心可以有效地降低能耗，提高清洗效率。推导出了管道清洗操作时偏心的允许取值范围，为偏心清洗应用于生产实际提供了理论依据。     

高压水射流清洗水泥堵塞钻杆技术

在尾管固井及处理井下事故等过程中,由于水泥浆配制和施工问题造成水泥浆固结在钻杆内,造成钻杆堵塞,大大增加了钻井成本。而利用高压水射流清洗钻杆,可以解决钻杆清洗难度大、效率低、污染环境等难题,具有良好的经济效益和社会效益。     

旋转水射流破岩钻孔机理研究

基于水射流破岩钻孔过程中影响因素和流固耦合作用的分析,运用连续损伤力学和细观损伤力学理论,建立了适用于水射流破岩全过程的岩石损伤模型。依据所建立的损伤模型,利用非线性动力有限元方法,对旋转水射流破岩钻孔过程的过程进行了模拟,其中岩石损伤场的求解采用解耦的方法。计算结果与试验一致,表明旋转射流具有较强的破岩能力,其原因是旋转射流的质点具有三维速度,破岩时以倾斜冲击为主,易于在岩石表面形成拉伸和剪切破坏,回流的干扰较少。破岩过程首先是形成一环形破碎带,然后沿径向和轴向发展,所形成的破碎坑呈内凸锥状。旋转射流破岩的优势在于破碎面积大、效率高、破岩比能低,因而旋转水射流能够钻出大直径的岩石孔眼。     

叶轮式旋转射流喷嘴的射流特性研究

为提高PDC钻头钻进水平段时的井底射流辅助破岩能力,开展了叶轮式旋转射流喷嘴的射流特性研究。利用k-ε双方程标准湍流模型,对叶轮式旋转射流流场进行了数值模拟,并采用旋流强度和流量系数评价了射流破岩能力。数值模拟结果表明,叶片扭曲角为115°~140°、直柱段无因次长度为0.6~0.8、收缩角为60°~70°时,流量系数和旋流强度可取得最佳值,射流破岩能力最强。根据不同喷距下的旋转射流破岩试验结果,分析了叶轮式旋转射流喷嘴的破岩特性,结果表明,同压降下叶轮式旋转射流破岩直径是普通直射流的近3倍,且喷距在7~11倍喷嘴出口直径时破岩直径最大。研究结果表明,叶轮式旋转射流喷嘴的破岩能力优于普通直射流喷嘴,且通过优化叶轮式旋转射流喷嘴几何参数可提高其破岩能力,加强井底清岩和辅助破岩效果,提高PDC钻头的破岩效率。      

连续管配合高压水射流的海底管道解堵研究

目前我国针对海底油气管道的堵塞问题尚没有经济有效的处理方法。通过对海底管道的作业环境进行分析,并参考前人的作业案例,以连续管为下入工具,以高压水射流技术为解堵方案,对方案的可行性进行了研究。在建立下入工具最大下入深度计算模型的基础上,分析了高压水射流冲击堵蜡的作用效果。分析结果表明:将连续管作为下入工具,存在最大下入深度的约束;一定范围内射流压力越大,冲击深度越大,但是受喷嘴对射流结构的影响,喷嘴一定,其射流核心段和基础段的长度固定,冲击深度一定;水射流对于蜡的破坏作用明显,能很快解除蜡堵,射流压力越大,其解堵效果越好。研究内容为解决海底管道的堵塞提供了新方法。     

水力喷射径向钻井高压喷头优化设计

微井眼水力喷射径向钻井技术的关键技术高压喷头设计在国内还相对空白。为此,通过对现有喷头的参数优化,运用理论分析与实践验证的方式,结合公式计算与有限元分析,对高压喷头的结构数据进行了优化设计。对应不同的地层制作了不同参数的喷头,通过试验验证,喷头试验效果良好。高压喷头优化设计能根据不同的地层特性设计制作不同的高压喷头,在保证正常破岩钻进的基础上,尽量降低高压软管摩擦压降,使水动力最大程度作用到喷头上,保证喷头良好的作业效果。采用该优化设计方法和高压喷头可满足不同地层的钻进需要,可在更大范围内推广应用。     

自振空化射流钻头喷嘴研制及现场试验

在风琴管谐振腔模型的基础上，给出了自振空化喷嘴的设计模式。用硬质合金为主要材料研制出了石油钻井用自振空化射流喷嘴。现场试验表明。自振空化喷嘴钻头与普通中长喷嘴钻头相比，钻井速度提高10．5%～49．3%，平均机械钻速提高31．2％．钻头进尺也相应增加29．1％。自振空化射流喷嘴具有广泛的应用前景。     

超高压磨料射流喷嘴流场分析及结构优化

为得到超高压喷嘴的最佳射流特性,提高磨料射流切割设备的作业效率,基于两相流理论研究了流体和磨料颗粒在喷嘴收缩段和圆柱段内加速的理论计算方法,同时利用计算流体力学软件FLUENT对喷嘴内外射流特性进行仿真分析,研究喷嘴内、外速度和压力场分布情况,并对比理论计算与仿真结果。在此基础上,研究收缩段角度和圆柱段长度对喷嘴内、外射流特性的影响,确定喷嘴内部最优结构尺寸范围。研究结果表明:对于入口直径8 mm、出口直径1 mm的喷嘴,圆柱段长度范围宜选取3035 mm,收缩角范围宜选取12°13°。所得结论可为超高压磨料射流喷嘴的设计及现场应用提供参考。     

基于FLUENT的水力喷砂射孔器喷嘴优化设计

针对水力喷砂射孔器上常用锥直形喷嘴射流性能不佳以及冲蚀磨损严重问题,基于锥直形喷嘴能量损失机理,对喷嘴入口收缩段结构进行了优化设计;借助FLUENT软件,通过射流特性和耐冲蚀磨损2方面对比分析,优选出性能最佳的喷嘴结构。分析结果表明:喷嘴射流性能不高的关键在于入口收缩段处的局部水头损失;在相同来流条件下,等变速形喷嘴射流能量损耗低,耐冲蚀性能佳,综合性能最优。综合射流特性和喷嘴冲蚀考虑,等变速形喷嘴的最佳结构参数为:出口直径6 mm,入口直径12 mm,圆柱段长度18 mm,收缩段长度10 mm。所得结论对喷嘴结构优化具有一定的指导意义。     

水力喷射环空加砂压裂喷嘴结构分析与优化

在水力喷射环空加砂压裂射孔过程中,针对喷嘴射流质量低的问题,运用ANSYS-Fluent数值模拟仿真分析方法,对喷嘴重要结构参数进行分析对比,使喷嘴获得最优射流质量。研究结果表明,圆弧形喷嘴的射流质量优于常用的锥直形喷嘴; 当喷嘴出口直径4.5 ～4.8 mm、直柱段长度7～12 mm、入口曲率半径9 mm时,喷嘴可获得最优射流质量。通过对喷嘴结构的优化,可有效提高喷嘴射流质量,为水力喷射环空加砂压裂工艺提供有效的技术支持。