基于天然氣藏增產(chǎn)改造關(guān)鍵設(shè)備噴嘴的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、基于天然氣藏增產(chǎn)改造關(guān)鍵設(shè)備噴嘴的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文學(xué)生姓名：趙艷萍指導(dǎo)教師：盧義玉教授專業(yè)：安全技術(shù)及工程學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)資源及環(huán)境科學(xué)學(xué)院二〇一〇年十一月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要摘要隨著對(duì)天然氣井的不斷開采，老井的生產(chǎn)率在不斷的下降。如何通過對(duì)老井的改造，提高產(chǎn)氣率是天然氣開采工業(yè)面臨的重要問題之一。目前主要采用的是聚能射孔彈技術(shù)進(jìn)行老井的改造，但是在一些情況下該項(xiàng)技術(shù)難以取得較好的效果，研究發(fā)現(xiàn)

2、水力噴砂射孔技術(shù)可以有效地彌補(bǔ)該項(xiàng)技術(shù)的不足。作為水力噴砂射孔技術(shù)的關(guān)鍵部件噴嘴，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到限制時(shí)，工作性能難以達(dá)到最優(yōu)或是不能滿足要求，如何設(shè)計(jì)、優(yōu)化結(jié)構(gòu)受到限制的噴嘴是水力噴砂射孔技術(shù)存在的主要問題之一。本文依托國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新群體基金項(xiàng)目“高壓水射流破巖理論及其在地下工程中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究（基金號(hào)：50621403）”，設(shè)計(jì)優(yōu)化了總長度受到限制的水力噴砂射孔噴嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)。根據(jù)噴嘴設(shè)計(jì)原理和方法，對(duì)噴嘴進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)，并采用

3、CFD數(shù)值模擬方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步的優(yōu)化分析；采用非接觸式測速方法（3DPIV）測試噴嘴出口處的速度場，通過分析速度場對(duì)噴嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化；通過實(shí)驗(yàn)室沖蝕砂巖的實(shí)驗(yàn)，測試不同結(jié)構(gòu)噴嘴的沖蝕性能，最終確定噴嘴的優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)。主要研究成果如下：1.對(duì)噴嘴進(jìn)行初步設(shè)計(jì)和優(yōu)化。主要設(shè)計(jì)包括噴嘴材質(zhì)和噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)，孔徑d，圓錐段收斂角θ，孔徑直線段長度h，外徑D，噴嘴的總長度H，噴嘴內(nèi)表面粗糙度；采用數(shù)值模擬的方法研究噴嘴進(jìn)口收縮角度和出口圓

4、柱段長度對(duì)射流速度場的影響，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)噴嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步的優(yōu)化分析。2.根據(jù)初步設(shè)計(jì)和優(yōu)化結(jié)果，加工不同結(jié)構(gòu)的噴嘴，采用非接觸式測速方法（3DPIV）測試噴嘴出口流場，在保持泵壓為20MPa的條件下進(jìn)行測試，測試結(jié)果表明：噴嘴出口射流速度隨著噴嘴出口圓柱段長度和收縮角的增加先增加后減??；當(dāng)噴嘴總長度固定為17mm時(shí)，進(jìn)口收縮角30、出口圓柱段長10mm的噴嘴，出口流場平均速度最大為106.29ms，該噴嘴形成的射流沖蝕性能最強(qiáng)。3.根