逆向钟摆式调制器负压调制分析

摘要

随着油气开采的不断深入，深井超深井不断增多，深井钻速低成为了一个钻探难题，其中压持效应是影响钻速的一个主要因素。负压脉冲射流能够间歇地减小井底压力，减小压持效应，并且降低岩石破碎强度，达到提高钻井速度的目的。因此，开展负压脉冲调制机理研究有重要意义。 本文开展有限流场内调制负压脉动的机理和方法研究，基于流体动力学原理，设计了逆向钟摆式负压脉冲调制器几何结构模型，主要包括阀摆、腔体和固定销，呈对称结构。建立了逆向钟摆式负压脉冲调制器的工作原理，分析了阀摆的打开、关闭等运动过程。工作时，阀摆的关闭和打开，促使阀下游的流动产生负压脉动。利用数值模拟，开展了结构参数和水力参数对调制器性能的影响分析。腔体流道出口面积大于入口面积是调制器正常工作的基础。在模拟条件下，增大入口截面积，负压幅值和频率变化趋势相同，先增大后减小。当入口的截面积 50cm2时，负压脉动幅值最大 2.0MPa，脉冲频率最大为 43Hz；钻井液流量增加，负压幅值和频率都增大。增大主摆直径，脉冲频率降低。 对锥形和T型两种常见的流道截面收缩变化，通过数值模拟分析了入口结构参数对脉动流动的阻尼影响。在设置条件下，当出口直径不变时，锥形入口锥度越大，对脉冲流动的阻尼越严重；T型入口直径比增大，阻尼减弱。与锥形结构对比，T型入口阻尼大。改变入口结构对脉冲流动的频率没有明显影响。

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