附壁式双稳射流调制机理及机构研究

摘要

流控技术诞生于20世纪初，繁盛于60至70年代，在其发展过程中涌现了大批优秀理论成果和经验总结。我国钻井科研工作者创造性得将流控技术引入钻井机械，从而创生了液动射流式冲击器，为旋冲钻井技术发展史添上了浓墨重彩的一笔。然而，直到最近，该冲击器仍没有获得推广应用，一个重要的原因就在于其关键部件——射流元件的可靠性问题。在石油钻井过程中，射流元件寿命仅有十几个小时甚至更短，严重影响了旋冲技术的使用效果。 通过分析总结前人关于射流元件的理论知识及应用情况，本文认识到有必要深入研究元件的设计理论和工作机理，以期提高其可靠性，从而改善冲击器的总体性能。 本文采用理论分析与室内试验相结合的研究方法，主要完成了以下几方面的工作： (1)研制了适用较高压力的液动射流元件及附属试验装置；验证了所加工射流元件的可用性。 (2)对元件中板几何结构进行正交实验设计，并进行了室内实验。 (3)根据正交试验结果，结合元件几何结构，应用流体力学知识推导了各个结构因素对元件性能的影响规律。 (4)设计加工有机玻璃元件若干，使用缨丝注入法观察了射流运动的轨迹并对相关现象进行了讨论。 (5)根据液压传动理论，使用Simulink对射流式冲击器动态特性进行了仿真分析并编写VB程序对冲击器进行初步设计。 需要指出，要从根本上解决元件的可靠性问题，就必需结合实际应用不断开拓理论成果的疆域。这将是本文的后续工作，也是冲击器得以逐步完善的根本途径。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1流控技术与附壁射流概述

1.2射流元件及其应用

1.3旋冲钻井技术与液动射流式冲击器

1.4本文的研究内容和意义

第2章射流元件工作原理

2.1有限空间内流体流动理论

2.2附壁射流基础理论

第3章射流元件结构设计

3.1射流元件基本结构

3.2中板主要结构参数设计

3.3盖板及底板的设计

3.4附件的选用

3.5本章小结

第4章实验装置与测试方法

4.1元件性能测试

4.2几何结构最优化实验

4.3流动可视化

第5章实验数据分析及相关现象讨论

5.1元件性能分析

5.2正交实验结果分析

5.3元件输出特性理论分析

5.4对射流式冲击器工作状况的新认识

5.5流动可视化实验分析

5.6本章小结

第6章射流式冲击器动态特性仿真分析及初步设计

6.1冲击器工作原理

6.2冲击器特点

6.3冲击器动态特性仿真分析

6.4冲击器初步设计

6.5本章小结

结论与前景展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢