前混式磨料射流发生系统混合腔的优化设计.pdf

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1、石油机械２０１５年第４３卷第１２期ＣＨＩＮＡＰＥＴＲＯＬＥＵＭＭＡＣＨＩＮＥＲＹ—１９—◀钻井技术与装备▶∗前混式磨料射流发生系统混合腔的优化设计王方祥王瑞和周卫东李罗鹏王明波仲冠宇（中国石油大学（华东）石油工程学院）摘要：混合腔是前混式磨料射流发生系统的核心部件，合理的混合腔结构参数有利于磨料和水的混合，从而提高水力能量利用率。考虑液固两相的相互作用，采用标准κ⁃ε双方程模型，对混合腔内液固两相流场进行数值模拟研究，以液固混合不均匀度为标准，利用统计学方法对混合腔主要结构参数进行优化设计，获得最优结构尺寸组合，并进行磨料体积分数测试试验及套管切

2、割试验。研究结果表明，优化后磨料体积分数与标定值相比波动明显减小，磨料射流切割套管的效率明显提高，且套管断面更加光滑整齐，说明优化后的混合腔能够显著提高液固混合均匀程度。关键词：前混式；磨料射流；混合腔；结构参数；优化设计；正交试验；数值模拟中图分类号：ＴＥ２４２文献标识码：Ａｄｏｉ：１０?１６０８２／ｊ?ｃｎｋｉ?ｉｓｓｎ?１００１－４５７８?２０１５?１２?００４ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆＭｉｘｉｎｇＣｈａｍｂｅｒｏｆｔｈｅＰｒｅ⁃ｍｉｘｅｄＡｂｒａｓｉｖｅＷａｔｅｒＪｅｔＧｅｎｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍＷａｎｇＦａｎｇｘｉａｎ

3、ｇＷａｎｇＲｕｉｈｅＺｈｏｕＷｅｉｄｏｎｇＬｉＬｕｏｐｅｎｇＷａｎｇＭｉｎｇｂｏＺｈｏｎｇＧｕａｎｙｕ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｈｕａｄｏｎｇ））Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍｉｘｉｎｇｃｈａｍｂｅｒｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｏｆｔｈｅｐｒｅ⁃ｍｉｘｅｄａｂｒａｓｉｖｅｗａｔｅｒｊｅｔｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｓｙｓ⁃ｔｅｍ?Ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｍｉｘｉｎｇｃｈａｍｂｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｂｅｎｅｆｉｔｆｏｒｔｈｅｍｉｘｉｎｇｏｆａｂｒａｓｉｖｅｍａｔｅｒ

4、ｉａｌａｎｄｗａｔｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｕ⁃ｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒｏｅｎｅｒｇｙ?Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｌｉｑｕｉｄａｎｄｓｏｌｉｄｐｈａｓｅ，ｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄκ⁃εｔｕｒｂｕ⁃ｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｔｗｏ⁃ｐｈａｓｅｆｌｏｗｉｎｔｈｅｍｉｘｉｎｇｃｈａｍｂｅｒ?Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｔｈｅｍｉｘ⁃ｉｎｇ，ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｍａｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐａ

5、ｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｍｉｘｉｎｇｃｈａｍｂｅｒｓｏｔｈａｔｔｏａｔｔａｉｎｏｐｔｉｍｉｚｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ，ｔｅｓｔｔｈｅａｂｒａｓｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎａｎｄｃａｓｉｎｇｃｕｔｔｉｎｇ?Ｔｈｅｓｔｕｄｙｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｂｒａｓｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｆｌｕｃｔｕａｔｅｓａｒｏｕｎｄｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｖａｌｕｅｗｉｔｈｉｎａｎａｒｒｏｗｒａｎｇｅａｆｔｅｒｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ?Ｔｈｅｃａｓｉｎｇｃｕｔｔｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅ

6、ｎｃｙｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄａｎｄｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｅｄｇｅｏｆｃａｓｉｎｇｉｓｓｍｏｏｔｈｅｒ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｌｉｑｕｉｄ⁃ｓｏｌｉｄｍｉｘｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｍｉｘｉｎｇｃｈａｍｂｅｒ?Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅ⁃ｍｉｘｅｄｔｙｐｅ；ａｂｒａｓｉｖｅｗａｔｅｒｊｅｔ；ｍｉｘｉｎｇｃｈａｍｂｅｒ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚａ⁃ｔｉｏｎ；ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ料罐

7、中的磨料局部流态化，流态化的磨料经进料口０引言进入混合腔后与另一路高压水掺混，再通过后续管道输送至喷嘴，经喷嘴加速后形成高速磨料射［３－４］磨料射流技术在海洋废弃井口拆除和井下套管流。混合腔是该发生系统的一个重要组成部［１－２］开窗等方面的应用备受瞩目。前混式磨料射流分，其结构参数的匹配关系影响着磨料和水的混合发生系统是磨料射流技术的关键设备之一，其作用均匀程度，而混合均匀程度影响着射流能量利用是将高压泵产生的一路高压水流引入磨料罐，使磨率，制约着前混式磨料射流的切割和磨蚀性能。∗基金项目：国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”（２０１１ＺＸ

8、０５０６０－００１）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目“粒子冲击钻井中粒子连续注入系统的设计”（１４ＣＸ０６０８４Ａ）。—２０—石