钻井液混合器中喷嘴的设计与数值模拟.pdfVIP

钻井液混合器中喷嘴的设计与数值模拟★ 口 王 欢 口 唐一科 口 熊 金 重庆大学 机械工程学院 重庆 400044 摘 要：针对动态压井钻井(DKD)技术所需求的混合处理量 Q。、混合后需达到的浓度、压力比、喷射面积 比等相关 参数，设计了一种梅花形喷嘴结构。采用雷诺时均方程法，借助CFD平台，对喷嘴及混合腔内部的流场进行了数值模拟。研 究了梅花形喷嘴结构对喷射混合能力的影响，结果表明，梅花形喷嘴独特的内部结构生成的多个旋转并向外扩张的喘射 流能产生很好 的混合效果 。 关键词：梅花形喷嘴 CFD 数值模拟 混合 ， 中图分类号：TE24 文献标识码 ：A 文章编号：1000—4998(2009)l1—0018—03 Abstract：Aplumblossom—shapednozzleisdesignedonthebasisofthemixingcapacityQerequiredbythedynamickill drilling(DKD)technology，theconcentration，pressureratio，sprayarearatioandotherrelatedparametersrequiredaftermixing． ThenumericalsimulationoftheflowfieldinhtenozzleandmixingchamberiscarriedoutwithhtehelpofReynoldstime—averaged equationsandCFD platform．Th einfluenceof thestructureofthenozzleonthesprayandmixingcapacityisstudied．Theresulthas shownthattheseveralrottingandexpending—outwardsprayingjetstreamsproducedbytheuniqueinternalstructureofthenozzle willresultingoodmixingeffects． KeyW ords：Plum Blossom-shapedNozzle CFD NumericalSimulation Mixing 深水钻井技术水平在很大程度上决定 了深海油气 文 中采用雷诺时均方程并引入适 当的紊流模型使方程 勘探开发 的步伐 。全球 的钻采设备整体上处于突飞猛 组封 闭 ，运用 Fluent软件 ，求解相应 的代数方程 ，得 出 进 的趋 势 ，但我 国钻采装备 的发展却远落后 于 国际先 流场 的分 布情 况 。 进 水平 ，并 长期 受制 于 发达 国家 。采 用 动 态压 井 钻 井 1 结构设计 (DKD)方法钻井 时 ，需经 常调 整钻 井液 的密 度 ，使 钻杆 钻进 时环 形 空 间 内的压 力 保持 动 态平 衡 ，避 免井 喷和 综合分析钻井平 台、钻井环境 、设计要求等 因素 ， 井漏 ；同时 ，为避 免钻井 时海 底低 温产 生水合 物 阻塞 钻 设计 了如 图1所 示 的混 合 器结 构 。右 端 是海 水 喷射 入 杆 中钻井液通道 ，又必须调整钻井液 中添加剂 的含量 。 口，图示状态 已安装梅花形 喷嘴 ，上端是黏土粉体人 口 为适应 DKD方 法 有必要 设计 一 台多相 (海 水 、黏土 、添 及添加剂喷射入 口，左侧 是多相流 的出 口，中间是混合 加剂 )混合 器 。 腔 结构 。当混合器正常工作时 ，射流过程 中由于受结构 目前 已开发 的混合器有机械搅拌器 、喷射混合器 、 尺 寸 限制 ，所 以为 有 限空 间射 流 ，同时 ，海水 与 黏 土及 静态混合器和动态混合器等 。喷射混合器是一种