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  • ISSN:0253-9993
  • CN: 11-2190/TD

《煤炭学报》

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过热液体闪沸喷射钻进羽流相互作用调控及成孔直径预测

作者(Author):

  • 刘文川
  • 汤积仁
  • 张慧栋
  • 李怡静

作者单位:

  • 重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室
  • 重庆大学 复杂煤气层瓦斯抽采国家地方联合工程实验室
  • 重庆大学 资源与安全学院

关键词:

  • 煤层气储层
  • 过热液体
  • 闪沸喷射钻进
  • 羽流相互作用
  • 成孔直径
  • 摘要
  • 论文图表
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射流钻进多层分支孔构造裂缝网络是进行煤层气储层改造增产的有效手段高质量高效钻 进成孔是延长气井寿命提高煤层气采收率的关键。 为实现均衡冲击进一步提升成孔质量与孔壁 稳定性提出了过热液体闪沸多孔喷射钻进技术利用闪沸相变形成气液射流协同热应力共同作用 于煤岩钻进成孔。 为了调控羽流相互作用以进一步利用闪沸现象的优点必须获得羽流相互作用 的调控准则及其对射流宏微观特性的影响。 通过高速摄影(DBI)和相位多普勒测试(PDA)获取了 不同羽流相互作用阶段闪沸喷射流场宏微观特性。 引入喷嘴喉部压力-焓关系计算得到新无量纲 参数分析射流形态和宏观特征。 基于等熵-绝热两阶段模型以及喷嘴喉部流体状态获取了闪沸 喷射钻头几何结构设计指标 C和工况参数调控指标 O。 提出了综合考虑液体性质喷孔布置以 及环境压力的羽流相互作用调控新准则并通过不同类型液体进行了验证为羽流动态调控匹配冲 击力与冲击区域提供了支撑。 根据新准则研究了羽流相互作用各个阶段的射流特性发现不同类 型过热液体喷射锥角均在喷射坍缩临界点附近达到最小值索特平均直径随闪沸的剧烈程度增加 而减小其时空分布在羽流剧烈相互作用阶段更加均衡。 研究了导致羽流横向膨胀的主导因素以 及在高过热度条件下不同因素对羽流膨胀的贡献。 高饱和压力有利于气泡的成核破裂以及随后的 羽流膨胀并且由于能垒对成核的依赖性表面张力也会影响羽流的膨胀。 喷嘴喉部的流动条件对 于确定以闪沸主导和羽流相互作用主导的阶段的射流特性都至关重要据此提出了综合考虑成核 能量势垒及成核速率的冲击区域预测模型能够有效预测不同类型过热液体不同喷射参数不同 靶距下的闪沸喷射冲击区域无量纲直径准确度高达 95%以上。 羽流调控准则和冲击直径预测模 型的建立为闪沸喷射钻头结构设计准则及工艺参数选取提供了基础研究成果还可进一步扩展至 可压缩流体超临界流体等射流冲击作用区域预测及调控服务于我国能源开采


刘文川,汤积仁,张慧栋,等.过热液体闪沸喷射钻进羽流相互作用调控及成孔直径预测[J].煤炭学报,2022,47(9):3270-3283.
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