針對(duì)隨鉆地震強(qiáng)度低、不利于井眼間防碰監(jiān)測(cè)的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種蓄能式井下震源發(fā)生器。該發(fā)生器主要由活塞、彈簧、沖錘、鐵砧和延時(shí)裝置等組成,通過(guò)鉆井液蓄能獲得高效沖擊功。為使其獲得最佳輸出性能,以沖錘為研究對(duì)象,建立了井下震源發(fā)生器沖錘流道模型,基于CFD動(dòng)網(wǎng)格技術(shù),利用CFD軟件分析了彈簧剛度、沖錘質(zhì)量、節(jié)流面積、出口直徑和數(shù)量等設(shè)計(jì)參數(shù)及鉆井液密度對(duì)井下震源發(fā)生器輸出性能參數(shù)的影響規(guī)律,分析得知:節(jié)流面積、出口數(shù)量、出口直徑和鉆井液密度與井下震源發(fā)生器輸出性能參數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系;彈簧剛度越大,沖錘最大沖擊功對(duì)應(yīng)的位移越小;沖錘的質(zhì)量越大則速度越小。基于單因素分析結(jié)果,以沖錘沖擊功為優(yōu)化目標(biāo),利用正交試驗(yàn)優(yōu)選了設(shè)計(jì)參數(shù)組合方案。研究結(jié)果表明:各設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)井下震源發(fā)生器輸出性能的影響不盡相同;出口直徑和彈簧剛度對(duì)井下震源發(fā)生器輸出性能的影響極為顯著,節(jié)流面積、沖錘質(zhì)量和出口數(shù)量對(duì)井下震源發(fā)生器輸出性能的影響顯著,而鉆井液密度的影響不顯著。根據(jù)研究結(jié)果篩選出了各設(shè)計(jì)參數(shù)水平的最優(yōu)組合,研究結(jié)果還可以為井下震源發(fā)生器的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 

【文章來(lái)源】：石油鉆探技術(shù). 2020,48(05)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

井下震源發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意

根據(jù)井下震源發(fā)生器的工作原理，建立了沖錘流道的三維模型，如圖2所示。為了縮短計(jì)算時(shí)間、提高計(jì)算結(jié)果精度，選用六面體網(wǎng)格對(duì)沖錘流道模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并分析模擬結(jié)果與網(wǎng)格的相關(guān)性。將沖錘流道模型分別劃分為27×104,32×104,36×104,40×104和53×104個(gè)網(wǎng)格，進(jìn)行模擬計(jì)算，得到?jīng)_錘運(yùn)動(dòng)面最大速度與網(wǎng)格數(shù)量之間的關(guān)系，如圖3所示。從圖3可以看出，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)量大于36×104時(shí)，數(shù)值模擬結(jié)果便與網(wǎng)格數(shù)量無(wú)關(guān)，為了避免網(wǎng)格數(shù)量過(guò)多導(dǎo)致計(jì)算機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行，進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)選擇網(wǎng)格數(shù)量為40×104個(gè)。圖3 不同網(wǎng)格數(shù)量下沖錘的最大速度

圖2 沖錘流道模型基于CFD動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，利用Fluent軟件模擬沖錘運(yùn)動(dòng)過(guò)程，選擇基于壓力求解方式、瞬態(tài)計(jì)算、標(biāo)準(zhǔn)κ-ε湍流模型，流體選擇不同密度鉆井液，壓力出口設(shè)為零，在動(dòng)網(wǎng)格界面定義沖錘運(yùn)動(dòng)面和網(wǎng)格更新方式，采用C語(yǔ)言編制的UDF(user define function）指定運(yùn)動(dòng)面的運(yùn)動(dòng)形式，采用Coupled算法求解壓力速度耦合方程。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3286128