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發布時間: 2019-11-01 
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空氣泡沫鉆井流體攜巖、攜水能力強,能夠有效處理地層漏失,解決空氣鉆井遇到地層出水無法順利施工的技術難題,機械鉆速較常規泥漿鉆井有大幅度提高,應用前景較為廣闊。本文主要針對泡沫流體消泡困難、泡沫基液不能回收利用等技術難題開展研究,基于Coanda原理設計了雙級環隙式機械消泡器。消泡器工作時,高壓氣流分別從進氣管進入雙級環形噴嘴高速噴出,噴出后的窄薄高速氣流由于附壁效應緊貼著消泡器內壁流動,在高速氣流的卷吸作用下,周圍的氣體不斷地向壁面流動,并在壁面附近和噴嘴后方形成較大的真空區。泡沫流經該區域時,在內外壓差作用下膨脹破裂。此外,由于附壁氣流具有較高的動能,當泡沫流體經過喉管及后噴體時,低能量的泡沫流體與高速附壁氣流接觸并發生能量交換,在工作腔內產生較大的剪切力,將未破裂的泡沫剪切破碎。消泡后的泡沫基液流經擴散管時速度逐漸降低,壓力逐漸恢復至常壓排出。因此,雙級環隙式消泡器主要利用負壓膨脹和剪切破碎兩種作用進行消泡。為提高雙級環隙式消泡器消泡效果,本文主要進行了如下研究:運用Inventor軟件建立雙級環隙式機械消泡器模型,利用FLUENT軟件對雙級消泡器內部流場進行了數值模擬,分析消泡器內部流場的氣流速度與負壓情況。對喉管長度、擴散管角度、擴散管的長度、兩級環隙噴嘴的曲率半徑等關鍵結構參數對消泡器內部流場的影響規律進行了深入分析、研究。
模擬結果表明:當喉管長度L2=40mm、擴散管角度α=6°、擴散管長度L3=350mm、兩級環隙噴嘴的曲率半徑R=110mm時關鍵區域的平均負壓與平均氣流速度達到最大值。為進一步驗證雙級環隙式機械消泡器的消泡效果,設計建立了消泡實驗臺,對雙級環隙式機械消泡器的消泡效果進行了實驗,對泡沫氣液比、泡沫流體半衰期以及空壓機供氣壓力等參數對其消泡效率的影響進行了實驗測試。實驗結果表明,雙級環隙式機械消泡器的消泡能力良好,泡沫消除效果顯著,實驗中消泡率最高達到82%。即使在泡沫半衰期為86min的條件下,其消泡效率亦能達到60%。
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