泡沫钻探用机械缝隙消泡器数值模拟及应用

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本文介绍了泡沫钻进中采用消泡设备技术的改进,确定了项目研究的具体的目标。其中涉及到了泡沫稳定性及发泡的问题。研究中采用不同的泡沫剂对泡沫的发泡工艺和泡沫稳定性进行了试验和研究,对影响泡沫发泡性和泡沫稳定性的化学和物理参数进行了研究;并提出了泡沫的发泡原理和泡沫的特性。同时还对泡沫剂、CMC、膨润土的浓度对泡沫液的稳定性进行了试验,从而确定最佳的泡沫混合液,此外还介绍了温度,孔深,孔径,管径和压力对泡沫液稳定性的影响。在泡沫钻进作业中,采用在一种先进的机械物理消泡装置,对这种新型的消泡器的消泡能力的实验室试验已完成。借助于FLUENT软件对消泡装置;设备的工艺模型进行了设计模拟,模拟计算了泡沫消泡量在压力变化区的变化过程,并准确模拟了压力变化,建立了VOF模型,从而得出实验结果。将二维模型进行对称简化并采用K-ε模型(2次方程)进行模拟计算研究,提出了消泡装置内部的空气压力变化区的泡沫稳定时间。模拟计算结果和实验室试验结果呈很好的二次方程的一致性。在液体循环过程中,泡沫的膨胀和破裂的推动力来自于气泡内的不同压力,其中,与消泡器内很低的围压相比,泡沫内部的压力较高。另一方面,流体通过消泡装置产生不同的泡沫流速及泡沫液流动时产生的空气压力导致不同的消泡量。在钻进时,降低循环过程中的泡沫量是非常必要的,并可以相对减少对环境的影响。为确定消泡装置的消泡效果,对ABS和SDS两种不同泡沫剂进行试验,消泡试验结果分别为71%~80%和64%~69.4%。这表明,消泡空压机风量,压力及消泡装置中的流体速度是造成消泡的主要因素。对压力变化区进行了计算并对其结果进行计算讨论。完成消泡装置的室内研究,并在中国西北的内蒙古地区进行了应用,将消泡装置与钻机相连,采用泡沫钻孔的深度可达370 m;消泡器以达到了非常好的工作效果,消泡率高达80%,可以满足野外现场消泡要求,并用表格对结果进行了分析报告。
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