旋转射流冲蚀天然气水合物试验及数值模拟研究

作     者：张逸群 胡萧 武晓亚 李根生 田守嶒 赵帅 ZHANG Yiqun;HU Xiao;WU Xiaoya;LI Gensheng;TIAN Shouceng;ZHAO Shuai

作者机构：天然气水合物国家重点实验室中国石油大学(北京)分室北京102249 中国石油大学(北京)石油工程学院北京102249 中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 

基　　金：国家自然科学基金联合基金项目“南海天然气水合物成藏机理及安全高效开采机制”(编号:U20B6005) 国家自然科学基金面上项目“天然气水合物井底径向空化射流增产机理与调控方法研究”(编号:52174009)联合资助 

出 版 物：《石油钻探技术》 (Petroleum Drilling Techniques)

年 卷 期：2022年第50卷第3期

页      码：24-33页

摘      要：为探究适合南海天然气水合物特点的高效开发模式,对比分析了淹没围压条件下锥形射流和旋转射流冲蚀天然气水合物沉积物的成孔规律。首先,利用LS-DYNA软件,建立了旋转/锥形射流冲蚀天然气水合物沉积物的拉格朗日–欧拉(ALE)流固耦合模型,分析了淹没、围压条件对旋转/锥形射流冲蚀天然气水合物沉积物效率的影响;然后,利用自主设计研制的天然气水合物生成及射流冲蚀可视试验装置,进行了天然气水合物沉积物生成及冲蚀试验,天然气水合物二次生成后,在冲蚀坑中注石膏,测量冲蚀孔孔深及孔径。对比分析数值模拟和室内试验结果发现:围压在增强天然气水合物沉积物强度的同时,抑制了射流扩散能力,降低了射流冲蚀天然气水合物沉积物的效率;在无围压和围压5 MPa条件下,旋转射流冲蚀天然气水合物沉积物体积分别是锥形射流的1.8和1.7倍。研究结果表明,对于泥质粉砂储层天然气水合物沉积物,旋转射流在保证冲蚀孔孔深的同时,具有比锥形射流更强的扩孔能力,这为固态流化法开采天然气水合物提供了依据。

主 题 词：旋转射流 天然气水合物 数值模拟 流固耦合 实验室试验 冲蚀 

学科分类：0820[工学-航空航天类] 08[工学] 082002[082002] 

D　O　I：10.11911/syztjs.2022046

馆 藏 号：203112402...