負壓鉆井液振動篩氣液噴射器性能的數值模擬研究

摘要：隨著石油鉆井技術的發展,傳統鉆井液振動篩不能滿足現有工程需求,因此提出了一種新型負壓鉆井液振動篩。氣液噴射器是負壓鉆井液振動篩的核心設備,通過它在篩網下方形成負壓區域,使鉆井液受振動和負壓的復合作用,增大鉆井液透過篩網的能力,因此其性能直接影響負壓振動篩的處理效率。為了提高負壓振動篩的工作效率,需要對氣液噴射器的結構和工況進行合理設計。運用流體動量守恒方程,推導出恒定流動狀態下氣液噴射器混合室的動量方程及其性能計算方程。運用計算流體力學方法對氣液噴射器內部復雜的兩相流動過程進行數值模擬,并通過對比數值模擬結果與理論計算結果來驗證數值模型的合理性。對不同引射流體液體體積分數、工作氣體壓力、噴嘴距和噴管面積比下氣液噴射器的噴射效果進行數值模擬,結果表明氣液噴射器的工作參數和結構參數對其噴射系數和真空度有極大的影響。根據模擬結果可知,在引射液體體積分數為30%、工作氣體壓力為300kPa、噴嘴距為60mm、噴管面積比為3.484的情況下,氣液噴射器的性能達到最佳。研究結果為負壓鉆井液振動篩中氣液噴射裝置的設計和現場應用提供了理論依據。