高温射流反应腔结构设计与反应规律

摘要：

结合高压水射流和岩石热裂解钻井方法,提出了适用于深部硬地层的高温射流钻井新方法,即利用高速射流对岩石表面形成冲击力,同时高温流体迅速将热量传递给岩石以达到快速破岩的目的.因此高温射流发生装置对最终作用于岩石的射流性能十分重要,设计了两种高温射流燃烧反应发生装置结构(混合装置和对冲装置),利用计算流体力学模拟了常压下不同反应参数对生成的高温射流的影响,并对两种装置进行对比分析和反应规律研究.结果表明:高温的平均射流速度随着甲醇质量流量的增加而增大;气体存在滑脱效应,在满足化学反应方程的理论值的基础上,甲醇的实际质量流量应大于理论质量流量,而氧气的实际质量流量小于理论质量流量,使两者混合和燃烧更加充分,释放更多能量;在本文模型条件下,将空气质量流量控制在0.03~0.04kg/s较为合适,既可以保证反应腔内充分燃烧,又可以获得较高的射流速度;冷水质量流量与喷嘴速度呈线性正相关;在现场实际应用中,应注意控制冷水流量,以免造成射流温度过低.不同空气质量流量条件下,混合装置的射流速度和温度较优.两种装置的射流速度和温度在不同氧气浓度条件下变化规律一致,均先增大、后减小,但是在射流速度方面,对冲装置较优.在现场实际应用时可根据需要达到的射流速度和温度选择不同结构的燃烧装置,使高温射流的性能达到最优.

关键词：高温射流、非预混燃烧、燃烧装置、反应规律、数值模拟

所属期刊栏目：38

分类号：TE242(钻井工程)

资助基金：国家自然科学基金项目51504272,U1562212;教育部优秀博士论文作者专项基金项目201352;中国石油天然气集团公司钻井新技术新方法2016A-3902;中国石油天然气集团公司创新基金项目2015D-5006-0308;中英研究与创新桥计划合作项目"地热智能井钻完井关键技术与优化设计平台"2016YFE0124600

在线出版日期：2017-06-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：587-596