泥漿介質(zhì)方向閥特性仿真及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在油氣田開發(fā)系統(tǒng)中液壓閥的應(yīng)用日益廣泛，然而目前國內(nèi)關(guān)于以鉆井液泥漿作為介質(zhì)的閥尤其是適用于并下小空間作業(yè)閥的研究較為缺乏，本文針對泥漿介質(zhì)方向閥進(jìn)行了設(shè)計(jì)和理論分析，為更深入地對該類型元件的研究工作提供實(shí)驗(yàn)和理論借鑒。
　　 課題綜合采用理論分析、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值計(jì)算等方法對泥漿介質(zhì)方向閥的特性和機(jī)理進(jìn)行研究。首先對泥漿介質(zhì)閥口流量系數(shù)及流量特性進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)分析，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出適合鉆井工程要求的方向閥，并給出設(shè)計(jì)方法，最后利

2、用系統(tǒng)仿真及流體仿真對閥的結(jié)構(gòu)特性參數(shù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和優(yōu)化分析。
　　 具體內(nèi)容包括：
　　 (1)基于CFD方法和氣蝕理論，采用冪律流體本構(gòu)方程、RNG k-ε湍流模式和氣液兩相流模型，針對鉆井液系統(tǒng)中常用的錐閥閥口附近流場進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。通過對流場內(nèi)流線形狀、壓力的大小以及氣體體積百分比的分布情況進(jìn)行分析，著重研究了閥芯半錐角、閥芯前部過渡圓弧、閥座倒角等閥口的幾何參數(shù)對鉆井液錐閥氣穴流場的影響。
　　 (2)針

3、對泥漿介質(zhì)的特殊理化性能確定閥口流量系數(shù)實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)并研制了相關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置，組建了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)，以冪律流變模型的鉆井液作為介質(zhì)，對錐閥、球閥、板閥三種不同閥芯形式的閥口流量系數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。通過對四種不同結(jié)構(gòu)尺寸的閥座在不同開度下的流量、壓力進(jìn)行測量和計(jì)算，得出了各種組合下鉆井液座閥閥口流量系數(shù)及其變化規(guī)律。
　　 (3)從設(shè)計(jì)難點(diǎn)、結(jié)構(gòu)選擇和參數(shù)計(jì)算等方面介紹了所設(shè)計(jì)的幾種泥漿介質(zhì)方向閥，建立了一套比較完善的泥漿介質(zhì)

4、方向閥設(shè)計(jì)方法，給出了主要設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算公式，并對泥漿介質(zhì)閥在制造過程中的材料選擇和加工工藝進(jìn)行了歸納總結(jié)，得出了一些有利于工程實(shí)用價(jià)值的結(jié)論。
　　 (4)采用對嚴(yán)重非線性系統(tǒng)分析具有突出優(yōu)勢的功率鍵合圖理論，并結(jié)合MATLAB/SIMULINK等計(jì)算工具，根據(jù)所設(shè)計(jì)的泥漿介質(zhì)方向閥的實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)，對其相應(yīng)的閥控系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析對比，優(yōu)選關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而達(dá)到改善泥漿介質(zhì)方向閥性能的目的。
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