腔径比对自激振荡脉冲超临界二氧化碳射流性能影响
魏建平
崔家玮
张铁岗
沈荷莲
司磊磊
河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地,河南焦作 454000;煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作 454000
摘要：井壁稳定性低及煤层透气性低是限制煤层气开采的关键因素,超临界二氧化碳射流钻井技术在煤层气开采中有其独特的优势,由于其高密度、低黏度和扩散性强等特点,在增强井壁稳定性及提高采收率的同时,能够实现二氧化碳的地下封存.但较高的系统能耗限制了超临界二氧化碳射流钻井技术的推广应用.在此基础上,自激振荡脉冲超临界二氧化碳射流技术降低了系统能耗,推动了碳利用、封存技术的应用.为丰富完善自激振荡脉冲超临界二氧化碳射流理论,开展腔径比对于自激振荡脉冲超临界二氧化碳射流性能的影响研究.基于流场结构角度,采用数值模拟优选出适用于自激振荡脉冲超临界二氧化碳射流的腔径比范围,分析腔径比对射流脉冲性能的影响.开展不同腔径比条件下,自激振荡脉冲超临界二氧化碳射流的脉冲压力测试实验,得出腔径比对于自激振荡脉冲超临界二氧化碳射流脉冲压力的影响规律.采用自激振荡脉冲超临界二氧化碳射流破煤岩实验系统,开展不同腔径比条件下的自激振荡脉冲超临界二氧化碳射流破煤实验,对比验证不同腔径比条件下的射流脉冲性能.结果表明:腔径比并非孤立的影响因素,其与上游喷嘴直径相关共同影响射流的脉冲性能及破煤效果.不同的上游喷嘴直径存在与其匹配的最优腔径比,匹配度越高,自激振荡脉冲超临界二氧化碳射流的脉冲压力越大、破煤效果越好.上游喷嘴直径分别为2.6,2.4 mm,腔径比分别为3.5,3.0时,自激振荡脉冲超临界二氧化碳射流的脉冲性能最佳,射流破煤效率最高.
关键词：煤层气钻井自激振荡超临界二氧化碳脉冲射流腔径比
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)P618.11(矿床学)
资助基金：国家自然科学基金(52174170)河南理工大学基本科研业务费专项资助项目(NSFRF220205)河南省高校科技创新人才资助项目(21HASTIT009)
论文发表日期：2022-09-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 3239-3249 )
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