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Study on Erosion by Built-In Pulse Impactor Based on Simulation
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AI
DOI：10.1021/acsomega.5c13217.png)
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摘要
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内置脉冲冲击器在油气钻井中常面临冲蚀问题，这些问题会降低机械钻井速度并显著缩短钻头寿命。为解决此问题，本研究采用计算流体动力学（CFD）结合离散相模型（DPM）及DPM冲蚀模型，并辅以冲蚀理论，对冲蚀过程进行模拟。计算域包括冲击器的旋转体、壳体及内部流道，关键结构参数为：外径120 mm、内部流道高度23 mm、流道角度30°。边界条件设定如下：钻井液入口速度范围为27.558～32 m/s，固体颗粒直径为0.074～0.11 mm，颗粒质量流量（浓度）为0.2～0.6 kg/s。研究分析了不同材料的冲蚀寿命及影响因素。结果表明，在高压钻井液条件下，固相颗粒造成的冲蚀显著大于液相。颗粒分布不均，导致在旋转体内积聚，冲蚀损伤随时间加剧，主要集中在流道出口处。CFD模拟显示，40CrMo的冲蚀寿命最长（525.47 h），优于45钢和Q235A。关于影响因素：提高流体速度（尤其是30～32 m/s）和颗粒浓度（0.2～0.5 kg/s）会显著增加冲蚀速率；较大颗粒直径会降低冲蚀速率，但直径超过0.09 mm后，该趋势减缓。冲蚀速率在30°冲击角时达到最大值。本研究为减少冲蚀并延长内置脉冲冲击器的使用寿命提供了参考。
Keyword:
Fluids
Materials
Wear
期刊
IF:
4.3
论文数:
3.4W
被引数:
9.8W
机构
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