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随钻测井仪流道转换器优化设计与数值分析

药晓江 卢华涛 尚捷 王清华 李洋

药晓江, 卢华涛, 尚捷, 王清华, 李洋. 随钻测井仪流道转换器优化设计与数值分析[J]. 石油钻探技术, 2021, 49(5): 121-126. doi: 10.11911/syztjs.2021069
引用本文: 药晓江, 卢华涛, 尚捷, 王清华, 李洋. 随钻测井仪流道转换器优化设计与数值分析[J]. 石油钻探技术, 2021, 49(5): 121-126. doi: 10.11911/syztjs.2021069
YAO Xiaojiang, LU Huatao, SHANG Jie, WANG Qinghua, LI Yang. Optimization Design and Numerical Analysis of Flow Passage Converters in LWD Tools[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2021, 49(5): 121-126. doi: 10.11911/syztjs.2021069
Citation: YAO Xiaojiang, LU Huatao, SHANG Jie, WANG Qinghua, LI Yang. Optimization Design and Numerical Analysis of Flow Passage Converters in LWD Tools[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2021, 49(5): 121-126. doi: 10.11911/syztjs.2021069

随钻测井仪流道转换器优化设计与数值分析

doi: 10.11911/syztjs.2021069
基金项目: 国家重点研发计划项目“深海关键技术与装备”子课题“大直径旋转导向钻井系统装备研制与示范作业”(编号:2017YFC0307100)部分研究内容
详细信息
    作者简介:

    药晓江(1982—),男,山西晋中人,2006年毕业于山东理工大学车辆工程专业,2013年获北京航空航天大学车辆工程专业博士学位,中级工程师,主要从事旋转导向钻井系统及随钻测井仪器研发工作。E-mail:yaoxj4@cosl.com.cn

  • 中图分类号: P314

Optimization Design and Numerical Analysis of Flow Passage Converters in LWD Tools

  • 摘要: 随钻测井仪流道转换器流道截面设计不合理,不仅会造成随钻测井仪器内流道局部流场紊乱,致使仪器局部冲刷严重,造成仪器使用寿命缩短;还会导致仪器压力损失偏高,影响仪器的适用性。为此,采用CFD方法,对某型随钻测井仪流道转换器进行优化设计,并对4种设计方案进行了全三维数值模拟和对比,认为影响流道转换器流场性能的主要因素是扩张角和内流道截面积的连续性。最优设计方案的扩张角较小,内流道截面积连续,轴向速度下降更平缓,总压损失最小,流场流速分布更均匀。试验结果表明,流道转换器扩张角、内流道截面积不连续性与流道转换器流场分布均匀性呈负相关,与压力损失呈正相关;总压损失系数理论值与试验值对应的差值不大于0.076%,且变化趋势均与理论分析结果相同。研究结果为流道转换器的优化设计提供了理论依据。

     

  • 图 1  不同设计方案的流道转换器基本结构

    Figure 1.  Design schemes for the flow passage converter

    图 2  流道转换器流体计算域

    Figure 2.  Fluid computational domain of the flow passage converter

    图 3  流道转换器流体计算域网格划分

    Figure 3.  Grid division for fluid computational domain of the flow passage converter

    图 4  流通面积沿轴向的变化情况

    Figure 4.  Flow area variation in the axial direction

    图 5  流体轴向速度的变化曲线

    Figure 5.  Axial velocity variation of fluid

    图 6  纵截面湍流黏性云图

    Figure 6.  Turbulent viscosity nephogram of the longitudinal section

    图 7  出口截面轴向速度分布云图

    Figure 7.  Axial velocity nephogram of the outlet section

    图 8  水力循环测试装置

    Figure 8.  Hydraulic cycle test device

    表  1  流道转换器设计方案

    Table  1.   Design schemes for the flow passage converter

    设计方案α/(°)d/mm结构类型加工工艺
    原始设计4516 分体式,流道突变简单
    优化方案1456分体式,流道突变较简单
    优化方案2306分体式,流道突变较简单
    优化方案3200整体式,流道连续复杂
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    表  2  流道转换器4种设计方案流动压力损失计算结果

    Table  2.   Calculated flow pressure loss in four design schemes of the flow passage converter

    设计方案进口压力/kPa出口压力/kPa总压损失系数,%
    原始设计10 0009 853.81.462
    优化方案110 0009 880.81.192
    优化方案210 0009 886.01.140
    优化方案310 0009 959.30.407
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    表  3  流道转换器4种设计方案的流动压力损失试验结果

    Table  3.   Experimental flow pressure loss in four design schemes for the flow passage converter

    设计方案进口压力/kPa出口压力/kPa总压损失系数,%
    原始设计520.0512.01.538
    优化方案1585.0577.71.248
    优化方案2514.0508.01.167
    优化方案3477.0475.00.419
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-02-21
  • 修回日期:  2021-07-15
  • 网络出版日期:  2021-05-20
  • 刊出日期:  2021-10-18

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