武晓亚等-中国石油大学（北京）-天然气水合物直旋混合射流冲蚀性能研究

Session 1 - Oral 8

天然气水合物直旋混合射流冲蚀性能研究

武晓亚，张逸群，赵帅，惠程玉，李根生

中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京，102249

摘要：为提升水射流破碎开采天然气水合物的效率，推进海洋非成岩水合物商业化开采进程，本文结合收缩-扩张型空化结构和直旋叶轮设计了一种空蚀能力强的直旋混合射流喷嘴。基于计算流体力学方法建立了直旋混合射流和传统锥直型喷嘴射流的三维数值模型，对比分析了射流的速度、压力及气相分布特征；基于自主设计研制的天然气水合物生成及空化射流冲蚀可视化实验装置，开展了直旋混合射流及锥直型射流冲蚀天然气水合物沉积物实验，对直旋混合射流喷嘴进行性能测试。研究结果表明：直旋混合射流具有三维速度，即轴向速度、径向速度与切向速度，射流扩散性与卷吸掺混能力强；直旋混合射流具有更大的“负压”极值及分布范围，空化初生能力强，在剪切层内形成了大量包含空化泡的旋涡和空泡群，提升了射流的空蚀能力；直旋混合射流兼具正向冲击、径向张力及周向剪力作用与空蚀效应，同一入口排量下冲蚀水合物沉积物时在靶件内部形成了更大的冲蚀坑腔体，获得了更佳的冲蚀效果。本文设计了一种空蚀能力强的直旋混合喷嘴，提出了一套天然气水合物沉积物试样冲蚀坑孔深及孔径定量表征方法，为空化射流钻径向水平井+筛管完井一体化方法开采水合物的新思路提供理论依据。

关键词：直旋混合射流，天然气水合物，数值模拟，射流冲蚀，原位环境