超临界CO2磨料射流流场影响因素的模拟分析

为了揭示超临界CO₂磨料射流流场特性，利用计算流体动力学模拟软件，对超临界CO₂磨料射流结构及不同因素对射流流场的影响规律进行了研究。结果表明:超临界CO₂磨料射流轴向速度和冲击力随着喷距的增大，先增大后减小，即存在最优喷距，喷射压差为10~30 MPa时最优喷距为3~6倍喷嘴直径；喷射压差一定时，围压由10 MPa增至30 MPa对射流速度场及液相冲击力会造成较小的负面影响。通过超临界CO₂射流破岩实验对上述2因素进行了辅助对比验证；流体温度由333 K增至413 K，固液两相轴向速度增大，而流体密度降低，导致液相冲击力减弱；磨料浓度由3.0%连续增至11.0%，射流固液两相轴向速度逐渐降低，降幅逐渐减小。     

超临界CO2直旋混合射流破岩特性的实验研究

超临界二氧化碳(CO₂)射流破岩既能降低岩石门限压力又能有效保护储层，直旋混合射流兼具直射流和旋转射流特点可提高破岩效率，基于此提出了超临界CO₂直旋混合射流的破岩方法。为了揭示超临界CO₂直旋混合射流破岩特性，设计加工出叶轮式直旋混合射流喷嘴，通过岩石定点冲击破碎实验对比了该射流与常规水射流的破岩效果，并研究了叶轮长度、叶轮中心孔直径、混合腔长度、喷射距离、射流压力等重要参数对超临界CO₂直旋混合射流破岩效果的影响。结果表明:相同实验条件下，该射流方法的平均破岩能力比常规水射流提高了42.9%；超临界CO₂直旋混合射流破岩易出现较大体积岩屑崩落现象；随着叶轮长度、混合腔长度、喷射距离的增大破岩效果均先增强后减弱，实验条件下上述参数存在最优范围值；叶轮中心孔直径的增大会导致岩石破碎孔深度增加、直径减小；随着射流压力的升高，超临界CO₂直旋混合射流破岩效果有着较为明显的提升。研究结果可为超临界CO₂直旋混合射流破岩方法的进一步研究提供实验依据。