石油学报

作者：胡萧, 张逸群, 杜红星, 胡钊文, 武晓亚, 王海柱

单位：1. 油气资源与工程全国重点实验室,中国石油大学(北京) 北京 102249;2. 中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院 北京 102249;3. 中国石油大学(北京)石油工程学院 北京 102249

关键词：天然气水合物,液态二氧化碳射流,低温高压,马赫盘,气液相变

基金：胡萧,男,1998年8月生,2020年获中国石油大学(北京)学士学位,现为中国石油大学(北京)博士研究生,主要从事水合物钻完井和增产方面的研究。Email:huxiao199808@163.com

摘要： 天然气水合物资源分布于高压低温环境的深海沉积物和永久冻土层中,而CO2则被广泛应用于各类非常规油气资源的钻采工程,但在钻完井过程中井底环境液态CO2射流特性和调制方法缺乏系统研究。通过建立由空化和传热共同控制的CO2流体相变模型,对比分析了水合物井底压力温度条件下锥形喷嘴、收缩—扩张型空化喷嘴和自振空化喷嘴的射流速度和气相分布特征,揭示了CO2流体温度对射流质量流量、轴线速度和气相分布的影响规律。研究结果表明:天然气水合物井底的低温高压条件会抑制液态CO2射流相变和马赫盘结构的产生,流场存在明显的自激脉冲现象;3种喷嘴的空化云分别呈条状、扇形和梭形;相较于常规水射流,液态CO2射流消耗较少能量即可获得较高的射流速度;CO2流体温度对射流质量流量、轴线速度和气相演化周期影响较小,但对气相分布范围影响较大;收缩—扩张型喷嘴的射流速度更快,空化作用更强;提高流体温度会抑制射流的自激脉冲现象,促进外流场空化作用。

来源：2025年第2期

《石油学报》期刊编辑部

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