基于迭代田口方法与CFD的负压射流洗砂装置结构优化及性能提升研究

《Scientific Reports》：Optimization of sand-carrying lifting performance in a negative pressure jet sand-washing device based on the novel iterative Taguchi method and CFD

　　

摘要

随着油井生产时间延长和含水率上升，产砂问题已成为中国鲁东地区（胜利油田）面临的主要挑战。若不及时清除井内砂粒，砂体堆积会导致地层出砂等严重问题。为减少砂粒沉积并提高效率，研究团队基于文丘里射流原理和受限空间射流理论，设计了一种负压射流洗砂装置，将射流洗砂与携砂提升相结合。由于该装置性能受其结构尺寸影响较大，研究团队采用计算流体力学（CFD）与正交试验方法对关键因素进行了分析。结果表明，喉径、喉长、扩散角、喉部与喷嘴距离及射流喷嘴出口圆柱段长度对性能有显著影响。为进一步优化装置性能，研究团队开发了新型迭代田口方法，并将其与CFD结合以优化关键结构尺寸。结果表明，影响携砂提升性能的因素按重要性排序为：喉径、扩散角、喉部与喷嘴距离、射流喷嘴出口圆柱段长度和喉长。经新型方法优化后的装置效率达到31.3%，优于未优化版本（24.2%）和传统优化版本（29.8%），验证了新型迭代田口方法的优越性。本研究为井下采砂装置提供了新的结构方案，并为机械装置优化提供了新方法。