Sisko流变模型的钻井水力计算方法与分析评价

Sisko流变模式能够准确地描述钻井液流变性,基于广义流性指数给出了该模式水力计算模型。根据RabinowitshMooney方程给出了其管流流量方程,同时基于槽流模型给出了其同心环空流量表达式。根据管流特性参数,引入Reed与Pilehvari定义的管流有效管径,将其扩展应用到环空,定义了适用于该流体的新环空广义流性指数及有效管径。通过有效管径将Sisko流体管内、环空流动与牛顿流体管流流动相关联。通过理论推导给出了广义雷诺数表达式,该式不以广义流性指数是常数为前提,进而给出了流态判别模型,建立了统一的压耗计算模型,得到了适用于该模型的水力计算方法。通过与多组已公开发表的实验数据对比,运用该方法计算的压耗与实测数据吻合很好;说明运用此模型能够很好地预测非牛顿流体管内及环空流动压耗。     

幂律流体在倾斜旋转内管的偏心环空中层流流动近似解法

英国的Luo和Peden提出了用无穷多个不同外径的同心环空代替偏心环空来求解偏心环空中流体流动问题.本文用Luo-Peden方法对幂律流体在倾斜的同心环空中层流螺旋流和倾斜旋转内管的偏心环空中的层流流动问题进行了近似求解,得出了视粘度和速度分布函数、流量计算公式以及压力梯度方程.     

水平井段偏心环空中非牛顿流体层流流场的研究

对水平井段偏心环空中幂律流体和宾汉流体轴向流层流流场作了理论分析.把偏心环空视作变外径的同心环空.根据同心环空中流场分布规律.导出了水平井段偏心环空中轴向流速、剪切应力和剪切速率分布的数学表达式.并结合实验用非牛顿流体钻井液.绘制了各参数在偏心环空不同部位的分布规律曲线.解释了水平井段钻具的正偏心不利于岩屑携带的原因.并用实验结果验证了这一结论.初步建立了水平井段同心环空中层流螺旋流的微分方程.     

水平井段偏心环空中非牛顿流体层流流场的研究

对水平井段偏心环空中幂律流体和宾汉流体轴向流层流流场作了理论分析。把偏心环空视作变外径的同心环空，根据同心环空中流场分布规律，导出了水平井段偏心环空中轴向流速、剪切应力和剪切速率分布的数学表达式，并结合实验用非牛顿流体钻井液，绘制了各参数在偏心环空不同部位的分布规律曲线。解释了水平井段钻具的正偏心不利于岩屑携带的原因，并用实验结果验证了这一结论。初步建立了水平井段同心环空中层流螺旋流的微分方程。     

赫巴流体在圆管中流动状态的转变

用稳定性参数Y研究了赫巴流体在圆管中的流动状态,得到了确定其流动状态的判据,通过理论分析以及实验资料,对比其他2种流态判别准则计算结果表明,稳定性参数Y具有较好的适应性和准确性。     

偏心环空中Robertson-Stiff流体的波动压力计算模型

用窄槽流动模型模拟流体在偏心环空中的流动,结合流体流动的控制方程和Robertson-Stiff流体的流变方程,建立了稳态层流条件下的波动压力计算模型。利用自适应的辛普森积分法对其进行了数值求解,并对波动压力的影响因素进行了分析。结果表明,建立的Robertson-Stiff流体在偏心环空中的波动压力计算模型预测结果准确,采用的数值求解方法精度高,与已有的偏心环空波动压力计算模型结果对比误差在10%以内;在井眼环空处于完全偏心的情况下,波动压力梯度降低为同心环空的50%左右;当流性指数和管柱井眼尺寸比较大时,要对起下钻的速度严格限制。     

宾汉流体在钻井同心环空内轴向层流核及压降计算

针对石油钻井过程中钻井液在环形空间内的特点.对宾汉液体在钻井同心环空内轴向层流流动时流棱及流动压降进行了精确的理论分析.利用圆柱坐标系.导出了流场分布、流核尺寸及流动压降的理论计算公式.给出了便于现场应用的计算模式及有关的计算图表.有助于准确确定直井钻井过程中环空流核尺寸及流动压降.为更好地进行水力参数和钻井液流变参数设计,提供了参考依据.文中还从理论上对比分析了以前常用简化计算公式的计算误差.     

小井眼钻井环空压耗计算与分析

环空水力学是小井眼钻井的关键技术,通过对钻井水力参数的分析和研究,结合小井眼钻井的实际情况,采用合适的流变模式来描述小间隙环空中的流动规律。并应用非牛顿流体力学的基本原理建立偏心环空螺旋流模型,对小井眼情况下下的环空压耗进行了计算,进一步对小井眼环空中的压力损失进行了研究。所选择的模型层流时为偏心环空螺旋流模型,紊流时为考虑广义雷诺数、范宁摩阻系数、水力直径的模型。分别运用当量直径和水力直径,层流     

赫谢尔—巴尔克莱流体同心环空轴向流流核及压降计算

从理论上对赫谢尔-巴尔克莱(Herschel-Bulkley)流体在同心环空内稳定轴向层流流动时流核尺寸及流动压降的计算进行了精确的分析.从现场应用的角度出发,建立了圆柱坐标系中流核尺寸及流动压降的理论计算公式.绘出了利用弦截法和Romberg法计算出的流核数据.为钻井过程中更好地利用赫谢尔-巴尔克莱流变模式描述钻井液流变性能、计算环空层流流动压降及分析岩屑运移规律提供了理论依据.     

粘弹性流体偏心环空螺旋流的速度分布

聚驱螺杆泵采油井产出液是含有聚合物水溶液的油水混合物,这种产出液在螺杆泵采油井的抽油杆和油管所形成的环空中的流动可视为粘弹性流体偏心环空螺旋流。本文在利用变系数二阶流体描述粘弹性流体流变性的基础上,建立了粘弹性流体偏心环空螺旋流的控制方程。利用有限差分法对上述控制方程进行数值求解,得到了该流动的轴向速度、切向速度分布,并分析了环空内管自转速度、偏心度及压力梯度对轴向速度和切向速度的影响。     

局部狭窄圆管的形态与流动分离区域的关系

采用局部狭窄管内流体流动的Karman—Pohlhausen改进理论，提出了用压强参量的二次方程实根确定狭窄区域流动分离的判别式．选取不同的局部狭窄形状和流动参数，对判别式的计算结果表明，随雷诺数的增加，流动分离和再附着现象首先出现在狭窄管的舒张区，然后在收缩区也会逐渐产生．在舒张区域，随雷诺数的变化，理论计算的初始分离点、分离和再附着点更接近已有的实验结果．     

流体非线性碰撞研究初步--流体对喷

为了分析通风空调领域大量存在的流体对抗或对喷等复杂非线性行为,了解流体复杂对流运动的机理,本文运用计算流体动力学方法模拟了室内等温层流气流、室内等温湍流气流及水箱内等温湍流水流等3种典型流体对喷实例。模拟结果发现,对于层流流体非线性碰撞,流体粘性在低雷诺数时起主要作用;对于湍流气流非线性碰撞,流体流速在全雷诺数范围及不同流动结构时都起主导作用;对于湍流水流非线性碰撞,流体粘性在低雷诺数时能起作用,而随着雷诺数增高及流动结构复杂化,流场则由流速及粘性等多种因素主导、由此研究可以看出,从控制参数、流体物性参数等影响流体对流运动的本质因素来探讨流体的非线性碰撞规律,可以为流场合理布局提供理论参数．     

泡沫压裂液在裂缝内的层流流动

泡沫流体流变模式的研究表明幂律模式和H-B模式的层流流动完全能满足泡沫压裂液的实际流动.对于宽度相比于长度和高度来说相当小的裂缝,可以将其内部泡沫压裂液的流动简化为无限大平行平板的流动.本文将分别以幂律模式和H-B模式来分析不同流变模式对流动的影响.     

定向运动流体分子按速率分布律

对定向运动流体,建立流体分子按定向漂移速率分布的规律, 由之得出定向运动流体分子按分子横向运动速率分布所遵循的规律,以定向运动流体分子横向运动分量平均速率作为确定湍流现象发生的参数,从而构成了对用雷诺数可以确定湍流的微观解释.在定向运动流体中,建立流体分子按势能分布的规律.通过在定向运动流体中引入麦克斯韦速率分布律及玻耳兹曼分布律,确立了定向运动流体中分子所遵循的统计规律.     

电磁力控制圆柱体三维绕流场的脱体涡模拟

利用Maxwell方程组直接数值计算表面包覆电极与磁极圆柱体产生的电磁力分布,将其加入到动量方程中,采用脱体涡模拟(DES)方法,在雷诺数Re=3 900时,对电磁力作用下圆柱体在弱电解质中的绕流场结构及其升阻力特性进行了数值模拟与分析.结果表明,电磁力作用可提高圆柱体边界层内的流体动能,抑制流动分离的产生,减弱圆柱绕流场的三维特性,在电磁力作用参数达到某个临界值后,在圆柱体后方产生射流现象;同时,随着电磁力作用参数的增大,圆柱体压差阻力及其总阻力减小,但摩擦阻力增大,而且电磁力的作用还可以显著减小升力脉动幅值.     

不可压粘性流动N－S耦合方程的有限元解法──I理论

本文对不可压粘性流动非定常Ｎ－Ｓ方程组在耦合条件下应用有限元方法直接求解，并对在高雷诺数下如何提高计算的精度、稳定性以及收敛速度等方面进行了讨论，从而建立起不可压粘性流动Ｎ－Ｓ耦合方程的有限元解法．     

管内窄边扭旋元件诱导螺旋流的旋流强度分析

为了研究螺旋流在形成、发展及衰减过程中旋流强度的变化规律，采用数值模拟方法对管内置窄边扭旋元件诱导产生的螺旋流进行分析，得到了雷诺数和元件扭率对旋流强度的影响规律。结果表明：流体进入扭旋元件后，在元件两侧形成两个与主螺旋流旋向相反的二次涡流；流体流出扭旋元件后，旋流螺距经历一个由大变小，再由小变大的过程；在螺旋流形成发展阶段，雷诺数对旋流强度影响较小，旋流强度随着元件扭率的增大而迅速提高，由于惯性作用旋流强度在元件出口1/6元件长度处达到最大，该位置与雷诺数和元件扭率无关；整个螺旋流发展阶段旋流强度呈现一种指数变化规律；流体流过旋流强度最大截面后，由于流体粘滞力大于惯性力，旋流强度以近似线性的规律衰减，雷诺数越大衰减速度越慢，扭率对旋流衰减速度影响较小。     

具有抽吸/喷注的多孔壁圆柱管道内磁流体的流动

研究了水平方向存在磁场的可渗透圆柱形管道内稳态不可压缩流体的层流流动,通过引入流函数,将控制方程化为非线性常微分方程.假设抽吸/喷注雷诺数和磁场雷诺数均很小,将小雷诺数作为小参数,应用摄动法求解了问题的近似解,进一步研究了流体速度、压降及管壁表面的摩擦阻力系数.在磁场的影响下,主流方向的压降随着抽吸雷诺数的增加而降低,随着喷注雷诺数的增加而增加.壁面的摩擦阻力系数随着抽吸雷诺数或磁场强度的增加而降低.     

Heat Transfer Characteristics of Wavy-Wall Channels in Micropolar Fluids

IntroductionRecently micropolar fluids have received muchattention since the traditional Newtonian fluids cannot precisely describe the characteristics of fluidswith suspended particles. The theory formicropolar fluids and its extension tothermomicropolar…     

常曲率窄深型弯曲河流水流动力稳定特征理论研究

弯曲型河流是自然界最为常见的河流形态,河道中河床形态和河势单元的发展与水流流态转化密切相关.作为这方面的研究基础,以常曲率窄深型河流(河湾)为背景,对流动稳定性特征进行了研究,得到了弯道层流理论计算公式和临界雷诺数计算公式,对于弯道设计具有指导作用.与顺直河道相比,其稳定中性曲线沿坐标轴前移,失稳临界雷诺数增加,对扰动波数的响应范围减小,流动状态更易保持,为进一步研究河湾"点沙坝"和"自由沙坝"等河势单元的形态形成打下理论基础,丰富了非线性河流动力学理论.