钻井环空固液两相流压降模型理论分析

针对直井钻过程中环空内碉屑运移的特点，对环空中固液两相流动压降进行了理论分析。采用因次分析的方法综合考虑了影响压降的诸多因素，导出了固相摩阻系数与傅劳德数之间的关系，提出了总摩阻系数的理论设计者公式，修正了过去计算环空压降时忽略因相引起的压降，为准确进行水力优化设计提供了参考依据。     

环空加砂压裂管柱流体压降分析及现场应用

连续油管(CT)水力喷射压裂技术是提高低渗透油藏开发效率的一种重要手段。选择压裂作业连续油管时需要考虑连续油管及套管的强度及尺寸,不仅要保证压裂施工作业过程中管柱结构安全可靠,而且还要保证压裂施工中高压力、大排量要求。环空喷射压裂作业就是为了满足现场施工大排量而采取的一种有效措施,然而,增大环空排量会增加环空流体摩阻压降,摩阻压降又会直接影响地面设备选择、以及井下压裂作业成功与否。因此,针对连续油管水力喷射压裂环空流的流动特点,通过理论分析及现场数据回归的方法开展连续油管环空喷砂压裂环空流体压降分析,主要研究内容包括:连续油管偏心、流体流变参数对压裂液环空流压降规律研究。分析结果表明:连续油管偏心降低了环空流体摩阻压降,且影响明显;流变指数及压裂管柱尺寸增加,油套环空流体摩阻压降增加;压裂液环空流压降为清水压降的36%,根据校正Gallego F理论模型可以准确预测压裂液环空流压降梯度变化规律。研究成果可为连续油管环空压裂施工及设计提供理论指导。     

管内两相流沿程摩阻压降与单相摩阻系数

在两相流动阻力计算中至今还是广泛使用均相模型和分相模型法．在这两种模型中，将两相流动摩阻压降归结为单相流体摩阻压降与相应的两相摩擦因子的乘积，从不同来源得到了两组公式，能够反映不同流态下水力摩阻系数λ。两组公式在全部雷诺数Re范围内的良好吻合，证明在用两相流的均相和分相模型计算摩阻压降时，选用其中任一组公式均可得到比较可靠的结果     

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.     

提高固井过程中环空摩阻计算精度的方法

分析了固井过程中理论计算方法计算环空摩阻值误差较大的原因;在理论计算的基础之上,采用现场环空摩阻拟合、计算反演及最小二乘法,建立了排量和环空附加摩阻值的对应关系,以此估算出注水泥过程中精度更高的环空摩阻值;并且进行了现场应用的计算。结果表明,该方法拟合出的环空摩阻比理论计算值精度更高,以此推算的泵压与实际的泵压值相比最大误差仅为4.86%。该方法计算简便、准确,对固井设计和固井安全具有一定的实际意义。     

倾斜偏心环空中宾汉流体层流流动

本文应用流体力学中的运动微分方程,建立了宾汉流体在倾针偏心环空中的层流流动模型。通过求解徽分方程得出了宾汉流体在该流动条件下的精确流速分布公式,并由此分析了倾针偏心环空宾汉层流流动特征,然后证明了当环空流速较高时,也就是当宾汉流体的屈服值г。与单位长度压降的比值较小时,宾汉流体层流最大流速“半径”P近似等于相同条件下的牛顿流体最大流速“半径”p1。文中也分析了由此产生的误差,结果表明当屈服值T。与单位长度压降的比值小于或等于0.01米时,相时误差不超过1,27%;最后进一步提出了精确计算该流动条件下的宾汉层流流量公式及压降公式。     

稀相气固两相垂直管流内的固相浓度和粘度

在忽略径向惯性力和粘性项的条件下，建立了稀相气固两相垂直管流内充分发展段的固相浓度分布模型，并在对模型进行分析的基础上，得出了浓度分布模式的成立条件．运用Ｈｉｎｚｅ－Ｔｃｈｅｎ公式及混合长理论得到固相湍流粘度的计算模型，通过计算得到固相湍流交换系数随Ｒｅｇ、ｄｐ／Ｄ及等数的变化规律．     

稀相色固两相垂直管流内的固相浓度和粘度

在忽略径向惯性力项的条件下，建立了稀相气固两相垂直管流内充分发展段的固相浓度分布模型，并在对模型进行分析的基础上，得出了浓度分布模式的成立条件。运用Ｈｉｒｚｅ－Ｔｃｈｅｎ公式及混合长理论得到固相湍流粘度的计算模型，通过计算得到固相湍流交换系数随Ｒｅｇ，ｄｐ／Ｄ及ρ＾－ｐ／ρ＾－ｇ等数的变化规律。     

低温工质双相流加速压降与摩阻压降的比较

本文研究了低温工质双相流加速压降与摩阻压降的问题。用均相流模型进行了分析,另外采用Steiner对液氮的压降试验结果,设法分解出加速压降和摩阻压降两部分,并与理论分析结果进行比较。研究结果给出了热流密度、压力、质量流速、干度诸因素对压降比的影响,以及均相流模型的适用范围。     

屈服幂律流体螺旋层流流动压降简化模型#

钻井过程中环空流动压降的准确预测能够为井底动压力的精确控制提供理论依据,避免出现因井底压力控制不当而导致的溢流、井漏乃至井喷等井下复杂情况。当前国内外学者针对不同钻井条件下的流动压降开展过大量的理论和实验研究,但现有研究成果很难实现螺旋层流流动压降的准确便捷预测。为了实现螺旋层流流动压降的准确便捷预测,在基于数值模型预测结果的基础上,建立屈服幂律流体螺旋层流流动压降预测简化模型,并利用仿真模拟和室内实验结果对简化模型的有效性进行了验证。结果表明:屈服幂律流体同心环空螺旋层流流动压降简化模型预测结果与实验结果和仿真模拟均吻合较好,简化模型预测误差仅为±5%。     

不同截面微通道中流动阻力特性

实验研究了微通道内去离子水的流动阻力特性,微通道当量直径范围De=0.210～1.069mm,雷诺数范围Re=102～104,截面形状分为矩形、半圆形及三角形.通过测量微通道沿程压降及出、入口局部压降随流量变化关系,获得了沿程阻力系数及局部阻力系数.结果表明:当截面形状相同时,摩擦阻力系数随着当量直径的减小而降低;当量...     

基于动态摩阻的大落差输油管道 不稳定流动模拟

大落差输油管道高程起伏大,压力波动大,易由停泵、关阀等工况引发不稳定流动,导致管道局部压力降低和油品气化,引发弥合水击等现象。为准确预测大落差管道不稳定中流动压力、流量的变化,基于连续性方程、动量方程和能量方程,建立了大落差管道不稳定流动分析模型;结合Brunone-Vitkovsky动态摩阻模型,描述不稳定流动过程中的液体惯性加速带来的附加摩阻损失;采用特征线法和有限差分法求解模型。以某大落差管道中间泵站停泵工况为例,分析基于稳态摩阻与动态摩阻仿真的管道不稳定流动特征。结果表明：在稳定流动工况下,基于稳态摩阻和动态摩阻计算的管道压力、流量参数是一致的,但是在不稳定流动条件下基于动态摩阻计算的压力、流量比稳态摩阻模型值偏低。因此,基于动态模拟方法分析大落差输油管道的不稳定流动,对于提高管道压力、流量等工艺参数的预测精度,制定更加有效的不稳定流动安全防护措施具有重要意义。     

环形流道内周向流对摩擦因子的修正公式

针对屏蔽电动机定转子环形流道内转子转动对其摩擦因子的影响作定量分析.搭建缩尺实验台,实验分析了不同转子转速下定转子间的压力分布规律.实验结果表明:转速的升高会引起压降增大,间隙环流的摩擦因子需要在经验公式上进行修正,分析拟合数据得到了修正系数与切向、轴向雷诺数比值的映射关系,从而推导出了环形流道内考虑周向流动下摩擦因子的修正公式.为了验证该公式的准确性与普遍性,利用计算流体动力学(CFD)软件对缩尺实验台与主泵屏蔽电动机定转子间的流场分别进行仿真,对比数值仿真与该修正公式所求得的摩擦因子,结果表明偏差在合理范围内.     

液态金属钠两相流动压降特性实验研究

对稳定的液态金属钠沸腾两相流动压降特性进行了实验研究和理论分析．得到了不同工况下液钠沸腾两相流动压降特性的实验数据，建立了环形通道内液钠两相流动压降特性计算模型Ｎａ－ＴＰＤＰ，并将Ｌｏｃｋｈａｒｔ－Ｍａｒｔｉｎｅｌｉ，Ｋａｉｓｅｒ－Ｐｅｐｐｌｅｒ，Ｃｈｅｎ－Ｋａｌｉｓｈ等人不同的两相摩擦压降倍增因子关系式进行了计算分析和比较．计算结果表明：Ｋａｉｓｅｒ－Ｐｅｐｐｌｅｒ的两相摩擦压降倍增因子计算式与文中的实验结果符合较好．     

陶瓷过滤器元件内的流动与结构设计准则

用一维定常流动模型研究了陶瓷过滤元件内的流动与压降规律。在此基础上,得到了陶瓷过滤器元件的内径与长度之比Ｄ／Ｈ应该遵守的两个准则,然后,用ＰＨＯＥＮＩＣＳ通用软件计算了陶瓷过滤器元件的三维定常流动。三维数值计算结果与一维定常流动模型的计算结果吻合,证明了作者推导的两个准则对于陶瓷过滤器的结构设计具有指导意义。     

无旁路和泄漏的管壳式换热器壳侧气液两相流动特性

对常温常压下无旁路及泄漏的ＴＥＭＡ—Ｅ型管壳式换热器壳侧气水两相流动特性进行了研究。结果表明：实际换热器中的流型转变及两相摩擦压降特性与理想管束模型的试验结果并非完全一致。针对实际换热器提出了流型转变的无量纲准则方程及两相摩擦压降的预测公式。     

矩形管道层流流动近似计算

本文利用变分方法推出了矩形管道中完全发展段层流流动的速度,继而讨论了矩形管道中的流量、沿程阻力系数和压力损失等。实验结果表明,本文的分析是可靠的。     

真空预压地基竖向排水体内流体的压降分析

基于上升单相流与两相流压降理论,分析真空预压地基竖向排水体内流体的压降规律,再根据真空预压地基排水体中流体真空度的现场试验,得到以下结论:真空预压地基内流体的压强沿流体运动方向逐渐减小;真空预压期间只有地下水相对压强为0的压力面(零压力面)以上的流体才有真空度,零压力面以下地基土体中只存在孔隙压力下降,流体不存在真空度;孔隙压力降低与流体真空度是完全不同的两个概念;真空预压地基竖向排水体内流体的总压降主要包含重力压降和摩阻压降,重力压降是流体在竖直方向的固有压降;抽真空期间竖向排水体内零压力面的降低深度是真空预压强度的直接体现.     

水平管内油滴分散流摩擦压降特性的实验研究

对水平放置的内径为40mm的钢管内的油水两相流进行了详细的实验研究。针对钢管内油水2相油滴分散流的流型进行了描述,从实验和理论2方面分别对含水率和混合流速等因素对油滴分散流摩擦阻力压降规律的影响进行细致分析。实验表明,含水率和混合流速是影响压降的主要因素,在不同流型下,同一因素对压降规律的影响也有所不同。