泡沫压裂液的两相欧拉颗粒流数值模拟

从两相流的角度出发，将泡沫压裂液的气相处理成气泡相并建立两相欧拉颗粒流模型来研究泡沫压裂液的流变性．研究发现：气泡尺寸随剪切速率增加而减小是泡沫压裂液呈剪切稀化的重要原因，泡沫压裂液的黏度及非牛顿流体性质主要由气泡相黏度产生；气泡间的摩擦和碰撞是泡沫压裂液黏度急剧上升的主要因素，摩擦产生的黏度在高气相体积分数时占主要地位；两相之间基本没有相间滑移速度存在，两相的湍流脉动动能随气相体积分数的增加而增加，管壁附近的湍流脉动动能最大；有效黏度的模拟值与实验结果基本吻合，但模拟值稍微偏大，这可能是因为实际泡沫压裂液中的气泡在剪切场中发生了破碎和变形．但是，该两相流模型不能用于气相体积分数大于65％以上的泡沫压裂液．     

氮气泡沫压裂液体系在水平管段中的流动规律

根据泡沫压裂液体系含有气体和液体两相这一特性,设计了一套室内泡沫流体管式流变仪,进行了泡沫压裂液体系在水平管段的流动规律研究,得到了泡沫压裂液体系在实验管段的微观结构;并对泡沫质量对泡沫压裂液体系的流变性影响进行了研究。实验结果表明,泡沫压裂液体系随着泡沫质量的增加,管路中的压降先增加后减小;并且泡沫质量较小时很难得到稳定的泡沫;泡沫质量在40%~75%之间能得到稳定的泡沫;用幂律模型研究泡沫压裂液的流变特性,得到泡沫压裂液体系的流变方程。结果表明,随着泡沫质量的不断增加,泡沫压裂液体系的稠度系数不断增加,流变指数不断减小;并且随着剪切速率的增加,表观黏度不断降低,对于研究泡沫压裂液在井筒中的流动具有一定的价值。     

C02泡沫压裂液两相流流动特性的试验研究

通过大型高参数泡沫压裂液试验回路首次详细研究了实际压裂条件下CO2泡沫压裂液的流变特性，得出了实际压裂条件下C02泡沫压裂液流变参数的计算关联式，从而为低渗油气藏泡沫压裂技术的有效实施提供了试验依据。研究表明：在实际施工条件下，CO2泡沫压裂液具有剪切稀化性质，可用幂律模型来描述；其有效粘度随剪切速率、温度的增高而减小，随压力、泡沫质量的增大而增大；相对而言，温度和泡沫质量对流变参数的影响比压力的影响明显，在该试验范围内，温度和泡沫质量对流变参数的影响呈指数规律变化。     

应用幂律和改良幂律模型研究干法泡沫压裂液流变性

为了正确认识压裂液的流变特性,模拟高压高剪切速率实际压裂施工条件下,在大型高压泡沫压裂液实验回路上对改良的干法压裂液的流变特性进行实验研究,并用幂律模型和改良幂律模型对实验数据进行了处理.结果表明:当剪切速率和温度升高时,改良的干法压裂液流动变顺畅;当压力和泡沫质量增加时,其流动性变差.改良幂律模型中引入的比容膨胀率能包含温度造成的体积膨胀影响,但不能包含泡沫质量的影响,因为当泡沫质量高于70%时,泡沫质量增加带来的泡沫结构的变化没有考虑在比容膨胀率中.     

CO2泡沫压裂液两相流流动特性的试验研究

通过大型高参数泡沫压裂液试验回路首次详细研究了实际压裂条件下CO2泡沫压裂液的流变特性,得出了实际压裂条件下CO2泡沫压裂液流变参数的计算关联式,从而为低渗油气藏泡沫压裂技术的有效实施提供了试验依据.研究表明:在实际施工条件下,CO2泡沫压裂液具有剪切稀化性质,可用幂律模型来描述;其有效粘度随剪切速率、温度的增高而减小,随压力、泡沫质量的增大而增大;相对而言,温度和泡沫质量对流变参数的影响比压力的影响明显,在该试验范围内,温度和泡沫质量对流变参数的影响呈指数规律变化.     

GRF-CO_2清洁泡沫压裂液流变特性实验研究

基于管式流变仪原理,使用大型高温高压泡沫压裂液实验系统,对GRF体系的CO2清洁泡沫压裂液流变特性进行了详细的实验研究,研究了其流变特性受温度、泡沫质量、剪切速率和压力影响的规律,得出了压裂液流变参数的计算关联式,GRF-CO2清洁泡沫压裂液流变指数、流变系数的计算关联式平均误差均小于10%,能够满足实际工程需要。     

液相性质对泡沫流变特性的影响

采用同轴圆筒旋转粘度计,测定了泡沫流体的剪应力和剪切速率,并用回归分析方法求得流变特性参数。结果表明,泡沫流体本构方程可用Herschel-Bulckley模型表示。泡沫气含率和液相非牛顿特性对流变特性参数影响明显。     

泡沫印花浆的流变本构方程

泡沫浆的流变性是泡沫的重要宏观性质之一,对泡沫印花尤为重要。本文较深入研究了泡沫浆的流变性,根据泡沫浆结构,流动特性,运用张量分析的方法,首次建立了剪切流场中泡沫浆流变本构方程: 方程包括了影响泡沫流变性的主要因素——空气含量φ,给出了空气含量φ、切变速率γ_(xy),与泡沫浆表观粘度定量关系,从而可从理论上预测泡沫浆的流变性。研究表明,本构方程的理论预言与实验结果一致。     

基于Cross本构方程的裂缝内清洁压裂液支撑剂铺置行为数值模拟

支撑剂在裂缝中的铺置行为直接决定着压裂增产效果。以提高支撑剂在裂缝中的携砂能力为目的,采用流变仪研究了黏弹性表面活性剂清洁压裂液的流变特性,运用Cross非牛顿流体本构方程拟合得到了清洁压裂液的流变参数,基于Eular-granular颗粒动力学方法研究了支撑剂在清洁压裂液中的运移特性。模拟结果表明,Eular-granular颗粒动力学方法模拟结果与室内实验吻合较好,能够描述裂缝内砂堤铺置行为。对清洁压裂液而言,零剪切黏度越高,剪切稀化性越低,结构松弛时间越小,其携砂性能越好;采用低密度、小粒径的支撑剂可以有效降低缝内砂堤平衡高度,延长支撑剂的铺置距离,减少裂缝内近井段支撑剂的堆积,防止返排时产生回流。     

基于广义Kelvin模型的三维流变损伤本构模型

岩石加速流变阶段蠕变损伤引起的附加蠕变是导致岩石破坏加快的重要原因．以一维广义Kelvin体应力应变关系为基础,推演三维流变本构方程,并引入Kaehanov损伤演化方程,建立了基于广义Kelvin模型的三维流变损伤本构模型．通过对花岗片麻岩三轴流变试验结果的模拟,验证了该模型的有效性．结果表明：基于广义Kelvin模型的流变损伤本构模型可以反映花岗片麻岩的减速蠕变和等速蠕变过程,并且可较理想地反映加速蠕变过程．     

泡沫铝发泡过程中气泡的稳定性

对采用粉末冶金法制备泡沫铝材料过程中气泡稳定性对发泡效果的影响进行了研究,对影响气泡稳定的因素进行了分析.确定熔体的黏度与氢化钛分解是决定气泡稳定的主要因素.采用在铝硅合金粉末中加钙来增加熔体黏度,控制熔体的表面张力;通过控制氢化钛加入量来控制氢化钛分解释放出氢气的量;控制发泡时间,使发泡在气泡的稳定时段内进行;保持气泡内气体压力与气泡表面张力的平衡,可获得孔结构均匀、密度适合的泡沫铝材料.     

近刚性圆柱水下爆炸气泡动力学特性研究

针对刚性圆柱附近水下爆炸气泡的动力学特性进行了研究. 基于Navier-Stokes方程结合流体体积法捕捉气液两相界面,建立了数值模型;采用电容器放电产生水下爆炸气泡并用高速摄像机记录了气泡的脉动,并将实验结果与数值模拟结果对比验证了数值模型有效性. 通过数值模拟得到了气泡与刚性圆柱相互作用的流场细节信息. 结果表明:气泡在刚性圆柱附近脉动使得刚性圆柱表面流体介质存在速度梯度,速度较大的流体液层冲击气泡形成不同的气泡形状. 定义了一个量纲一的距离参数来表征气泡与刚性圆柱之间的相对距离,研究了距离参数对射流冲击压力、最大射流速度及气泡型心运动的影响. 随着距离参数的增大,射流冲击压力逐渐减小,气泡内部最大射流速度先增大后减小;气泡型心的偏移随距离参数的增加而减小.      

泡沫-聚合物复合体系性能及长期稳定性评价

针对稳泡剂对泡沫体系XHY-4作用,开展了复合泡沫体系性能及长期稳定性评价实验。实验结果表明,当XHY-4有效浓度为0.15%、稳泡剂HPAM浓度1 200 mg/L时,复合泡沫体系较单一泡沫体系的发泡能力没有明显变化;但稳定性有很大提高,析液半衰期和泡沫半衰期增幅分别为119%和131%,并且随温度和矿化度的增大,泡沫稳定性降低;复合泡沫体系的稳定性与稳泡剂HPAM视黏度随老化时间变化具有相关性,均表现为随老化时间的增加,先呈缓慢下降趋势再大幅减少;第30 d和第60 d稳泡剂HPAM的黏度保留率分别为70%和16.6%;而较未老化时的析液半衰期分别下降23.4%和30.6%,泡沫半衰期分别下降9.52%和42.4%。驱油实验结果表明复合泡沫体系较单一泡沫体系更能够提高采收率,其增加幅度达5.43%;但复合泡沫体系提高采收率幅度随老化时间的增加而减小。     

气体对阴离子表活剂压裂液破胶实验研究

阴离子表活剂压裂液是新型清洁压裂液，原油和地层水对其破胶机理与实验研究已相当充分，但气体对其破胶作用至今研究很少。为解决阴离子表活剂压裂液在压裂应用中的障碍，研究采用一套实用的实验流程，评价了天然气、氮气、二氧化碳三种常见气体对阴离子表活剂压裂液的影响。实验证明，三种不同的气体对阴离子表活剂压裂液的降粘幅度存在较大的差别，其中，二氧化碳气体对阴离子清洁压裂液降粘幅度最大，可使交联液体彻底破胶，天然气对阴离子型表活剂压裂液降粘幅度较小，氮气对阴离子压裂液的粘度几乎没有影响，氮气和天然气可以使液体泡沫化，从而有利于返排。实验结果为优化压裂设计提供了依据，可有效提高现场压裂施工成功率。     

气体对阴离子表活剂压裂液破胶实验研究

阴离子表活剂压裂液是新型清洁压裂液,原油和地层水对其破胶机理与实验研究已相当充分,但气体对其破胶作用至今研究很少.为解决阴离子表活剂压裂液在压裂应用中的障碍,研究采用一套实用的实验流程,评价了天然气、氮气、二氧化碳三种常见气体对阴离子表活剂压裂液的影响.实验证明,三种不同的气体对阴离子表活剂压裂液的降粘幅度存在较大的差别,其中,二氧化碳气体对阴离子清洁压裂液降粘幅度最大,可使交联液体彻底破胶,天然气对阴离子型表活剂压裂液降粘幅度较小,氮气对阴离子压裂液的粘度几乎没有影响,氮气和天然气可以使液体泡沫化,从而有利于返排.实验结果为优化压裂设计提供了依据,可有效提高现场压裂施工成功率.     

页岩气低伤害超临界CO2凝胶压裂液研究

针对常规水压裂液会对页岩造成伤害，容易产生水锁，不易返排，还造成水资源消耗和污染环境等问题，制备了低伤害二氧化碳凝胶压裂液。将自备的F2EU和F4EU增稠剂加入到超临界CO₂基液中，探究两种增稠剂的加入量对CO₂凝胶压裂液黏度的影响，综合考虑成本与效果，优选了2%的F4EU增稠剂，可将CO₂的黏度增至15.4 mPa·s。研究了温度、压力以及剪切速率对凝胶压裂液黏度的影响。实验结果表明，随着温度升高黏度总体降低，但中间出现一个短暂升高阶段；随着压力上升压裂液黏度增加；随着剪切速率的增加压裂液黏度下降，属于一种典型的剪切变稀的假塑性流体。F4EU超临界CO₂凝胶压裂液的平均伤害率为1.39%，远远小于常规压裂液对岩芯的伤害率。实验表明，F4EU超临界CO₂凝胶压裂液在页岩气压裂开采中具有良好的应用前景。     

静止液体中顶部浸没管口处气泡形成的数值预测

综合分析气泡的受力,基于动力学平衡建立了长大-脱离的两阶段气泡运动方程.对顶部浸没管口处形成气泡的尺寸进行直接数值预测.分析了气体流量、管口内外直径以及表面张力、液体粘度和液体密度对气泡尺寸的影响.并将计算结果与实验结果进行了对比,两者吻合较好,变化趋势一致.研究表明:气泡尺寸随着气体流量以及管口的内径和外径的增加而增大.气体流量和管口内外径都是影响气泡尺寸的重要因素;在一定气体流量下,气泡的直径随着表面张力和液体粘度的增加而增大,而随着液体密度的增加而减少;随着气体流量的增加,液体粘度对气泡尺寸的影响增强,而液体密度以及表面张力对气泡尺寸的影响减弱.