非牛顿流体管流压耗计算的通用广义流性指数法

研究非牛顿流体管流的传统广义流性指数法是在假定广义流性指数n'为常数的前提下得到的。严格意义上只有幂律流体才符合这种情况,对于其它非牛顿流体只能做n'为常数的近似处理。另外,没有给出n'的通用计算方法,后来的研究都沿用n'为常数的假设。在总结分析传统广义流性指数法不足及前人研究基础上,对该方法进行了扩展应用。基于通用圆管流量方程给出了各流变模型管壁剪切速率、剪切应力计算方法,进而给出了n'的理论计算方法,这种方法不以n'是常数为前提,且适用于所有流变模式。在不假定n'为常数的情况下导出了广义雷诺数的一般表达式,建立了统一的压耗计算模型。与室内实验数据对比分析表明,该方法对非牛顿管流压耗具有很高的预测精度。该方法的提出为一些复杂但更为精确的流变模式在工程领域推广应用打下了良好的理论基础。     

不同流变模式钻井流体圆管层流压耗的通用精确算法

钻井工程常用的管流压耗分析方法计算精度低,且不能适应一些相对复杂的流变模式。在已知流变方程的条件下,利用通用圆管流量方程建立流量与管壁切应力或管壁剪切速率的精确关系式,通过该关系式由给定的流量求解管壁切应力,进而获得圆管层流压耗精确值。这种方法适用于所有流变模式的钻井流体圆管层流,具有普适性好、建模过程简单、模型精度高等特点;室内试验表明该算法相对于传统算法是一种更加精确的圆管层流压耗计算方法;该方法的提出为一些复杂的流变模式在钻井工程及其他工程领域的推广应用提供了良好的基础。     

一种新的高温高压流变性分析模型

钻井液流变性的准确分析与流变参数的准确计算一直是钻井水力分析与计算的基础,是提高井底压力计算精度的重要研究内容。基于高温高压流变实验数据,分析了旋转黏度计300 r/min和600 r/min下测量剪切应力随温度、压力的变化规律;进而建立了适用于各转速下高温高压(HTHP)剪切应力的通用预测模型,并给出了HTHP剪切速率预测模型系数的通用求解步骤。最后采用HTHP剪切应力预测模型对墨西哥湾一口实验井的合成基钻井液(屈服假塑性钻井液)进行了分析,同样具有很好的预测效果,表明该模型具有较广泛的适用性,可为高温高压井井底压力计算提供较为准确的HTHP流变参数。     

控压钻井气侵流动分析模型研究与应用

控压钻井(managed pressure drilling,MPD)发生气侵时,可通过实时动态压力控制在保持井底压力恒定的情况下实现气侵有效控制与安全排溢,气侵安全控制的关键是实时准确地井筒流动分析。通过理论分析建立了考虑侵入流体在不同类型钻井液中溶解析出影响的井筒气液两相流模型,考虑动态回压影响,给出了不同控压钻井模式下模型求解的初始及边界条件。基于有限差分法充分考虑不同控压模式下的压力动态调节对气体滑脱、相态变化的综合影响,给出了该模型的求解流程。运用全尺寸模拟井筒气侵测试数据对模型进行了验证分析,运用该模型对页岩气水平井控压钻井气侵控制进行了计算分析。结果表明,该模型具有较高的精度,能够很好地为控压钻井气侵控制与分析提供技术支持。     

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。