井筒两相涡流场液膜动力学分析与涡流工具优化

井下涡流排液采气的理论研究相对落后于现场应用,井筒两相涡流场中同时存在液膜流动和液滴流动,目前缺乏井筒涡流场液膜的动力学研究。为此,根据井筒涡流场液膜流动形态特性和受力特性,开展涡流场液膜动力学分析,得到液膜垂向受力平衡方程式。借鉴环状流液膜理论,计算摩阻系数和平均液膜厚度等特性参数。用涡流场液膜垂向合力公式对螺旋角求导,计算垂向合力最大时对应的涡流工具最优螺旋角。实例分析表明,液膜动力学分析得到的最优螺旋角结果与液滴动力学分析结果相对差值小于8%,与数值模拟结果相对差值小于4%,计算结果可靠,可以指导涡流工具结构优化。     

井下涡流工具结构参数优化

涡流工具的作用是将气液进行分离,气液分离效果越好,涡流工具作用效果越好,为了提高气井涡流工具排液采气工具的工作效率和使用效果,进行了涡流工具的结构参数优化研究。运用SolidWorks和Fluent流体模拟软件,建立了涡流工具气液两相流场模型。从液相分布、切向速度、轴向速度三个角度分析螺距、导流叶片高度、内径、导程倍数、叶片数对涡流工具作用效果的影响,通过正交试验分析最优的涡流工具参数组合。结果表明,当涡流工具参数为：内径54mm、螺距200mm、叶片高度20mm、1倍导程、单叶片时,涡流工具作用效果最好。研究结果可以为现场涡流工具的优选和使用效果的提高提供依据。     

气井中涡流工具携液携砂效果模拟

为了解涡流工具同时携液携砂时流体的流动规律、压力分布、携液携砂效率、影响因素以及工作特性,对流体在涡流工具中的流动进行仿真模拟。对不同结构参数螺旋叶片的槽宽和槽深进行了组合,并对其作用效果进行仿真模拟,得到了涡流工具同时携液携砂的优化结构模型。分析了不同入口速度、气液比、砂粒直径下涡流工具对固相和液相的携带作用。结果表明:气井出水有利于气井携砂,气井含砂会影响涡流工具对液体的离心作用,但对气井的携液能力影响不大;相同工况下,液体更容易被携带流出;入口速度越大气井携液效果越好,入口速度变化对气井携砂的作用呈不规律变化;涡流工具可以降低气井携带固液两相的临界流速;砂粒直径越大涡流工具对固体和液体的携带作用均越小。     

水平井完井工具内流场研究及应用

为降低水平井砾石充填完井过程中携砂液流动冲击对完井工具造成的磨损,开展了完井工具内流场数值计算及结构优化研究。采用标准k-ε湍流模型对水平井完井工具内流场进行了数值计算,从速度场分布规律分析了流体对工具的冲击和磨损机理,得到了内部流场在20 mm、45 mm等截面的速度分布规律。研究结果表明,流体由喷孔流出后对环空侧面及底部产生冲击,20 mm截面处是受冲击最严重的区域,携砂液在喷砂孔的位置形成了复杂涡流,对套管壁和喷砂孔外侧壁均产生冲击磨损,数值计算结果与现场试验施工冲击磨损工况一致。据此设计了能降低冲击效应和磨损的六孔结构充填装置及全通径充填装置,提高了完井工具的使用寿命。     

射流涡流排水采气模拟实验台研制与应用

研制了新的排水采气模拟高压实验台,适用于研究低压低产气井的射流涡流排水采气工艺和观测井下油管、井底多相流体流动状态。分析了研究射流涡流排水采气工艺的重要性,介绍了该实验台的基本组成。为优化排水采气工具,设计开发了一系列射流涡流及组合工具的实验项目,举例说明其可行性,使实验装置提升为多功能、综合性的教学、科研平台。     

天然气水合物试采井筒−土壤三维非线性耦合模型研究

常规二维模型用于研究水合物井筒稳定性时,不能反映地层沉降变形对井筒的影响,为此,考虑渗流场、应力场和井筒内外压力场的多场耦合作用,研究水合物分解引起的储层特征参数在近井界面区域的时变特征;采用流固耦合理论,建立天然气水合物井筒?土壤三维非线性耦合模型,并以南海某水合物井为例,对井筒稳定性影响因素进行分析.研究结果表明:...     

复杂结构井数值模拟分段耦合模型

针对复杂结构井的油藏渗流特征和井筒流动特点,分别建立油藏质量守恒方程、井筒质量守恒方程和井筒动量方程,采用井筒分段的方法对复杂结构井进行分段、编号,并与油藏网格相匹配,结合数值模拟矩阵"镶边"处理方法实现复杂结构井油藏和井筒的耦合,利用全隐式方法进行求解。以鱼骨状分支井为例进行计算分析。结果表明,复杂结构井分段耦合模型能够充分体现油藏渗流和井筒变质量流的相互影响,改进后的数值模拟软件可以满足复杂结构井生产动态模拟的需求。     

导流叶片数量及排布方式对涡流工具性能的影响

为了从导流叶片数量及排布方式两方面对涡流工具结构进行改进,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,研究了不同导叶数量及排布方式下涡流工具下游流场速度分布、压降动态和旋流强度衰减特性。结果表明:环形排列方式下,涡流工具下游流体平均切向速度随导流叶片数量的增加而增大,流体压力梯度和旋流强度衰减速率随导叶数的增加而减小,连续排列方式则正好相反。12叶片环形排列式涡流工具下游流场压力梯度和旋流强度衰减速率均小于单叶片涡流工具,可尝试将目前常用的涡流工具改进为12叶片环形排列式涡流工具。     

承压式溢流井淤积实验研究

为研究承压式溢流井的淤积规律,通过模型实验实测了井底面速度分布,并据此计算出相应的床面切应力.根据相似准则进行泥沙沉积实验,得到不同工况下的泥沙沉积分布.结果显示,溢流井内流场在恒定流工况时由一对大致对称的椭圆形涡流组成,而且涡流周围区域的紊动能及切应力均较大,其冲刷力亦较强,泥沙难以沉积下来.涡流中心和四周角落区域的切应力及冲刷力较小,有大量泥沙沉积.分析比较泥沙沉积位置与切应力分布,即可估计出模型沙的临界切应力值为0.05～0.07 N/m2.     

背叶片对固液两相螺旋离心泵轴向力与流场的影响

基于相对坐标系下的雷诺时均N-S方程和RNG湍流模型,采用非结构化混合网格技术和SIMPLEC算法,对带有叶轮背叶片的螺旋离心泵进行全三维数值模拟.通过改变叶轮背叶片数目和宽度设计出5种不同螺旋离心泵叶轮方案,并分别以清水和固液为介质,对各种方案下泵内流动进行全三维数值模拟,获得螺旋离心泵叶轮无背叶片和不同背叶片数目及宽度下流场及轴向力变化趋势和规律.结果表明:清水介质以及不同固相颗粒体积分数下轴向力具有几乎一致的变化规律,且轴向力大小随固相颗粒体积分数的增大而增大.背叶片对叶轮轴向力大小和方向均有影响,背叶片数目、宽度对于平衡轴向力均存在最优值且对后腔及蜗壳内部流动有较大影响.背叶片对后腔间隙及蜗壳内固相颗粒体积分数分布及压力分布影响较大.背叶片消耗一定的轴功率,其宽度变化对轴功率影响较大,数目对轴功率的影响有最优值.     

苏25井区产水气井分析及泡沫排水技术应用

随着苏里格气田的开发,地层压力不断下降,气井普遍产水,且大部分井积液状况不明,影响了排水采气的效果。针对苏25井区的生产现状,从压力、产量的变化和气藏物性等方面分析了积液和未积液井的生产特征,未积液井一般物性较好,或处于主砂带内部,生产能力和生产稳定性较好;积液井一般物性较差或处于主砂带附近,生产能力和生产稳定性较差。利用常用的临界携液流量模型--圆球液滴模型和椭球液滴模型,结合井区气井实际生产动态特征,对比了两种模型的计算结果,椭球携液模型与实际情况符合程度较高。简要介绍了目前苏里格气田常用的泡沫排水采气工艺并结合典型井分析了该工艺的效果。     

气液旋流器的分离性能

旋流器内气液两相的分离过程是液滴离心沉降和碰撞聚结、破碎的复合过程.对液滴的聚结、破碎机制进行分析,试验验证液相物性、流场强度对液滴聚结、破碎以及旋流器分离性能的影响.结果表明:液相黏度对涡流场中液滴的破碎影响很大,黏度增大分离效率上升;湍流强度是导致旋流场液滴破碎的主动力,当流量达到一定值时,高湍流强度导致液滴破碎,分离效率随流量上升开始急剧下降;液滴聚结、破碎过程对分离器压力降影响不大.     

小直径电潜泵排水采气技术研究与应用

产水气井生产后期井筒积液严重,严重影响了气藏的开发.为了降低气藏的报废压力,提高气藏的开发效果,采用小直径电泵排水采气工艺技术,对采气方式进行参数优化设计.内容包括泵型选择、设计泵、电机型号选择、电缆的选择及保护、地面电压的确定以及控制屏和变压器规格的确定.在太7井进行小直径电泵排水采气先导试验,取得了较好的效果.     

Numerical simulation for gas and liquid particles flowing rule in spray fluidized drying process

采用CFDesign进行干燥塔喷雾流化干燥模拟实验,分析干燥塔内气液两相流动特性与规律.简述CFDesign的性能与干燥塔模型,进行了干燥塔内气相速度场、压力场、应力场、涡流场、能量场的模拟实验;以及液滴速度场、速度场、压力场和运动轨迹的模拟实验;由实验获得的分布图与数据分析,得到气相速度、应力、压力大小与搅拌转速成正比,液滴在中心轴线和边界具有较大的速度等分布规律.     

涡流对船用柴油机喷雾燃烧及排放影响的数值研究

涡流对船用柴油机的喷雾燃烧及排放过程起着至关重要的作用.基于雷诺平均模拟方法(RANS)结合KHRT液滴破碎模型和CTC/Shell燃烧模型研究了涡流对船用柴油机喷雾燃烧及排放的影响.首先对重油喷雾进行标定,标定后模拟贯穿距与实验数据吻合较好;然后基于验证的喷雾模型,通过对比环境涡流下不同喷射角的喷雾形态、贯穿距、燃油蒸发质量和液滴平均粒径(SMD),研究了涡流对重油喷雾的影响.结果表明,涡流方向与喷雾方向相反或垂直时,涡流作用力可抑制喷雾轴向贯穿距的发展,增加了液滴与环境气体的相互作用进而促进喷雾雾化和蒸发;涡流与喷雾相切时,涡流可以促进喷雾轴向贯穿,但喷雾蒸发较差.进一步对CTC/Shell燃烧模型进行标定,标定后模拟放热率与实验数据吻合良好.最后基于验证的喷雾燃烧模型,研究了涡流比对船用柴油机喷雾燃烧和排放的影响.结果表明:一定范围内随着涡流比增大,喷雾液滴更加分散,喷雾气相蒸发加强,导致缸内燃烧更加剧烈,缸内最高爆发压力和最高温度升高,氮氧化物(NO_x)排放增多.     

储气库注采井井筒温度场预测与影响因素分析

随着冬季对天然气需求的持续增加,对储气库的调峰能力提出了严峻的考验,注采井作为连接地面与地下的通道,井筒温度受注采周期的影响发生变化,如何准确的预测井筒内温度变化,对于预测环空压力、保证油管和套管安全、水泥环密封性和储气库运行安全至关重要。本文根据流体力学中质量守恒定律、能量守恒定律和动量定理,将气体的压强、温度、密度和流速进行耦合分析,利用显式四阶Runge-Kutta数值求解方法,输出油管内气体不同深度的流动参数,并对影响油管内气体温度的敏感性因素进行分析,得到了储气库注气过程、采气过程、关井阶段温度分布规律。结果表明注气过程井底处温度受注气量影响较大,注气时间和注气压力对井底温度影响较小;在采气过程,井口处气体温度随采气量的增加而增大,油管内气体压力由井底到井口逐渐减小,并且随着采气量的增加,减小趋势越明显;在关井初期,油管内气体温度变化速率较大,随着关井时间的持续增加,油管内气体温度逐渐趋于地层温度,并且越接近于井口气体温度变化速率越明显。     

液压阀产生喷流噪声机理初步探讨

液压阀的喷流噪声,是指液压油流过阀口时由于节流作用,产生高速喷流而引起的涡流声和气穴声。本文对涡流、气穴的形成,涡流场压力、流速的分布及涡流剪切剥离流量进行了理论分析和计算;根据噪声源的一般特性,分析了液压阀高速喷流时声源的组成,并提出了高速喷流时辐射声级最高的气穴噪声发生的过程和方程及降低液压阀喷流噪声的措施。     

带电粒子螺旋运动电磁场设计

电子在电场中受电场力的作用,如果同时又磁场的影响,电子会受到洛伦兹力,两个力的作用使得电子的运动形态较为复杂,研究电子在场力作用下的运动,首先要用电场和磁场的基本性质,结合运动学方程,可以推导出电子的运动轨迹,在此基础上人们设计了回旋加速器,本文首先分析电子在其中一种场中的运动情况,然后讨论设计一种复合场,使电子在场力中做螺旋上升运动。     

地下储气库注采井温度压力耦合分析

地下储气库进行循环注气、采气作业,引起注采井筒温度、压力分布的交替变化,准确预测井筒温度、压力分布是优化设计管柱的基础。基于气体质量、动量、能量平衡方程和地层-流体径向非稳态传热模型,考虑气体的焦耳-汤姆逊效应,得到了井筒气体温度、压力、密度和流速的耦合微分方程组,采用四阶龙格-库塔方法数值求解。通过实例分析了注采工况下井筒的温度、压力分布特征及影响因素,并与Well Cat软件计算结果相比较,结果表明注气井口温度、注气压力、注采流量和作业时间影响井筒的温度压力分布。注气中,注入压力对井底压力的影响最大,对井底温度的影响很小;采气中,井口温度随流量的增加而增大,井口压力随流量的增大而减小;作业早期温度、压力随时间变化较大。     

大型汽轮发电机转子端部三维涡流场数学模型

以汽轮发电机转子端部涡流场的数学模型为例 ,论述了采用 A,Ф— A法 ,将三维涡流场有限元计算 ,引入汽轮发电机转子端部三维涡流场的分析中 ,并入了库仑规范 ,得出了涡流场的三维有限元方程