井筒气液两相流水击波速计算图版的研制与应用

为描述气井关井瞬间或产量调整过程中井筒压力波的变化,通过分析气井井筒水击产生机理,根据动量守恒定律和物质平衡原理,建立井筒气液两相流的水击波速计算模型。水击波速与流体各相的体积含量、流体密度、弹性模量、油管内径、油管壁厚等参数相关。通过分析主要参数对水击波速的影响,提出水击波速标准图版的绘制方法并绘制出水击波速图版,该图版能够查询井筒气液两相流在不同温度、压力和含水率下的水击波速。应用表明,水击波速图版查值与实测值平均误差为2.27%,能够精确地反映水击压力波速度大小,适合在水击参数计算中推广应用。     

欠平衡气侵与重力置换气侵特征及判定方法

在裂缝性碳酸盐岩地层中,地层气体以欠平衡或重力置换方式进入井筒形成气侵。对重力置换气侵和欠平衡气侵类型及进气量进行分析;基于气液两相流理论建立井筒气侵模型,改变边界条件计算精细控压钻井气侵期间井底压力和泥浆池增量的变化;通过改变井口压力观察泥浆池总量或出口流量的变化,分析井底气侵方式。结果表明:井口增加回压后,井底压力由欠平衡状态转变为过平衡状态,泥浆池增量略微增加,而重力置换气侵泥浆池增量保持原趋势增加,由此可以判断出井底的气侵方式;该判定方法在现场试验中得到验证,对精细控压钻井安全快速控制气侵有指导意义。     

高含硫化氢天然气气侵时的溢流特性

以四川某高含H2S气体的气井井身结构及钻井工况为基础,针对高含H2S气井溢流时的特点,考虑H2S在水中的溶解度,建立溢流期间环空各相流体的质量和动量守恒方程,并用有限差分法对方程进行求解。结果表明:H2S在井底的溶解度远大于CH4的,在距井口约360 m开始大量析出;H2S的含量越高,气体在上升过程中密度变化越大,气体开始剧烈膨胀的位置越接近井口;井底侵入气体量相同的情况下,H2S的含量越高,气体的膨胀倍数越大,泥浆池增量也越大,同时,刚开始气侵时H2S含量越高气相的体积分数越小,而到达井口后H2S的含量越高气相的体积分数越大,导致溢流检测的难度和井控的危险程度增加;高含H2S气井溢流时井底压力的下降值、泥浆池增量、关井套压小于纯烃类的,不能反映真实的气侵程度,而且随着时间的增加情况会更严重;高含H2S气侵时压井过程中套压值与纯烃类的相差不大,因此可以在井口施加一定的压力,抑制H2S气体的膨胀,减缓井喷事故的发生。     

随钻气侵检测新技术

简要介绍了目前国外最新采用的三种气侵检测技术的测量原理、测量装置和测量方法。这三种新技术均可在钻井的过程中实施随钻气侵检测，为处理井喷和其它井眼事故赢得宝贵时间。     

气侵期间岩屑运移规律研究

基于井筒多相流、传热学原理,综合考虑高温高压下天然气和钻井液物性参数变化,建立了环空气液固多相流数学模型,并采用多相流流动和井筒-地层传热耦合方法进行数值求解,着重进行气侵期间岩屑运移规律和敏感性参数分析。计算结果表明:相比泡状流,段塞流携岩能力较差,不利于维持井眼清洁;随着井口回压/循环排量的增加,气相体积分数逐渐减小,岩屑体积分数逐渐增加,而当流型发展为段塞流时,岩屑体积分数随井口回压/循环排量的增加而减小,而气侵量对其的影响正好相反;钻井液塑性黏度、机械钻速、岩屑粒径以及岩屑颗粒球形系数对气相体积分数基本没有影响,而对岩屑体积分数影响较大。     

旋流燃烧器气固多相流研究

本文采用数值模拟的方法对宁夏中宁电厂330MW亚临界锅炉燃烧器内气固多相流动进行了数值模拟。根据模拟出来的燃烧器内气固多相流速度场分布规律,分析得出这种新型旋流燃烧器的运行特性。     

气液两相流中压力波传播的实验研究

在含气率为0-0.7 m/s,折算液速为0-1.5 m/s范围内实验研究了气液两相泡状流和弹状流中压力波的传播.利用压力信号分析了气液两相流中压力波传播的速度和衰减特性,证明气液两相流中压力波的传播具有色散特性,其传播速度和衰减系数受含气率和扰动角频率的影响很大,而工质的折算速度对压力波的传播几乎没影响.     

气侵早期检测新方法

在复杂地层钻进时,地层中的气体会以重力置换、欠平衡气侵等方式进入井筒,现有的气侵检测方法主要有泥浆池液面监测、地面出口流量检测和气侵声波时差监测,但这些方法存在气侵检测效率低、不能进行早期识别预警等多种问题。针对气侵早期识别困难的难题,在考虑侵入气体物性随井筒中温度、压力变化的基础上,结合地层渗流,建立了气侵井筒传热与多相流动瞬态模型,给出了数值求解方法。通过对该模型求解,计算结果表明:在气侵过程中井底压力不断降低,并且随着气侵时间的增加,井底压力减小速率加快,与此同时,井底温度不断升高,环空返出口温度不断降低。根据该变化规律提出了以井底压力与井口温度相结合或井底温度与井底压力相结合进行气侵早期检测的新方法。     

水平管内气液两相泡状流压力波数学模型及其数值模拟

利用整体平均两流体模型,合理引入虚拟质量力、粘性剪切力和拖曳力引起的界面动量交换等封闭条件,建立了水平气液两相流动中压力波的数学模型.根据小扰动原理和线性一阶齐次方程组有解的条件,得到水平气液泡状流的压力波色散方程.色散方程的计算结果与前人实验数据显示很好的一致性.进一步的数值计算,系统分析了含气率、系统压力、壁面剪切应力、扰动频率和封闭条件中虚拟质量力、拖曳力对压力波传播速度和衰减的影响.结果表明:系统压力的降低、含气率的增加以及壁面剪切应力的存在,都会降低压力波的传播速度,并使压力波衰减加快;而扰动频率、虚拟质量力和拖曳力对压力波的影响,在低频和高频段差异很大.     

直井气侵后气液两相参数分布数值模拟

钻井过程中发生气侵后,由于压力、温度、偏差因子等参数变化影响,气体沿井眼滑脱上升的同时会伴有一定膨胀,而加剧井底压差,导致气侵量不断加大直至井喷.气侵直至井喷过程中井筒内为瞬态气液两相流动,研究气侵后井底气液两相参数发展变化规律及井底压力变化特征对认识井喷发生发展规律有重要的指导意义.以甲烷-钻井液为循环介质,在接近井底实际工况情况下对气侵发生直至井喷过程进行了数值模拟,模拟计算了不同气侵量下气侵不同阶段的流型变化规律、井底压力变化规律、速度分布,并取得了初步认识.     

气波增压器进气压力的波动对转子流场的影响

介绍了柴油机排气压力的测量方法,计算分析了气波增压器进气即柴油机排出的高压燃气的压力波动对增压器转子流场的影响。探讨了高压燃气平均压力和脉劝度与高压燃气进入转子的深度及扫气角度之间的关系,经回归分析得出三者间的相关方程。推导了平均压力和脉劝度的允许范围,为最大限度地利用高压燃气的能量指明了途径。     

溶解气驱油藏油气多相试井分析方法研究

根据溶解气驱油藏的渗流特征,指出该类油藏在高生产气油比情况下,沿用单相油井或单相气井的试井分析方法,进行解释均导致较大的方法误差,必须考虑油气多相流特性。应用物质平衡原理建立多相渗流数学模型,通过定义拟函数将多相渗流方程变换为单相流体渗流方程相似形式,从而为多相流试井分析提供实用方法;分析讨论了利用相对渗透率曲线的拟函数处理方法在实际应用中所面临的困难,提出利用现场生产数据计算相对渗透率和拟函数处理的新方法,该方法所需相关参数少、计算稳定;通过软件实现与现场资料分析表明,应用现场生产数据计算相对渗透率和计算拟函数的新方法,其解释结果可靠。     

垂直气液两相管流中的空隙率波测量

在直径为112.5mm, 长度12m的垂直管中,利用阻抗式空隙率计对垂直气液两相管流空隙率波进行了测量。结果表明连续相表观流速和管径对流态的演化和空隙率波的传播特性有较大的影响。连续相表观流速大,泡状流失稳的临界含气率低;管径大,空隙率波的传播速度高。分析结果表明流动湍流度对流态的演化起非常重要的作用。对空隙率波的分析表明不同流态的空隙率波的PDF和频谱曲线具有不同的特征;含气量越高,空隙率波的频率越趋于单一。     

膛内压力波的实验研究及动力学模拟

本文将药粒床当作开尔芬(Kelvin)型粘弹体,从理论和实验上分析膛内压力波形成的特征,并用富里埃(Fourier)积分研究压力波的频谱结构。采用具有冲激响应的二阶动力学系统模拟膛内压力波的变化规律,其结果与实测的压力波曲线相比具有良好的一致性。     

水-气二相流本构模型参数的反演识别

在地下水多相流问题的模拟研究中,需要确定各相流体的本构模型参数.为此,首先通过非稳定水-气二相流试验获取砂土中水-气二相流动过程的试验数据,然后建立考虑水相、气相流动及相互溶混的水-气二相流数学模型,采用Marquart-Levenberg最优化算法建立水-气二相流本构关系模型参数反演模型,结合非稳定水-气二相流的试验数据,对水-气二相流本构关系模型（VG和VGM）参数进行了反演识别,得到了与试验中土样相关的水-气二相流本构关系模型参数的最优估计值.将所得到的水-气二相流本构关系模型参数的最优估计值代入到水-气二相流数值模拟模型中,对该非稳定水-气二相流试验过程进行模拟,将对应的模拟值与试验过程的观测值进行对比分析,二者吻合较好,证明了最优参数估计值的准确性和参数反演识别模型的有效性.该研究成果可以为确定多相流系统中与各相流体（包括水相、气相和非水相流体（NAPL））有关的本构关系提供帮助和技术支持.     

非均质机场水泥道面板底脱空雷达波响应

为研究机场刚性道面配筋与非均质材料对板底脱空探地雷达波响应的影响规律,采用PFC3D离散元模拟和gprMax电磁仿真构建道面多相非均质电磁差分模型,进而建立板底脱空长度与脱空顶部反射波幅值的函数关系.研究结果表明：雷达波信号在非均质中的波场快照和剖面图呈现随机扰动特征,含水脱空回波信号受非均质材料衰减作用影响显著;脱空与钢筋层间形成能量团,增强了脱空回波信号,空气脱空回波信号受能量团增强作用显著.脱空长度小于第一临界点时,回波信号振幅强度与脱空长度呈二次函数相关;脱空长度大于第一临界点时,随脱空长度的增长,振幅先下降,后在第二临界点保持不变.该研究为探地雷达定量估算水泥道面板底脱空的长度发展提供了理论依据.     

破碎波作用下砂质海床孔隙水压力响应试验

通过波浪水槽试验,研究规则波在1：30斜坡砂质海床上破碎时海床超静孔隙水压力响应规律,观察波浪破碎处的地形变化,并分析其形成原因.试验结果表明,在波浪破碎前后超静孔隙水压力有着明显的不同变化,破碎点处距底床表面最近的超静孔隙水压力值在整个过程中达到最大,且破碎带处超静孔隙水压力竖向衰减幅度均比破碎前、后要大,破碎点的超静孔隙水压力有明显增大;破碎前后超静孔隙水压变化与浪高变化呈正相关趋势,且破碎后两者的相关性没破碎前好;波浪破碎处地形变化剧烈,超静孔隙水压力在沙床顶部的变化较底部变化明显.砂层掏刷时,超静孔隙水压振幅变大;砂层堆积时,超静孔隙水压振幅变小.     

基于压力溶气的微气泡生成实验研究

建立压力溶气微气泡生成实验平台,在不同的压力条件下采用多种结构的释放器进行溶气水释气实验,分析释放器结构和工艺条件等因素对微气泡生成特性的影响。研究结果表明,在其他条件相同时微气泡生成直径与释气角间呈单增关系,当释气角大于60°时生成气泡直径增速变缓;微气泡生成直径则随着压力的升高呈递减趋势,当释气压力达到0.5 MPa时,不同结构释放器生成的气泡直径差异很小。在实验研究范围内,选用释气角为60°的释放器在0.4 MPa的释气压力下能够得到较小的气泡,从而提高气泡质量、改善气浮效果。     

倾斜管中低温气液两相流弹状气泡生成位置的实验研究

为研究倾斜管内低温气液两相流中弹状气泡初始生成位置的分布规律,采用高速相机对以液氮为工质的6种竖直倾角和4种内径下的管内弹状流进行了可视化实验,并对管路漏热进行了详细考察.实验结果表明,弹状气泡平均初始生成位置随管径的增大而增大,随倾角的增大先增大后减小;弹状气泡初始生成位置分布的离散程度随倾角增大而增大,在倾角为20°~45°时达到最大值,之后,其分布变为集中;竖直管路内弹状气泡初始生成位置离散程度随管径增加而减小.     

基于压力状态响应模型的达茂旗生态安全现状评价

立足于可持续发展的目标,即人类社会与自然环境的协调发展,生态安全的研究逐渐成为当今热点研究问题.本文在学习和吸引国内外相关研究成果的基础上,从影响生态安全稳定与平衡的因素出发,运用"压力-状态-响应"概念框架模型,结合达茂旗的自然条件、生态问题、社会经济发展水平等方面,选取17个代表性评价指标,评价了该地区生态安全状况.评价结果为把达茂旗8个乡镇划分成3个生态安全等级:百灵庙镇和希拉穆仁镇在"较安全"的生态安全区,明安镇、巴音花镇、乌克忽洞镇、石宝镇、达尔罕苏木处在"安全过渡区"的生态安全级别,满都拉镇处在"较不安全"的生态安全级别.