超临界二氧化碳BLEVE机理数值模拟

 碳捕集与贮存及提高油田采收率（CCS-EOR）技术是节能减排的有效手段。本文以超临界CO₂为研究对象,采用数值模拟的方法（使用FLUENT 软件及可压缩形式的N-S 方程,采用SIMPLEC 求解有限差分方程,选用标准k-ε湍流模型,多相流模型选用FLUENT 自带的VOF（volume of fluid）模型）,对其在注入油管内发生沸腾液体扩展蒸气云爆炸（BLEVE）事故的初期过程进行模拟计算,建立并验证合理可靠的数学模型,分析容器内流场演化过程及压力、温度的变化过程,揭示超临界CO₂ BLEVE 过程的发生机理与变化规律。     

水平井岩屑运移数值模拟研究

随着石油钻采工艺不断发展,水平井钻井在世界范围内全面展开,已成为现代油气勘探开发的重要手段.由于水平井的井斜角大,岩屑在运移过程中容易形成岩屑床,而岩屑床清除比较困难.针对目前存在的问题,采用计算流体力学仿真模拟技术对不同岩屑粒径下岩屑运移进行了研究.结果表明:岩屑粒径的增大,移动岩屑床速度和悬浮岩屑体积分数基本保持不变,悬浮岩屑运移速度及固定岩屑床体积分数呈下降趋势,环空下部岩屑床高度增加,堆满了下环空,单位体积内岩屑所占比重下降,导致了移动岩屑床体积分数先增大后减小.建议在某些井段使用低钻速牙轮钻进,以此控制岩屑粒径在2mm以内,降低岩屑清洗难度.     

二氧化碳分散岩屑机制的模拟试验研究

以东营组实钻岩屑为例,采用模拟试验装置考察井下二氧化碳对岩屑分散机制,并进行岩屑XRD矿物成分和反应液离子成分分析。结果表明:二氧化碳对岩屑粒径影响甚微,地层水长时间浸泡会使岩屑粒径变小,地层水与二氧化碳共存时,岩屑平均粒径先急剧减小,后渐趋稳定,随着温度和压力的升高,岩屑平均粒径逐渐减小;地层水和二氧化碳共存时,东营组岩屑粒径变化的主要是由于二氧化碳促进了岩屑中的黏土矿物分散,缩短了黏土矿物的水化反应时间,同时二氧化碳与水反应生成碳酸,溶解了岩屑中的部分胶结矿物,促进了岩屑粒径的减小。     

直井段超临界二氧化碳携岩数值模拟分析

二氧化碳携岩问题是超临界二氧化碳钻井技术应用于油气藏钻探开发的基础问题。依据井下工况,考虑岩屑粒径分布规律的影响及二氧化碳密度和黏度等物性参数与流场温压条件的耦合关系,数值模拟分析了粒径分布变化规律及各工况参数对携岩效率的影响规律。结果发现:粒径分布变化规律不与颗粒直径呈正相关,证实了选用欧拉模型以考虑颗粒间干扰来模拟携岩问题的合理性;温压条件影响粒径分布变化规律,携岩返速对粒径分布规律影响甚微。携岩效率随压力升高、温度降低而提高,规律与室内实验结果相符。提高排量、降低机速有利于改善携岩效果,实测临界携岩返速高于依据最小动能原理的计算值。随偏心度增大,携岩效率先降低后提高,临界偏心度为0.8。所得结论为发展实际技术提供支撑。     

深水钻井岩屑浓度分布及迟到时间计算

在深水钻井中,眼屑的浓度分布问题一直是一个重要的研究内容。岩屑浓度的分布受到泥浆排量、岩屑直径、时间的影响。通过建立岩屑浓度随时间的分布方程,根据一口实际井,讨论了岩屑浓度随排量、岩屑直径的变化趋势。同时,还计算了岩屑的迟到时间。     

钻井岩屑废水处理新技术

石油作为当今世界第一大能源,在人类经济和社会生活的各个方面都发挥着至关重要的作用。以油田钻井废水为研究对象,采用隔油＋破乳＋絮凝沉淀＋生化为主体的工艺对废水进行处理,使得治理后出水满足《天津市污水综合排放标准》（DBl2／356—2008）二级标准。     

二氧化碳爆破布置参数数值模拟

为确定二氧化碳爆破增加煤层瓦斯透气性技术的最佳爆破孔间距及控制孔的布置方式,采用FLAC~(3D)和Comsol软件对不同间距多空爆破和爆破影响半径进行数值模拟.研究结果表明:爆破器间距约为5 m、爆破孔间距约为7 m,且控制孔布置在相邻爆破孔中间时,液态二氧化碳多孔连续爆破能够达到最理想的爆破增透效果,而且控制孔的半径越大,增透效果越明显,瓦斯抽采效率越高.     

超临界二氧化碳与共溶剂甲醇的分子动力学模拟

采用分子动力学方法对不同压强和不同组分下的超临界二氧化碳加共溶剂体系的内能以及径向分布函数和自扩散系数等相关性质进行了模拟.模拟得到体系存在密度涨落现象,但此现象在高压下不明显,指出了体系以共溶剂聚集为主,并从径向分布函数和配位数方面进行了更详细的解释;解释了,共溶剂分子的自扩散系数偏小现象正是由于聚集体的出现抑制了单个共溶剂分子的扩散.     

二氧化碳全球分布季节变化的模拟研究

针对目前利用模式模拟全球碳循环研究中存在的问题,利用日本新开发的在线耦合大气化学传输模式模拟了CO2的全球传输,深入分析了CO2全球分布的季节变化特征。结果表明,CO2全球分布存在明显的季节变化,最大季节变化发生在北半球中高纬度陆地地区,全球CO2浓度春季最高夏季最低,在半球分布上,春季、冬季和秋季北半球浓度都高于南半球,夏季则相反。     

组合工艺处理钻井岩屑废水中试研究

钻井岩屑废水是一种污染物成份复杂的高难度废水,加热破乳—混凝气浮—两级生化—芬顿氧化—树脂吸附能够有效地处理该废水,中试研究系统稳定运行70d,COD、SS、色度、浊度、含油量的去除率能够稳定达到99%,各项指标均能达到天津污水综合排放一级标准。     

岩屑在钻井中的技术探讨

在钻井过程中,岩石要产生岩屑,岩屑必然造浆,引起泥浆比重、粘度升高,给钻井工作带来许多不利影响。如降低钻进速度、造成粘附卡钻、钻头泥包卡钻、缩径卡钻、降低钻头寿命、造成埋钻事故;使泵压升高泵压减少、使钻机扭矩增大、柴油机负荷增大,污染井场周边环境等。为了抑制岩屑造浆,全面提高钻井效果,已探索出新的高速之路,在为国家事业做出更大贡献的同时,实现安全,高速,低耗,环保,实现井队经济效益最大化。     

盐水层二氧化碳封存主控因素数值模拟研究

将二氧化碳注入到地下盐水层中,通过一系列物理化学反应,最终将二氧化碳封存于地下,与生物圈隔离数百数千年,甚至更长时间,这种碳的处理方式将对全球碳循环产生深远影响。由于CO2在盐水层中受到孔隙半径、盐水类型等不同作用的影响,其封存形式主要分为:构造封存、水动力封存、溶解封存和矿物捕获封存。通过对具有3.65×106m3水体规模的氯化钠型盐水层模型进行的8种典型条件下CO2封存数值模拟研究,定量化地评价了1000年时间尺度下毛细管压力、岩石压缩系数和盐水矿化度三种因素对各封存形式和封存分量的影响,同时得到了CO2向盖层中上逸的速度,为将来盐水层CO2埋存的大规模实施提供理论依据。     

卵黄油在超临界二氧化碳中的溶解度及其模拟

本文利用动态法及半连续装置，在温度３５℃－７５℃、压力２５ＭＰａ－２６ＭＰａ的条件下，进行了卵黄油在超临界二氧化碳中溶解度试验，并将试验结果用反传播神经网络方法进行模拟，社会网络能较好地模拟卵黄油在超临界二氧化碳中的溶解度。     

超临界二氧化碳萃取深层稠油组分的分子动力学模拟

为了从微观层面探究超临界CO_2对稠油组分的萃取机制,采用分子动力学模拟方法分析了稠油组分在砂岩表面的密度分布和吸附特征,研究了超临界CO_2对岩石表面稠油组分的萃取特点和扩散规律。研究结果表明,稠油四组分在稠油聚集体中呈现不均衡分布状态,沥青质自缔合能力强,胶质紧密包裹在沥青质周围,构成复杂的空间网状结构;芳香烃和饱和烃分布在沥青质、胶质周围,显示出稠油分子结构的层次性。沥青质与岩石表面相互作用能较大,超临界CO_2难以在沥青质中运移,扩散系数低,萃取难度大,萃取率接近于0;而芳香烃、饱和烃与岩石表面的相互作用能较小,超临界CO_2容易在芳香烃、饱和烃中溶解、运移,扩散系数大,容易被超临界CO_2萃取,萃取率可分别达到53%和28%。运用分子动力学方法揭示的微观动力学机制对于宏观认识超临界CO_2萃取稠油轻质组分具有重要意义。     

钻井过程中井壁热应力数值模拟

井壁热应力对于井壁稳定性、水力压裂、水泥环胶结强度、热采套管的损害等都有影响。文中根据热弹性力学理论,将地层假设成均匀连续弹性介质,推导建立了井壁热应力的数学模型,并结合井内流体流动和静止过程中井壁温度场的变化,采用数值计算方法得出了井壁热应力的瞬态分布,包括井壁热应力随井深、径向距以及时间的变化。文中的理论模型和计算结果对于研究由于热应力引起的现场问题都具有指导意义。     

超临界二氧化碳迷宫密封内摩擦损失数值研究及流动特性分析

为厘清迷宫密封内摩擦损失的影响因素并建立摩擦系数预测模型,基于Vannini等搭建的迷宫密封实验装置,以超临界二氧化碳为工质,采用数值方法,探究了雷诺数、进出口压比以及间隙半径比对摩擦系数和泄漏特性的影响关系。结果表明：摩擦系数随雷诺数的增加而减小,随进出口压比的增加基本不变。泄漏量在雷诺数小于10⁴时基本不变,但在大于10⁴时随雷诺数的增大而减小,且泄漏量随进出口压比增大而增大。在不同工况条件下,摩擦系数和泄漏量随间隙半径比的增加而线性增大,但摩擦系数的斜率基本不变,泄漏量的斜率随进出口压比的增大而增大。当雷诺数较高、压比较低时,在密封的入口区域会存在尺寸较大的涡,这有利于泄漏量降低,但此时泄漏模型的预测精度有少许降低。当间隙半径比较小时,摩擦损失主要源于密封间隙内的流动;当间隙半径比较大时,流体与壁面的相互作用是摩擦损失产生的主要原因。最后,基于数值计算结果,提出了摩擦系数预测模型,并验证了该模型预测精度。研究结果将为提高超临界二氧化碳迷宫密封及透平机械的设计水平提供参考。     

速度管柱携气性能数值模拟

针对在气井生产后期气压减少,产量降低,运用小管径连续管速度管柱提升产量是目前常用的恢复气井生产的有效方法。为探究连续管速度管柱携液机理,研究了管柱尺寸、变径管锥度以及流体中气体占比对产气性能的影响,依据现场工况,基于计算流体动力学理论对速度管柱内部流场进行数值模拟分析,得到以下结论:连续管组合壁厚差值越大,出口处流体速度越高,根据分析结果确定优选壁厚组合为2.77、3.68、3.96 mm;在连续管壁厚组合确定时,变径管锥度对流体速度也会产生影响,根据现场工况锥度范围取5组数据进行模拟,结果表明锥度越小,速度越快,且锥度为0.000 2时,井口速度8.14 m/s最快;气井生产中,流体中气体含量越高,产量越大,根据常用气井气体含量进行分析,当气体占比为85%时,出口速度最快。研究结果可为气井生产后期,速度管柱作业提供一定的理论依据。     

体育馆建筑室内气流分布数值模拟研究

提出非规则网格有限体积法计算复杂外形体育馆建筑的室内气流分布．采用κ－ε湍流模型进行分析,在建筑地面与壁面考虑了气流流动粘性作用的影响,用壁面函数加以修正．据此,编制了通用计算程序,计算分析了体育馆建筑室内气流分布方案,找到最优方案,为空调设计的优化提供了强有力的分析手段．     

海上钻井岩屑回注地层裂缝扩展研究

针对海上钻井岩屑回注的裂缝扩展预测同题,考虑了初滤失和后续滤失的影响,提出了物质平衡法预测裂缝扩展的模型并求解.建立了岩屑回洼地层概念模型,分别运用物质平衡法和专业的压裂软件FracproPT进行计算.结果表明:物质平衡法和FracproPT预测的缝长和缝宽结果整别分别为5.3％和8.9％.该方法可以为岩屑回注裂缝扩展的预测提供依据.     

欠平衡钻井直井段岩屑运移规律研究

欠平衡钻井技术由于具有提高钻速、及时发现和保护储层等优点,已被广泛应用。然而,地层气体进入井筒后,气液两相流型变化规律复杂。由于不同气液流型具有不同的携岩效果,因此井筒岩屑运移规律多变。首先分析单个岩屑的受力情况,建立岩屑运移数学模型。然后建立环空多相流流型判别模型及环空压力计算数学模型。最后以某井为例编制计算程序,分析相应的钻井参数及进行钻井参数优化。数值模拟结果与现场施工参数吻合。