幂律流体在定向井偏心环空内流动规律的研究

本文对定向井环室内幂律流体流动规律进行了理论分析和实验研究,建立了定向井环空流动物理模型,导出了幂律流体轴向定常层流流动的流场分布、流量和压耗模式,并对其变化规律分别作了详细分析。设计安装了定向井环空模拟实验架,对幂律流体在模拟环室内轴向层流流场和流动压耗进行了测量,并对流态变化规律、紊流压耗及内管旋转对幂律流体流动的影响作了探索性的试验研究。     

幂律流体同心环空内层流脉动流的数值分析

建立幂律流体环空内层流脉动流的数学模型,采用SIMPLE算法进行数值求解,得到幂律流体环空脉动层流的流动特性。结果表明:幂律流体环空脉动流的流动特性与稳态流动时差异较大;环空脉动流在距入口非常短的一段距离内就可达到充分发展,且不同时刻的入口段长度随时间而变化;低脉动频率下速度分布曲线类似于稳态时的抛物形分布,高频率下壁面附近的速度分布曲线发生扭曲,振荡速度的最大值出现在壁面附近;内、外壁面的摩擦系数和轴向压力梯度均近似满足正弦变化规律,脉动频率、振幅和流体流性指数的增加均会使壁面摩擦系数和轴向压力梯度及其变化幅度增大。     

基于FLUENT的幂律流体环空流数值模拟

利用FLUENT建立幂律流体环空流动的数值模型,将同心环空幂律流体轴向速度数值模拟结果与二维PIV实验结果对比,数值模拟与实验结果吻合良好。     

小井眼钻井环空压耗计算与分析

环空水力学是小井眼钻井的关键技术,通过对钻井水力参数的分析和研究,结合小井眼钻井的实际情况,采用合适的流变模式来描述小间隙环空中的流动规律。并应用非牛顿流体力学的基本原理建立偏心环空螺旋流模型,对小井眼情况下下的环空压耗进行了计算,进一步对小井眼环空中的压力损失进行了研究。所选择的模型层流时为偏心环空螺旋流模型,紊流时为考虑广义雷诺数、范宁摩阻系数、水力直径的模型。分别运用当量直径和水力直径,层流     

幂律流体在内管做行星运动的环空中流动时的内管法向应力分布

给出了运动双极坐标系中幂律流体在内管做行星运动的环空中流动时的控制方程以及内管法向应力分布的计算公式。在采用有限差分法对控制方程进行数值求解的基础上,利用计算公式对内管法向应力分布进行了数值计算;绘制了内管法向应力分布曲线,并对其影响因素进行了分析。结果表明,内管自转和公转速度、环空偏心度是影响内管法向应力分布的主要因素,而压力梯度的影响很小。     

幂律流体在内管做行星运动的环空中流动时的内管法向应力分布

给出了运动双极坐标系中幂律流体在内管做行星运动的环空中流动时的控制方程以及内管法向应力分布的计算公式.在采用有限差分法对控制方程进行数值求解的基础上,利用计算公式对内管法向应力分布进行了数值计算;绘制了内管法向应力分布曲线,并对其影响因素进行了分析.结果表明,内管自转和公转速度、环空偏心度是影响内管法向应力分布的主要因素,而压力梯度的影响很小.     

小井眼钻井环空压耗计算与分析

环空水力学是小井眼钻井的关键技术,通过对钻井水力参数的分析和研究,结合小井眼钻井的实际情况,采用合适的流变模式来描述小间隙环空中的流动规律．并应用非牛顿流体力学的基本原理建立偏心环空螺旋流模型,对小井眼情况下的环空压耗进行了计算,进一步对小井眼环空中的压力损失进行了研究．所选择的模型层流时为偏心环空螺旋流模型,紊流时为考虑广义雷诺数、范宁摩阻系数、水力直径的模型．分别运用当量直径和水力直径,层流时通过迭代、积分,紊流时通过修正系数进行了求解,并与实验和现场数据相比较,经验证,此模型基本上满足现场需要．结果表明：①在小井眼钻井中,环空中的压力损失远大于常规井;②钻杆偏心及高转速对环空压耗的影响很明显;③在窄的环空间隙,需要建立准确的环空压耗模型来调整泥浆密度及钻井液的流变性能．     

偏心环空轴向流动的级数解及其流量计算

采用坐标变换和函数展开成傅立叶级数的方法,推导出了牛顿流体偏心环空轴向流动速度场的严格数学解析解.     

幂律流体流流动指数对其湍流流动的影响

考虑到幂律流体的本构关系,结合流动指数的影响,建立了适用幂律流体的Ｎ－Ｓ动量方程和湍流模型方程。采用压力耦合半隐式ＳＩＭＰＬＥ算法,对不同流动指数的幂律流体湍流流动进行了数值计算,计算结果与实验数据比较吻合,对计算结果进行分析后发现,对于不同流体指数的幂律流体,其湍流流动的变分趋势不同,从而揭示了幂律流体的流动指数对其湍流流动有重要的影响。     

幂律流体突扩管道湍流流动的研究

考虑幂律流体的本构关系,结合流动指数的影响,建立了适用于幂律流体的N-S动量方程和湍流模型方程;采用SIMPLE算法,对不同流动指数的幂律流体突扩管道湍流流动进行了数值计算,计算结果和实验数据吻合较好,对计算结果进行分析后发现,对于不同流动指数的幂律流体,其湍流变化趋势不同,从而揭示了流动指数对幂律流体突扩管道湍流流动有重要影响。     

带有抽吸喷注的幂律流体边界层方程的近似解

对求解带有抽吸/喷注的幂率流体平板边界层的相似解方程进行了研究,利用Adomian分解方法得到了在不同的幂率下方程的近似解析解和相应的壁摩擦因数值,并通过对近似解所推出结果以及所得壁摩擦因数进行的验证,证实了本文提出的解析近似方法的准确性和可靠性.     

屈服幂律流体螺旋层流流动压降简化模型#

钻井过程中环空流动压降的准确预测能够为井底动压力的精确控制提供理论依据,避免出现因井底压力控制不当而导致的溢流、井漏乃至井喷等井下复杂情况。当前国内外学者针对不同钻井条件下的流动压降开展过大量的理论和实验研究,但现有研究成果很难实现螺旋层流流动压降的准确便捷预测。为了实现螺旋层流流动压降的准确便捷预测,在基于数值模型预测结果的基础上,建立屈服幂律流体螺旋层流流动压降预测简化模型,并利用仿真模拟和室内实验结果对简化模型的有效性进行了验证。结果表明:屈服幂律流体同心环空螺旋层流流动压降简化模型预测结果与实验结果和仿真模拟均吻合较好,简化模型预测误差仅为±5%。     

钻井环空中赫巴流体内气泡的上升速度

气泡在钻井环空中的运动规律是井筒多相流的一个研究重点,气泡上升速度则是其中的一个关键参数。井筒 内各流型内气泡/气体上升速度的准确性很大程度上影响了井筒多相流描述的精确性。为此,按照含气率对环空流型 进行了划分,对各流型气泡的运动行为进行了分析。系统地总结分析了单气泡在无限流域中的滑脱速度及气泡纵横 比的计算方法。利用赫巴流变模式对气泡周围表观黏度进行了修正,通过实例对比分析单气泡在赫巴流体内滑脱 速度几个计算公式,认为Rodrigue 公式相对于Harmathy 公式来说是极大的提高,能适应不同形状的气泡,可作为泡状 流流域气泡滑脱速度计算的首选公式。通过对单气泡滑脱速度进行含气率、尺寸和井斜修正,得出了环空中各流型的 气体滑脱速度计算方法,过渡流型的气泡滑脱速度则采用线性处理,并对环空气泡滑脱速度随含气率变化关系进行了 实例分析。最终通过漂移流模型给出了计算环空气泡上升速度的方法。     

具有表面活性物质的幂律流体沿斜面流动的稳定性

本文研究了具有表面活性物质的幂律流体在重力作用下沿斜面流动的稳定性得到了临界雷诺数R_c作为幂律指数n、浓度w和平板斜率β的函数,并对其稳定性进行分析。     

幂律流体在矩形通道中充分发展流动的数值模拟及阻力计算

针对假塑性幂律流体在矩形通道中充分发展流动问题,用帕坦卡方法作数值分析,文中讨论了不等距网格的划分方法和粘度系数的插值方法。数值解给出了流变指数n=0.1,0.2,…,1.0及矩形边长比s=0.1,0.2,…,1.0范围内的全部fRe,发现圆管阻力计算公式只在一定范围内适用。本文作者给出了上述广阔范围内以当量水力直径为定性尺寸的阻力系数计算公式,其最大误差为3.57％,平均误差为1.9％。     

谱方法求解变黏度磁流体的边界层流动问题

以变黏度不可压缩磁流体为研究对象,研究稳恒磁场作用下磁流体外掠低温无渗透平板时,由于平板的水平拉伸引起的周围磁流体边界层内的层流流动和传热变化.首先采用相似原理对原控制方程组进行降维和无量纲化处理,并利用谱方法进行数值求解.设磁流体的黏度随温度线性变化,在不改变流场和温度场边界条件的前提下,研究了流体黏度变化参数、电磁参数和普朗特数对无量纲速度和无量纲温度的影响.把采用谱方法得到的结果与四阶龙格库塔法比较,验证了谱方法具有较高的数值稳定性和指数收敛特性.