固相浓度对固相颗粒在液相中运动规律影响的实验研究

本文运用测量群体中单个颗粒的运动进而揭示群体运动规律的方法,在垂直、同心的全尺寸环空实验架上完成了群体颗粒在牛顿流体和幂律流体中运动规律的研究,得到了固相浓度对颗粒在轴向流及螺旋流流场中上返以及在静止或旋转流场中下沉速度的影响规律,从而分别得出了群体颗粒在牛顿流体或幂律流体的轴向流和螺旋流中上返及在静止或旋转流场中下沉的半经验公式。用所得的半经验公式校正了钱思复计算井底压力的模式,给出了由泥浆液柱压力、环空循环压耗以及环空固相浓度产生的井底压力计算公式。并对确定喷射钻井中环空合理返速的依据提出了一些新的看法。     

水平井段偏心环空中非牛顿流体层流流场的研究

对水平井段偏心环空中幂律流体和宾汉流体轴向流层流流场作了理论分析.把偏心环空视作变外径的同心环空.根据同心环空中流场分布规律.导出了水平井段偏心环空中轴向流速、剪切应力和剪切速率分布的数学表达式.并结合实验用非牛顿流体钻井液.绘制了各参数在偏心环空不同部位的分布规律曲线.解释了水平井段钻具的正偏心不利于岩屑携带的原因.并用实验结果验证了这一结论.初步建立了水平井段同心环空中层流螺旋流的微分方程.     

水平井段偏心环空中非牛顿流体层流流场的研究

对水平井段偏心环空中幂律流体和宾汉流体轴向流层流流场作了理论分析。把偏心环空视作变外径的同心环空，根据同心环空中流场分布规律，导出了水平井段偏心环空中轴向流速、剪切应力和剪切速率分布的数学表达式，并结合实验用非牛顿流体钻井液，绘制了各参数在偏心环空不同部位的分布规律曲线。解释了水平井段钻具的正偏心不利于岩屑携带的原因，并用实验结果验证了这一结论。初步建立了水平井段同心环空中层流螺旋流的微分方程。     

深水钻井隔水管段大尺寸环空压耗数值模拟

深水钻井过程中海水段隔水管环空中的水力学特性与常规井有较大差别。运用理论分析的方法对海洋深水钻井隔水管段大尺寸环空中的压力损失进行了研究,分析了环空泥浆返速、钻杆旋转速度、钻井液性能和环空尺寸等对压耗的影响,并与常规井眼环空压耗进行了对比。研究结果表明:在大尺寸环空中,对于幂律流体,在层流状态下环空压耗随钻杆转速的增加而减小;随着环空尺寸的增大,环空压耗急剧降低;随钻井液流变指数和稠度系数的增加,环空压耗呈指数增大和线性增大。本文可为研究隔水管环空螺旋流携岩规律提供帮助。     

幂律流体在倾斜旋转内管的偏心环空中层流流动近似解法

英国的Luo和Peden提出了用无穷多个不同外径的同心环空代替偏心环空来求解偏心环空中流体流动问题.本文用Luo-Peden方法对幂律流体在倾斜的同心环空中层流螺旋流和倾斜旋转内管的偏心环空中的层流流动问题进行了近似求解,得出了视粘度和速度分布函数、流量计算公式以及压力梯度方程.     

流体在内管做行星运动的环空中流动的压力梯度

利用待定系数法对牛顿流体在内管做行星运动的环空中流动的运动方程进行了变换,得到了给定流量条件下牛顿流体在内管做行星运动的环空中流动的压力梯度计算公式.采用有限差分法对水在内管做行星运动的环空中流动的压力梯度进行了数值计算.结果表明,压力梯度随环空偏心度的增大而减小,随流量的增大而增大.     

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。     

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。     

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。     

充气钻井环空弹状流稳态流动模型与实例验证

国内外针对弹状流(段塞流)管流的力学模型研究很少,且计算误差较大,无法应用于钻井工程。为此,针对充气钻井开展环空气液弹状流稳态力学模型研究,可准确预测和设计井筒流体参数。首先,借鉴国外研究成果,对钻井气液两相管流型态进行描述分析,推导出环空弹状流与泡状流的转换判别关系式,认为环空充气钻井液主要出现泡状流和弹状流两种流型,且充气钻井井深小于300 m的环空内为弹状流。然后,建立环空弹状流单元的物理模型,并对其流动参数进行解析计算。依据管流机械能守恒定律,建立充气钻井环空弹状流稳态力学模型,并给出数值解法。通过两井连通充气钻水平井(DNP02井)的实钻模拟,计算出的环空流动参数与现场实测数据非常吻合,误差小于5%。证实模型的理论体系完整,计算结果满足钻井工程需求,具有很好的通用性。     

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．     

粒子冲击钻井中液体携带粒子环空返流试验研究

为了研究粒子冲击钻井系统中钻井液携带硬质球形钢粒子成功上返时，钻杆与井筒配合的不同环空间隙对钻井液临界流速的影响，本文采用清水代替钻井液进行了相关的试验。通过试验测得所需数据，借助量纲分析理论推导出试验相关因素之间关系，并结合试验数据提出了2.5mm的粒子在水中的体积分数为3%的情况下，能够成功上返时环空间隙Δd和清水临界流速v*的经验公式v*=0.136(Δd)^-0.44732。结果表明随着钻杆与井筒配合的环空间隙的增大，粒子成功上返时所需的环空中清水临界流速反而减小，且相应的临界粒子雷诺数也减小。     

聚合物低固相泥浆水眼粘度与钻速的回归关系

寻求水眼粘度与钻井速度二者之关系和钻井液性能参数对水眼粘度的影响,对陕甘宁盆地使用聚合物低固相钻井液的性能参数和该参数下获得的钻井速度数据进行统计和优选,应用一元线性回归分析法和最小二乘法,拟合得出了钻井速度与水眼粘度的关系的幂函数方程;密度和滤失量与水眼粘度之间的关系是幂函数方程;漏斗粘度和塑性粘度与水眼粘度的关系是一元直线方程,动塑比与水眼粘度二者之关系是一元二次方程．根据回归方程和回归曲线分析得出提高钻井速度合理选择钻井液水眼粘度和与此相配伍的其它钻井液性能参数的取值范围．为现场安全快速钻井提供选择钻井液性能参数的依据．     

环空注气气举反循环钻井工艺及关键参数设计

利用气举反循环钻井技术解决长宁页岩气表层钻井漏失问题,需要解决常规气举反循环钻井技术井口敞开、井底压力控制不精确等问题。为此,在常规气举反循环钻井技术的基础上,设计了一种环空注气气举反循环钻井新工艺,新工艺加装旋转防喷器、钻杆旋塞等工具,具备井控能力。通过调节注气量、钻井液排量等关键施工参数,控制井底压力,减少钻井漏失。在多相流理论基础上,建立了与新工艺匹配的环空注气气举反循环井底压力计算模型,分析了关键施工参数对井底压力的影响规律,建立了关键参数设计方法,在安全窗口范围内优选关键施工参数,保证安全钻井。结果表明：井底压力随注气量的增大先减小、后增大,存在临界注气量;井底压力随井深增大而增大;井底压力随钻井液排量增大而增大。在长宁某井表层进行了现场试验,与同井段井漏地层相比,较常规钻井工艺技术井漏减少83.6%。研究成果为解决四川长宁页岩气表层井漏问题提供了一种新的技术措施。     

非牛顿钻井流体流动计算机智能解析方法

钻井液体在环形钻杆空间中的运动,可归结为幂律流体管内流动和螺旋流动。由于幂律流体的本构方程,在运动方程中产生速度梯度的非线性项,求解过程比较复杂。因此应用计算机符号运算、改进的Kantorovich变分法和幂律流体模型相结合,并采用局部线性化的方法,提出了解决运动方程中出现的非线性问题的方法,即计算智能解析方法应用于非线性问题,研究了幂律流体管内非定常流动,研究方法及其结果可以推广到幂律流体螺旋流动情形。     

适合钻并液及水泥浆的赫谢尔一巴尔克莱(Hersehel—Bulkley)流变模式及其应用

赫谢尔—巴尔克莱(Herschel—Bulkley)流变模式是一种带静切应力的三参数流变模式,它能表示出常用的牛顿、宾汉、指数流变模式的特性。这种模式用于泥浆及水泥浆,具有适应范围广、准确性高的特点。本文从该流变模式的基木形式出发,对模式中的流变参数以及与钻井液、水泥浆相关的剪切稀释、携带岩屑等性能进行了讨论,并提出了计算这些流变参数的合理方法。文中还对该模式所反映在各流道中的水力参数作了合理的和近似的简化,得出了较为精确的压降、剪切速率及雷诺数表达式。     

钻井液在致密砂岩中裂缝的侵入深度模型

克深井区储层的孔隙结构与裂缝特征造成钻井过程中钻井液大量漏失,其中的固相颗粒会堵塞裂缝,使得部分生产井在完井后产量偏低甚至无产量,现场主要是通过酸压来解决这类问题。对于裂缝性气藏的酸压而言,需要知道钻井液在裂缝中的侵入深度变化,以便于设计施工参数,评价酸压效果。针对这一问题,根据牛顿流体在裂缝中的流动机理,裂缝宽度的变化以及裂缝壁面的滤失等,建立了钻井液在单一裂缝中的漏失动力模型,根据裂缝内钻井液压力的分布来定量描述钻井液的侵入深度,考虑并分析了该模型的侵入深度与侵入时间,压差和裂缝宽度之间的相互关系。最后,利用该模型计算了克深井区获得增产效果的酸压井中钻井液的侵入深度和酸液的侵入深度,通过增产井中二者之间的关系,从而间接证明了该模型。