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。     

偏心环空中Robertson-Stiff流体的波动压力计算模型

用窄槽流动模型模拟流体在偏心环空中的流动,结合流体流动的控制方程和Robertson-Stiff流体的流变方程,建立了稳态层流条件下的波动压力计算模型。利用自适应的辛普森积分法对其进行了数值求解,并对波动压力的影响因素进行了分析。结果表明,建立的Robertson-Stiff流体在偏心环空中的波动压力计算模型预测结果准确,采用的数值求解方法精度高,与已有的偏心环空波动压力计算模型结果对比误差在10%以内;在井眼环空处于完全偏心的情况下,波动压力梯度降低为同心环空的50%左右;当流性指数和管柱井眼尺寸比较大时,要对起下钻的速度严格限制。     

倾斜偏心环空中宾汉流体层流流动

本文应用流体力学中的运动微分方程,建立了宾汉流体在倾针偏心环空中的层流流动模型。通过求解徽分方程得出了宾汉流体在该流动条件下的精确流速分布公式,并由此分析了倾针偏心环空宾汉层流流动特征,然后证明了当环空流速较高时,也就是当宾汉流体的屈服值г。与单位长度压降的比值较小时,宾汉流体层流最大流速“半径”P近似等于相同条件下的牛顿流体最大流速“半径”p1。文中也分析了由此产生的误差,结果表明当屈服值T。与单位长度压降的比值小于或等于0.01米时,相时误差不超过1,27%;最后进一步提出了精确计算该流动条件下的宾汉层流流量公式及压降公式。     

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     

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．     

定向井倾斜井段环空中幂律流体的稳态波动压力

以幂律模式为基础，从理论上分析了管柱在定向井倾斜井段上下运移时，稳定层流条件下钻井液粘性产生的波动压力．建立了同心环空中波动压力的解析模式，并在此基础上导出了偏心环空中幂律流体稳态波动压力的近似公式，从而为波动压力的计算提供了可靠的理论依据和计算手段，为定向井井身结构设计及井内压力控制提供了重要依据．为便于现场应用，绘制了不同情况下波动压力系数的变化规律图版．     

定向井倾斜井段环空中幂律流体的稳态波动压力

以幂律模式为基础，从理论上分析了管柱在定向井倾斜井段上下运移时，稳定层流条件下钻井液粘性产生的波动压力。建立了同心环空中波动压力的解析模式，并在此基础上导出了偏心环空中幂律流体稳态波动压力的近似公式，从而为波动压力的计算提供了可靠的理论依据和计算手段，为定向井井身结构设计及井内压力控制提供了重要依据，为便于现场应用，绘制了不同情况下波动压力系数的变化规律图版。     

粘弹性流体偏心环空螺旋流的速度分布

聚驱螺杆泵采油井产出液是含有聚合物水溶液的油水混合物,这种产出液在螺杆泵采油井的抽油杆和油管所形成的环空中的流动可视为粘弹性流体偏心环空螺旋流。本文在利用变系数二阶流体描述粘弹性流体流变性的基础上,建立了粘弹性流体偏心环空螺旋流的控制方程。利用有限差分法对上述控制方程进行数值求解,得到了该流动的轴向速度、切向速度分布,并分析了环空内管自转速度、偏心度及压力梯度对轴向速度和切向速度的影响。     

赫谢尔—巴尔克莱流体同心环空轴向流流核及压降计算

从理论上对赫谢尔-巴尔克莱(Herschel-Bulkley)流体在同心环空内稳定轴向层流流动时流核尺寸及流动压降的计算进行了精确的分析.从现场应用的角度出发,建立了圆柱坐标系中流核尺寸及流动压降的理论计算公式.绘出了利用弦截法和Romberg法计算出的流核数据.为钻井过程中更好地利用赫谢尔-巴尔克莱流变模式描述钻井液流变性能、计算环空层流流动压降及分析岩屑运移规律提供了理论依据.     

水平环缝内低温工质自然对流传热实验装置的研发

针对工业领域中常见的低温工质自然对流传热现象,该文研发了一套用于水平环缝内低温工质自然对流传热实验的装置,介绍了实验装置的结构和原理,并进行了初步的性能测试。结果表明,利用该装置测得的实验数据精度较高,能够满足相关实验要求。该装置可同时用于水平同心和偏心环缝内低温工质自然对流传热实验研究。     

轴向变截面环空幂律流体内边界力的研究

在石油钻采工程中,井筒内流体多为非牛顿流体,在旋转杆管柱作用下做偏心环空螺旋流,而且偏心度沿杆管柱轴线呈任意变化.针对这一流体特性,建立了轴向变截面偏心环空幂律流体三维有限元模型,采用基于有限元的有限体积法,研究了流场分布规律及偏心度和转速对界面力的影响.计算结果表明:宽间隙侧最大轴向速度不变,旋转速度降低,窄间隙侧最大轴向速度降低,旋转速度增强.随着转速或偏心度的增加,流体对杆管柱作用的横向力和弯矩均增大,为进一步揭示和防治杆管偏磨提供了理论依据.     

气举柱塞偏心环空间隙流场数值分析

柱塞气举利用井底压差推动柱塞沿井筒运动,依靠柱塞与管壁间隙密封举升上部液体至井口,达到排水采气目的。目前,针对柱塞实际运动中发生偏心对气举密封的影响认识不够清晰,导致无法进一步优化柱塞密封结构和工艺参数。为此,利用气液两相分层流动数值计算方法,讨论了紊流槽内相含率和速度场变化规律,并分析其多道密封机理,获得不同偏心距导致的环空间隙差异条件下柱塞密封效果。研究结果表明：当柱塞与油管轴线处于同心状态作业时,根据特定场合设计的柱塞外壁紊流槽的密封效果可以满足气举要求,但由于柱塞运动时很难保证同心,随偏心距逐渐增大,柱塞与油管间隙增大导致其密封效果逐渐变差。在偏心距为0.9 mm时,窜气量相比同心状态增加140.33%,大量气体发生滑脱;偏心距为1.5 mm时,液体以0.29 kg·m-3的速度泄露至柱塞下方区域。故偏心状态对气举柱塞密封性能的影响不容忽视,对此修正柱塞偏心环空状态下的运动方程,以探究柱塞偏心后对启动压力和单次循环排液量的影响。     

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%。     

变系数二阶流体在偏心环空中非定常流压力梯度的数值计算

建立给定流量条件下变系数二阶流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的瞬时压力梯度方程,给出这种流动的时均压力梯度公式及相应的数值计算方法;以HPAM水溶液为例,对其在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的时均压力梯度进行数值计算和室内试验。结果表明:环空偏心度对时均压力梯度有明显影响,内管冲程和冲次对时均压力梯度的影响不明显;试验验证了时均压力梯度公式及相应数值计算方法的正确性。     

煤层气同心管气举排水工艺参数的确定方法

煤层气井在产气之前需要进行排水降压作业,同心管气举通过在生产油管中加入小油管,可以为气举提供注气通道的同时,又不影响油套环空作为气井的产气通道。结合固相颗粒在垂直气液两相流中的运移模型,给出了同心管气举条件下,不同粒径煤粉颗粒排出井筒所需要的气液流速条件。通过同心管环空气液两相流压力计算,给出了同心管气举阀安装位置的设计方法,并结合煤层气井排采过程中煤层气井的生产动态特征,给出了注气量的确定方法。对同心管气举排水工艺进行了现场试验,分析了试验气井的实际排采曲线,证明同心管气举排水工艺的可行性,以及气举参数设计的合理性。通过计算排采阶段同心管的气举效率,表明该工艺在整个试验阶段可以保持较高的举升效率。根据煤粉排出的临界条件,判断以及预测煤粉在井底沉积的可能性和时间。     

水平井两层稳定岩屑传输规律研究

根据物质守恒定律和动量定理,建立了考虑岩屑床层中流体流动压降、悬浮层中岩屑颗粒受阻沉降的水平井偏心环空中两层稳定岩屑传输的数学模型,并用此模型进行了实例计算。研究结果表明,颗粒扩散系数方程中的实验回归系数应考虑成流速的函数,取值范围为0.014～0.020;考虑岩屑床中流体流动压降后计算的环空压降与实际情况吻合较好。     

聚合物球晶黑十字消光图像的计算机模拟

通过编写计算机程序,实现了聚合物球晶黑十字消光和同心消光环图像的计算机模拟。模拟结果表明,改变程序参数,能够比较逼真的模拟出不同尺寸、不同亮度的球晶及不同消光环间距球晶的图像,有助于加深对聚合物球晶黑十字消光、同心消光环成因的理解,增强对聚合物结构与结晶形态相互关系的理解。     

对预测垂直环空管中Taylor泡上升速度模型的评价

弹状流是管内两相流中常见的流型之一,为了研究弹状流的流动特性,有必要确定Ｔａｙｌｏｒ泡在滞止液体中的上升速度．本文对Ｓａｄａｔｏｍｉ、Ｈａｓａｎ和Ｂａｒｎｅａ预测垂直环空管中Ｔａｙｌｏｒ泡在滞止液体中上升速度的三种计算模型进行了评价分别用这几种模型的预测值与不同研究者在不同时期、不同实验条件下得到的实验值进行了全面的比较;借助于平均误差对三种模型的预测精度进行了定量分析．根据比较及定量分析结果,Ｓａｄａｔｏｍｉ模型的预测值误差较大,而Ｈａｓａｎ与Ｂａｒｎｅａ模型的预测误差相当,精度均较Ｓａｄａｔｏｍｉ模型的高三种模型均没有考虑环空管偏心度的影响,在全偏心配置的环空管中,它们的预测精度均受到一定影响．