垂直裂缝内液体二氧化碳携砂规律研究

二氧化碳干法压裂以液态二氧化碳为压裂液,相较于传统的水力压裂,具有无水相、无残渣、低伤害、增加地层能量等优势,因此应用前景广阔。液体二氧化碳的密度和黏度很小,其携砂能力的大小成为决定压裂成败的关键因素。建立垂直裂缝模型,基于计算流体力学方法建立了液体二氧化碳流体和支撑剂的两相流动规律,并利用有限体积法进行数值模拟研究。结果表明：液体二氧化碳流体的携砂能力要弱于滑溜水。支撑剂在液体二氧化碳流体和滑溜水中的分布特征相似;通过降低支撑剂密度、减小支撑剂粒径和砂比或提高泵注排量可以提高液体二氧化碳流体对支撑剂的携带作用。研究结果可为液体二氧化碳压裂工艺参数设计提供依据。     

复杂裂缝中CO_2流体携砂规律的数值模拟

基于计算流体力学(CFD)方法,建立了适用于模拟CO_2流体和支撑剂两相流动规律的固液两相流数学模型,并利用有限体积法进行求解,分析了泵注速度、砂比、支撑剂密度和粒径以及裂缝复杂程度对支撑剂在复杂裂缝中运移规律的影响。结果表明:支撑剂流入分支缝的方式主要包括主裂缝在分支缝缝口处形成砂堤后依靠重力作用滚入二级缝中,或是依靠携砂液的流速携带至分支缝内;泵注速度、支撑剂目数与平衡高度呈负相关,且泵注速度与平衡时间呈负相关、支撑剂目数与平衡时间呈正相关;砂比、支撑剂密度与平衡高度呈正相关,与平衡时间呈负相关;裂缝的级数越多,达到平衡所需要的时间越长,复杂裂缝中支撑剂在各分支缝节点处出现转向运移,且主要沉降在离主裂缝较近的二级缝中;由于三级缝较窄,进入三级缝深部的支撑剂量较少,且各分支缝中的砂堤高度小于主裂缝中的砂堤高度。     

泡沫流体携砂能力的数值模拟

泡沫流体广泛应用于油井的冲砂洗井作业中,携砂能力是衡量其性能的一项重要指标.利用FLUENT软件中的分散相模型对泡沫流体的携砂能力进行了数值模拟,得到了不同直径的砂粒在泡沫流体中的携砂率和停留时间随环空管道倾角的变化关系,与相同条件下水的携砂性能进行了比较,并进行了定性分析.从模拟结果可以看出泡沫流体具有良好的携砂能力,而且更适合于水平井的冲砂洗井.     

泡沫流体携砂能力的数值模拟

泡沫流体广泛应用于油井的冲砂洗井作业中，携砂能力是衡量其性能的一项重要指标。利用FLUENT软件中的分散相模型对泡沫流体的携砂能力进行了数值模拟，得到了不同直径的砂粒在泡沫流体中的携砂率和停留时间随环空管道倾角的变化关系，与相同条件下水的携砂性能进行了比较，并进行了定性分析。从模拟结果可以看出泡沫流体具有良好的携砂能力，而且更适合于水平井的冲砂洗井。     

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。     

垂直井筒携砂规律研究

借助砂粒在水和煤油中的静态沉降实验,优选出实际油井出砂自由沉降末速的预测公式。并计算得到了砂粒的不规则形状校正系数,通过流动携砂实验获得了砂粒在流动液体中的沉降规律。由于受管道内流速度场的影响。砂粒的实际沉降速度并非自由沉速与流体平均流速的矢量和,而是与平均流速和砂粒自由沉降末速一个线性的统计关系式。该研究最终确定出砂粒在井筒中表现为沉降、悬浮及上升运动的临界条件,此临界条件可作为有铲实施井筒防砂     

垂直井筒携砂规律研究

借助砂粒在水和煤油中的静态沉降实验 ,优选出实际油井出砂自由沉降末速的预测公式 ,并计算得到了砂粒的不规则形状校正系数 ,通过流动携砂实验获得了砂粒在流动液体中的沉降规律。由于受管道内流体速度场的影响 ,砂粒的实际沉降速度并非自由沉降末速与流体平均流速的矢量和 ,而是与平均流速和砂粒自由沉降末速之间有一个线性的统计关系式。该研究最终确定出砂粒在井筒中表现为沉降、悬浮及上升运动的临界条件 ,此临界条件可作为有效实施井筒防砂工艺的理论依据。     

冲砂洗井泡沫携砂规律数值模拟研究*

利用计算流体动力学（CFD）软件对水平井冲砂洗井过程中泡沫流体携砂能力进行了数值模拟。结果表明在油管居中情况下泡沫流体在环空中心部位体积分量最大,砂粒颗粒体积分量最小。砂粒在泡沫携带下,中心区域的砂粒速度随着运移路程不断变化,砂粒平均速度比入口速度略有增加。随着砂粒直径增加,发生冲蚀区域增加,其对泡沫携砂能力将产生更大影响,但总体而言,砂粒对管壁的冲蚀速率非常小。泡沫流速为0.30 m/s时,直径在0.1～2.0 mm的砂粒基本上可以悬浮在泡沫流体中随泡沫一起运动,没有沉降现象;泡沫流速为0.90 m/s和1.50 m/s时,0.1～2.0 mm直径砂粒可以顺利通过水平井段环空流道,砂粒直径越大,泡沫携砂能力越低。     

气井中涡流工具携液携砂效果模拟

为了解涡流工具同时携液携砂时流体的流动规律、压力分布、携液携砂效率、影响因素以及工作特性,对流体在涡流工具中的流动进行仿真模拟。对不同结构参数螺旋叶片的槽宽和槽深进行了组合,并对其作用效果进行仿真模拟,得到了涡流工具同时携液携砂的优化结构模型。分析了不同入口速度、气液比、砂粒直径下涡流工具对固相和液相的携带作用。结果表明:气井出水有利于气井携砂,气井含砂会影响涡流工具对液体的离心作用,但对气井的携液能力影响不大;相同工况下,液体更容易被携带流出;入口速度越大气井携液效果越好,入口速度变化对气井携砂的作用呈不规律变化;涡流工具可以降低气井携带固液两相的临界流速;砂粒直径越大涡流工具对固体和液体的携带作用均越小。     

厂房内液体化学品泄漏相变扩散数值模拟

针对有限空间中易发生相变的液体化学品意外泄漏的情况,运用Fluent软件对其泄漏扩散进行数值模拟。湍流模型选用RNGk-ε模型,考虑液体发生相变时的蒸发潜热,分析了不同时刻的危害区域范围,数值预测其在有限空间的温度场、速度场及浓度场的时空分布。结果表明,在风的下游和地面附近化学品浓度较高,并且液体蒸发相变导致温度降低,化学品浓度越高,温度越低;液体蒸发相变是一个渐变过程,在刚开始泄漏时空间气相质量浓度较低,随时间继续气相质量浓度逐渐升高,并且在水平和垂直方向其扩散呈不同特点。     

多因素作用下单裂缝铺砂规律CFD数值模拟

为研究压裂过程单裂缝中入口速度(排量)、粒径等因素对支撑剂铺置运移影响规律,运用CFD数值模拟软件,建立简化二维模型,鉴于以往模型出口设置引起支撑剂回流铺置,设计模型出口为全开出口。模拟结果表明:随着排量的增大,支撑剂主要沉降区向裂缝深处移动,同时,入口处湍流效应增加,近井筒区域支撑剂空缺带变大,降低支撑剂铺置效果;增加砂比到一定值,其对砂堤形态的影响逐渐减小;高排量、高砂比时,在一段时间内,砂堤高度先逐渐增高再降低达到平衡高度,砂堤形态非均匀性先增大再减小。     

苏丹6区稠油有限携砂冷采数值模拟及采油工艺技术

为了在短期内获得最大的经济效益,降低政治风险,苏丹6区F油田采用了稠油有限携砂冷采的开采方式,进行了有限携砂冷采的数值模拟研究。模拟采用三维三相耦合油藏地质力学模型模拟地层出砂的渗流情况,采用网络模型来描述蚯蚓洞的生长。在此基础上研究并形成了适合于Fula油田特点的稠油有限携砂冷采工艺技术:采用割缝筛管完井形成天然砾石充填达到防大放小有限出砂的目的;螺杆泵采油诱导地层出砂形成蚯蚓洞网络提高地层渗透率。研究成果在苏丹6区现场应用取得了良好的经济效益,20口油井平均产量从抽油井的25t/d,提高到85 t/d,全年产油35万吨,增产原油24.5万吨。     

破碎岩石内水力裂缝扩展数值模拟研究

爆炸-水力复合压裂是深层页岩油气开采的新型方法,即通过水力压裂的方法在爆炸后井筒周围形成的破碎岩石中使水力裂缝迅速在破碎岩石内竞争扩展,形成复杂缝网,对深层页岩油气的开采具有重大意义。在最大能量释放率理论基础上,首先推导了破碎岩石内裂缝扩展能量释放率计算式,然后结合内聚力单元和随机泰森多边形,建立了破碎岩石内水力扩展模型,分析了应力差、破碎单元数量、断裂韧性比、施工排量和井周初始裂缝数量对水力裂缝扩展的影响规律。研究结果表明：（1）应力差从1MPa增大至9Mpa时,裂缝总长度和平均裂缝延伸速率分别降低了37.79%和33.11%;（2）断裂韧性比的增大会极大地提高破裂压力从而减小应力差的干扰,且断裂韧性比从0.1增大至0.5时,总缝长提高了38.46%,同时也导致平均裂缝延伸速率降低了32.10%;（3）排量和井周初始裂缝条数均与裂缝总长度和平均裂缝延伸速率均呈正相关,但破碎单元数几乎不会改变裂缝延伸速率,并与裂缝总长度呈正相关。     

纤维压裂液携砂性能实验评价

 为了研究纤维对纤维加砂压裂的影响,设计了大型可视裂缝模拟系统及相应的实验方案,通过室内实验,研究了纤维加入方式、纤维浓度、温度等对纤维携砂能力的影响。实验结果表明:先加入纤维,再加入交联剂,最后加入支撑剂配置的压裂液携砂能力最好;在一定温度范围内,纤维质量浓度越高,纤维与支撑剂颗粒间摩擦系数越大,形成的网状结构越稳定,纤维的悬砂性越好,但温度大于80℃时,纤维携砂能力变差;增大纤维质量浓度,砂堤形态变平缓,堤峰向裂缝深部推移,支撑剂在裂缝深部的沉降量增加,有利于增加裂缝的有效长度。     

微囊藻垂直运动数值模拟

综合考虑光、营养盐、温度对微囊藻生长的影响,建立了太湖静止水体微囊藻垂直运动模型,分析藻类在水体生态系统复杂因素作用下的运动变化规律.通过与Kromkamp-Walsby模型比较发现,太湖静止水体微囊藻垂直运动模型模拟结果合理可靠,模型计算结果显示藻半径大的微囊藻更容易运动到水体表面,在持续大风或持续阴天后水华更易暴发.     

内置垂直格栅矩形TLD水箱液体晃动特征的CFD数值模拟

为研究内置垂直格栅矩形TLD(Tuned Liquid Damper)水箱在外加水平激励下液体的晃动特征,文章基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法,建立了相应的TLD水箱模型,并利用FLUENT软件进行液体晃动的力学性能数值模拟。将文章CFD数值模拟结果与已有类似试验的实验数据进行对比分析,进一步验证了CFD数值模拟结果的正确性。研究结果表明：(1)随底部水平外激励幅值的增加,液体晃动非线性逐步加剧,液体晃动幅度、阻尼比增大,无量纲水平控制力最大值逐步减小;(2)把垂直格栅放置在液体一阶晃动模态的归一化最大振幅处,能够有效地抑制液体晃动的非线性现象,垂直格栅放置位置越靠近水箱中部,TLD系统阻尼比越大;(3)随着TLD系统的水深比增大,内置垂直格栅构件的布置位置和尺寸相同时,TLD系统的阻尼比逐渐减小。     

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.     

水平井泡沫携砾石充填数值模拟

在进行疏松砂岩水平井砾石充填完井过程中,以往均采用牛顿流体作为携砂液。泡沫流体作为非牛顿流体,比牛顿流体具有更好的携带性能,并且具有低滤失性。针对水平井砾石充填作业发生提前堵塞和携砂液进入地层问题,借鉴水平管流的固液两相流动机制,建立水平井泡沫携砾石充填两层数学模型,并且对泡沫在水平井中流动的摩阻系数进行讨论。对偏心率、砾石直径、砾石密度及泡沫干度对砾石充填效果的影响进行计算分析,并以充填效率、砂床高度及综合评价指标表征充填效果。结果表明:随偏心率增大,充填评价指标趋于增加,但增加的幅度较小;随砾石直径、砾石密度及泡沫干度的增加,充填指标趋于降低;泡沫作为携砂液进行砾石充填比牛顿流体具有更好的充填效果。     

弹体垂直侵彻钢筋混凝土数值模拟

详细总结了Riedel-Hiermaier-Thoma(RHT)混凝土模型,采用标准立方体单轴拉伸和单轴压缩数值模拟揭示了模型基本特性,并将该模型用于弹体侵彻钢筋混凝土数值模拟,钢筋混凝土靶板前后表面的层裂破坏和内部断裂破碎现象均得到了较好反映,计算得到的弹体残余速度和实测值吻合较好,数值模拟还表明钢筋作用和混凝土模型相似角对弹体残余速度影响较小.     

非线性激励作用下载液容器内液体晃动的数值模拟

通过对周期性边界激励下的圆柱形容器内液体晃动的数值模拟,分析了载液容器壁面受力与外部激励频率、摆动半径之间的变化关系,以及液体晃动幅值、频率与外部激励频率、摆动半径之间的变化关系.分析结果表明:载液容器内的液体在经历了一段调整期后,晃动幅值趋于稳定,晃动频率接近激励频率;当外界的激励频率接近液体固有频率时,液体晃动幅值增大,对容器壁面产生的冲击力增大;液体的晃动频率与摆动半径无关,晃动幅值随摆动半径的增大而减小.该结果对于非线性激励作用下载液容器内液体晃动的研究、保证载液容器的运行的安全,具有重要的参考价值.