前置液流变性对顶替界面稳定性影响的数值模拟

借助计算流体力学(CFD)软件FLUENT6.20,对环空井筒内水泥浆顶替过程进行了数值模拟,模拟环空井筒外径0.24 m、内径0.18 m、高8 m.在顶替速度为0.4 m/s、偏心度为0.4的条件下,计算得到了顶替界面形状以及前置液流变参数屈服应力、稠度系数和流性指数对顶替界面稳定性及顶替效率的影响规律,并对数值模拟结果进行了实验验证.数值模拟结果表明,降低前置液的屈服应力、稠度系数及流性指数有助于提高水泥浆和前置液之间界面的稳定性和顶替效率.固井设计时要考虑界面的稳定性,对前置液流变参数进行调整.     

密度差对水平段固井顶替界面影响规律研究

水平封固段的固井顶替效果是影响水平井固井质量的关键问题,居中度和密度差是影响水平段固井顶替效果的重要参数。本文基于国家超级计算中心天河一号大规模集群计算平台,采用Fluent软件对300 m长水平段偏心环空进行1 000 s的隔离液顶替界面的数值模拟实验,研究居中度和密度差对隔离液与钻井液顶替界面的影响规律。研究结果表明,在扶正器扶正条件和密度差设计许可时,尽量提高水平段套管居中度与密度差,可以达到理想顶替效果与固井质量。当井眼条件差、扶正器下入困难时,采用大密度差的浆体设计,可以大幅改善偏心环空窄边钻井液滞留,提高隔离液顶替效率与固井质量。当钻井条件限制无法采用合理的密度差设计时,提高水平段扶正器的扶正效果,可以大幅改善偏心环空窄边钻井液滞留,提高隔离液顶替效率与固井质量。本文研究结论对固井顶替施工具有重要理论与实践指导意义。     

侧钻小井眼固井顶替效率数值模拟

保证小井眼固井质量的关键是如何用固井液把环空中的钻井液及井壁泥饼顶替干净。小井眼本身井况的复杂性(如井眼不规则、套管偏心)、顶替液与被顶替液的流体性质以及固井施工参数都是影响小井眼固井顶替效率的主要因素,因此需要开展相关研究,以认识各因素对固井质量的影响规律,并对固井参数进行优化。首先,基于计算流体力学相关理论与方法,建立了侧钻小井眼固井顶替数值模型,分析了固井顶替过程中顶替液与被顶替液之间的两相界面变化特征,揭示了小井眼固井的顶替机理;其次,基于小井眼固井顶替数值模型,模拟了幂律流体在小井眼固井顶替过程中顶替界面的发展过程,得到了顶替界面长度与顶替效率随顶替时间的变化规律;最后,根据数值模拟结果分析了顶替液与被顶替液流性指数与稠度系数、顶替液与被顶替液之间的密度差、套管偏心度和固井顶替排量对顶替界面长度与顶替效率的影响规律。研究结果成功指导了长庆苏里格气田首口侧钻水平井固井施工。     

爆炸焊接生成波状界面的数值模拟

波状界面是爆炸焊接的一个重要特征，利用弹塑性材料的二维有限差分方法模拟爆炸焊接中的波状界面结合过程。研究表明波状界面和涡街是由界面处的剪力流速度分布和周期性扰动所造成的。对波状界面的涡流参数值进行了定量分析，得出波状界面的波高和波长比与涡流状区域中心的纵间距和横间距比分别接近于常数0．3和0．22的结论。数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

环空宾汉流体流量对顶替效率的影响规律研究

固井时水泥浆常常采用宾汉流体模型,因此许多学者对宾汉流体性质及流态做了大量的数值模拟研究,然而排量对顶替效率的影响规律的数学解析方程推导还未见报道。本文根据宾汉流体在环空中的层流流动特性推导出了顶替效率与注水泥的排量关系式,并且计算了不同流量情况下的顶替效率大小,计算结果表明:流量越大顶替效率越高,并且呈现线性关系,适当提高水泥浆的流量能够有效提高顶替效率,推出的流量与顶替效率的关系式对固井工程设计具有较大的指导意义。     

带内嵌固体的不可压缩气液两相界面流数值模拟方法

将水平集方法与浸没边界方法相结合,建立了一个模拟带内嵌固体的气液两相界面流的数值方法.该方法在固定的规则网格下采用水平集函数捕捉气液交界面,采用改进直接力形式的浸没边界方法处理流体与固体的相互作用.在改进的直接力格式中,基于描述流体-固体相的另一个水平集函数设计了一个速度插值算法,以计算流体与固体的相互作用力.最后,应用所提出的数值方法分别模拟了气泡和液滴撞击内嵌固体平板以及球形固体的过程,给出了液滴与气泡的变形和运动细节.数值模拟结果与已有的实验观测结果吻合较好,证明了所提出的方法的正确性.     

滑坡稳定性三维数值模拟分析

滑坡作为地过表层的三维地质体,应最大程度逼近实际边界条件评价其稳定状态,同时,由于滑坡不同部位结构构造存在差异,应用不同的稳定系数评价其不同部位的稳定状态。在滑坡稳定性分析方法研究现状对比分析的基础上,介绍一种简易实用而精度又较高的滑坡稳定性三维数值模拟分析方法,正是为达到此目标的一种探索,分析结果与已有研究成果基本一致,证明这种分析方法具有一定的可信性和优越性。     

外力对斜坡稳定性影响的数值模拟研究

风载等外荷载传递至基础后,将对斜坡地基的稳定性造成影响。采用将外荷载当作是集中力作用于基础中部的思路,来模拟外荷载对斜坡稳定的影响。通过设置不同集中力作用的方向,以求模拟由于外界环境变化引起的各类外荷载的作用,并分析规律。利用有限差分软件FLAC3D,结合强度折减理论,可将模型内部的应力、变形的变化过程显示,并可按一定标准判定安全系数和滑动面形态。计算结果表明:作用于水平方向和垂直方向的集中力对斜坡稳定性均有影响,指向斜坡的水平力对稳定性的影响较大。指向斜坡内部的集中力可提高斜坡地基的稳定性。     

断面形状对巷道围岩稳定性影响数值模拟分析

在煤矿巷道支护工序实施和施工应用中,一教认为有效提高支护质量的关键问题是支护方式的选择及支护参数的确定．而对巷道断面形状产生的影响考虑不足。通过现场实践调研得知,巷道断面形状对巷道围岩稳定性有比较大的影响．进而影响支护质量。采用FLAC5．0数值模拟软件,选取六种不同断面形状在相同条件下进行模拟比较,通过对模拟结果的分析研究不同断面形状对巷道围岩稳定性的影响。     

高密度钻井液条件下的顶替效率

顶替效率是固井施工过程中最难控制的因素,提高注水泥的顶替效率能有效驱替钻井液、清除钻井液虚泥饼,从而提高水泥胶结质量和水泥环密封性能。是防止油、气、水窜的前提。随着开采工艺的发展,对固井顶替效率提出了更高的要求：影响顶替效率的因素复杂多变,本文针对影响顶替效率几大重点因素展开深入研究,结合大庆油田近几年来使用越来越多的高密度钻井液引起的固井顶替效率低的实际,通过对现场的实测数据进行综合分析,为大庆油田高密度钻井液井的固井施工设计及提高顶替效率措施提供依据。     

多因素影响纤维沥青胶浆流变性能研究

为了改善沥青路面粘结剂—沥青胶浆的高低温性能,从材料流变学和粘弹性力学出发,采用动态剪切流变仪测定纤维沥青胶浆的相位角和车辙因子,采用弯曲梁流变仪测定沥青胶浆的蠕变劲度和蠕变速率,系统研究了填料种类、纤维种类、纤维掺量和老化程度对沥青胶浆流变性能的影响及其变化规律。研究表明:纤维改善沥青胶浆的高温性能优于水泥和矿粉,但改善沥青的低温性能却次于水泥和矿粉;德兰尼特纤维能较好地提高沥青路面的高温性能,其较小的用量可达到显著的效果;随着纤维掺量的增加,沥青胶浆的高温性能增强,低温性能有所改善,老化后沥青胶浆的高温性能更好,增粘效果更明显。研究成果对合理选择填料种类和比例,提高沥青路面的使用性能具有指导和应用价值。     

Numerical simulation of two-dimensional interface breakup

The nonlinear evolution of the two-dimensional mixing layer flow of two immiscible fluids separated by the interface with surface tension is simulated numerically. The volume of the fluid method is used to capture the motion of the interface. A parametric study is conducted to investigate the effects of Weber number, Reynolds number, and the density ratio, etc. on the breaking process.     

高渗透水泥浆高温高压流变性研究

随着油气开采难度的增大,对固井质量和固井水泥浆添加剂的要求越来越高,需要研制开发出新型高渗透水泥浆体系。借助美国产Fann50流变仪,研究了温度和压力对高渗透水泥浆流变性的影响,并与常规水泥浆进行了对比。分析结果表明,一定压力下,高渗透水泥浆的动切力、表观粘度随温度的升高而逐渐降低,流性指数减小;一定温度下,压力对高渗透水泥浆体系流变参数的影响不如温度明显。高渗透水泥浆比常规水泥浆体系具有更好的热稳定性。运用宾汉、幂律、卡森、赫切尔巴尔克莱(H B)、带剪切稀释系数等5种模式对实验数据进行了拟合分析,结果表明,H B模式是描述高渗透水泥浆高温高压流变性的最佳模式。     

赫-巴流体偏心环空紊流的数值模拟

针对钻井工程中经常遇见的钻井液、水泥浆等赫-巴流体在偏心环空中的复杂流动问题,应用FLUENT软件在紊流条件下进行数值模拟计算和分析,得到了不同参数下的赫-巴流体偏心环空流场特性。给出了偏心度、稠度系数、动切力等主要因素对速度和压力分布影响的规律性。结果表明,偏心度对偏心环空流场的速度分布影响很大,而稠度系数和动切力对流速影响不是很大,对轴向压力的影响较大。数值模拟对钻井工程以及其他领域中此类问题具有现实意义。     

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。     

水平管内油水两相流变规律实验研究

本文对油水两相在水平管内的流动规律进行了实验研究.实验所用的仪器为小型管式流变仪,实验管段由不锈钢管制成,内径为13.16 mm.仿照Duns-R os方法,采用无因次分析的方法,对实验数据进行处理,得到管流条件下油水混合物流变性计算公式.     

水泥改良土融沉对地层位移场影响的数值分析

【目的】分析水泥改良土融沉对地层位移场的影响规律,为水泥土改良冻结法应用于城市地下工程提供理论基础。【方法】以南京地铁10号线盾构出洞水平冻结加固工程为研究对象,采用三维数值模拟方法对水泥改良土融沉引起的地层位移进行了分析,采用单因素分析法,分析了融沉系数、覆土厚度、冻土壁尺寸对融沉位移场的影响规律。【结果】冻结区土体未经水泥土改良时,地表最大融沉量为12.811 cm; 水泥掺入比为12%时,地表最大融沉量为1.521 cm,表明水泥的掺入可明显减小冻土融沉。【结论】水泥土融沉时,土层越深,融沉位移越大,融沉范围越小; 地表融沉位移呈盆状沉降面,最大沉降位于出洞口处,随融沉系数增加,地表最大融沉量逐渐增大,但地层沉降分布规律不变; 覆土厚度越大,地表融沉量越小; 冻土壁尺寸增加时,地表位移发展速度变缓,地表沉降时间延长,最终融沉量增大。     

云芝菌丝三相悬浮液流变特性研究

云芝真菌在摇瓶里进行液体悬浮培养，使用ＮＤＪ－２Ｇ（改）对菌丝悬浮液液固两相体系进行精确测量表明：该体系具有Ｂｉｎｇｈａｍ液体行为．将无菌空气通入该体系，用４５３５－１型旋转圆盘粘度计（ＲＤＶ）再行测量发现：云芝气液固三相体系仍具有Ｂｉｎｇｈａｍ行为．用数值方法对测量结果分析表明：三相体系与原两相体系相比，随着气含率增加，其屈服剪应力有显著降低，但其塑性粘度却有较小增加．     

断层间距对隧道纵向稳定性的影响

针对断层间距对隧道纵向稳定性的影响问题,采用FLAC3D计算模型分析应力及位移的分布规律.结果表明:断层间距越小,隧道纵向稳定性越差;断层间距不同,应力和位移纵向分布规律亦不同;顶板和边帮与断层相交区域为应力降低区,其前后为应力升高区,底板相反.