通道压裂支撑剂缝内分布规律研究

通道压裂是低渗透致密油气藏高效、低成本开发的关键技术,通过采用非连续簇团铺砂的方式,使裂缝中形成具有高导流能力的通道,但目前关于通道压裂的理论研究仍然处于起步阶段.因此,基于计算流体力学建立欧拉-欧拉固液两相流模型,对通道压裂过程中支撑剂的分布状态进行模拟,通过与实验结果进行对比,证明了所建立模型的有效性,并系统研究了不同中顶压裂液(纯压裂液脉冲段)黏度、支撑剂密度、泵注排量对通道压裂通道率的影响.结果表明,中顶压裂液的黏度从1 mPa·s增加到20 mPa·s,通道内平均通道率增加5%;支撑剂密度从1400 kg/m³增加到2000 kg/m³时,缝内通道率减小了7%;排量由3 m³/min增加到7 m³/min时,通道率由28%增加到33.5%后减小到31%.现场应用过程中应使用较高黏度中顶压裂液、较低密度支撑剂和合理的泵注排量以保证裂缝中形成有效支撑通道.     

固液两相流管道水力输送的研究进展

在参阅国内外有关文献的基础上,介绍了管道水力输送的基本原理,综述了管道固液两相流动中流动状态,浓度和速度分布,临界流速及摩阻损失等方面的研究进展。     

滑溜水压裂支撑剂在水平井筒内沉降规律研究

为了研究支撑剂在水平井水平段内沉降规律,自主设计了实验装置及实验方法,分别研究了水平井直径、排量、砂比、压裂液黏度等参数对临界沉降速度和临界再悬浮速度的影响。实验结果表明:支撑剂的临界沉降速度和临界再悬浮速度随着砂比、水平井直径的增大而增大,随着压裂液黏度的增大而减小;临界速度受水平井筒直径、压裂液黏度影响较大,受砂比影响较小;在相同条件下,临界再悬浮速度比临界沉降速度大。基于实验数据,通过多元非线性拟合,建立了临界速度计算模型,该模型考虑了支撑剂、压裂液、水平井直径、砂比等影响因素,能较准确预测临界沉降速度和临界再悬浮速度。     

延长油田压裂施工行为模拟

水力压裂是一种改造低渗透油藏渗流能力、稳定和提高油井产量的较好措施之一,但是影响水力压裂效果的因素较多。为了达到理想的压裂效果,必须综合考各个影响因素之间的相互关系,找出影响压裂效果的主要因素。本文以延长油田的压裂模拟施工设计,延长油气田大部分区块位于陕甘宁盆地。大部分油气藏为低渗砂岩致密油气藏,该选题针对延长油气藏实际地质,努力搞清楚压裂施工的各个环节及影响因素,优化压裂施工作业,建立压裂施工行为模拟,指导压裂施工作业,实现油气田增产。     

固液两相流管道输送的减阻问题

随着固液两相流管道输送技术的广泛应用和输送距离的加大,对其减阻问题的研究日益受到人们的重视。本文将目前的减阻研究归纳为型体减阻和静减阻两大类,并在分析两类减阻研究存在的问题的基础上提出了主动动减阻的新概念。     

固液两相流管道输送实验数据

结合上海理工大学建成的固液两相流管道输送实验台,设计开发了一套实验数据自动采集系统.介绍了该系统的硬件组成及软件设计,并在实验中验证了该测试系统的准确性和可靠性.     

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。     

控缝高水力压裂中支撑剂和隔离剂输送规律

研究了水力压裂缝高控制中人工隔层产生的机理,支撑剂和隔离剂输送规律．由全三维裂缝扩展模型得出裂缝几何尺寸、压裂液压力、温度、粘度、流速等参数,在此基础上建立了支撑剂和隔离剂输送模型,对支撑剂浓度控制方程在特征流线上进行分析,给出求解方案．由于施工过程实际上是在不同时间区段注入不同性质、不同浓度的液体和支撑剂或隔离剂,计算中把裂缝面划分成网格,记录在不同时刻、不同网格节点的液体和支撑剂或隔离剂的注入时间区段,可以给出液体的流动轨迹和支撑剂或隔离剂的输送规律．沉积与流固（支撑剂、隔离剂）两相滑移速度相关,而滑移速度可统一由裂缝三维压裂延伸程序求解．经过计算机仿真证实可以比较精确地描述支撑剂和隔离剂在裂缝中输送及最终的分布规律．     

基于CFD模拟的压力管道内固液两相流速度分布研究综述

管道输送因其具有高效、安全、环保等诸多优势已成为固液两相流体的主要运输方式,管道内的速度分布对管道的沿程阻力损失及压降有直接影响。在参考国内外相关文献的基础上,通过“浑浊模式”和两相分离模式两种分析方法,综述了多种管道内固液两相流体的速度分布公式和模型,归纳出固液两相流体的速度分布规律及影响因素,为固液两相流速度分布的进一步研究提供参考。     

固液两相流管道输送实验台的系统设计与测试方法

针对粒物料管道水力输送的特点,设计建造了固液两相流管道输送实验台,着重介绍了实验台的系统结构、测试方法和主要功能,实践表明,该实验台设计合理、功能完善、测试准确可靠,可用来模拟工业管道的各种工况。     

液态金属中气体射流过程数值模拟研究

应用欧拉-欧拉法双流体模型描述液态金属中气体射流搅拌过程的两相流动及气泡分布.采用分别描述气泡和液体湍流的k-ε两相湍流模型,重点分析气泡和液体在流场中的受力,详细讨论了阻力、升力等相间作用力对气泡分布的影响.结果表明,气泡的喷射对熔池起搅拌作用,中心线上入口处气含率最高,进入熔池后迅速下降,到一定高度后下降趋势变缓,在出口附近趋于不变.预测结果和文献中的实验结果进行对比表明,在给出合理的相间作用力模型时,该模型预测值和实验结果符合较好.     

冰箱毛细管出口气液两相流理论

利用计算流体力学商业软件,建立锥形管内部气液两相流模型,对制冷剂喷射现象进行仿真研究;考察湍流强度、压力和流速沿流动方向的变化情况及流场分布情况。结果表明:喷射流场在进入锥形管20 mm内呈现出较强的湍流现象,其后流场渐趋平稳,锥形管进口段流动呈现出极大的不稳定性;制冷剂在毛细管出口10 mm内压力稍上升,随后迅速下降;建立的计算模型能够较好地预测管内流动状况;由于管截面均匀变化,高速喷射流体冲刷管内低速流体没有引起涡流现象,表明锥形管具有稳定流场的作用。     

环管反应器内液固两相流的数值模拟

为了对环管反应器内液固两相的流动形态进行研究,建立以颗粒动力学为基础的Euler-Euler双流体模型。在浆液流速远大于自由沉降速度的情况下,模拟不同浆液入口速度时的环管反应器上升段压力降,同时对管道内液固两相流中的一些重要参数进行数值研究：在入口液固两相体积分布均匀的情况下,环管反应器上升段、弯管段以及下降段液固两相体积分布和液固两相速度均不一样,在弯管段由于离心力引起管道内二次流,使得固相颗粒甩向弯管的外侧壁,引起固相体积分数在弯管外侧壁明显增大,管道内固体颗粒相分布不均。在浆液速度v=3m.s-1时,液相和固相的速度有一定的速度差,随着入口速度增大,速度差变小;当浆液速度v=7m.s-1时,固体颗粒相速度分布与液相速度基本相同,两者之间的滑移速度可以忽略。计算结果与传统经验公式的比较表明模型能有效地描述环管反应器内压力降和反应器内浆液流动形态。     

固液两相流管道输送实验数据自动采集系统的设计开发

结合上海理工大学建成的固液两相流管道输送实验台,设计开发了一套实验数据自动采集系统。介绍了该系统的硬件组成及软件设计,并在实验中验证了该测试系统的准确性和可靠性。     

液固两相平板混合层中涡结构对颗粒沉降的影响

为研究液固两相平面混合层中液相大涡结构对固相颗粒运动与沉降的影响 ,分别用粒径小于 40 μm,粒径 98～ 10 4μm以及粒径 15 4～ 160 μm的玻璃微珠作为固相 ,在上下层流体速度比为 1∶ 2的液相平板混合层中 ,用激光片光源显示了在不同高度释放的固相颗粒通过混合层中大涡结构时的沉降扩散过程 ,并与数值模拟结果相对照。随粒径的不同 ,由于液相大涡的作用使颗粒的运动与沉降表现为明显的 3个特征 :在大涡作用下 ,粒径≤ 40 μm的玻璃微珠基本追随大涡运动 ,在实验区不发生沉降 ;粒径 15 4～ 160 μm的玻璃微珠一边随大涡运动 ,一边沉降 ,在实验区域内最终沉降到槽底 ;而粒径 98～ 10 4μm的玻璃微珠既显示出追随大涡运动又显示出穿透大涡的趋势 ,处于不稳定状态     

气力输送的数值模拟研究

对气相湍动能采用修正的κ-ε二方程模型,颗粒相湍动动能采用颗粒动力学方法,发展建立了气力输送的数学物理模型和计算方法,就垂直管中圆柱坐标系下二维悬浮稀相和密相动压气力输送过程进行了初步数值研究,所得结果(包括管压降、气固速度分布、一定输送量下最佳经济速度等)与文献实验结果吻合,为进一步用该法研究气力输送打下了基础.     

液体—固体粒子两相流流动特性的数值模拟及计算

运用液体－固体粒子两相流理论及计算流体动力学ＳＩＭＰＬＥ方法，对液－固两相流动特性进行了分析和研究，在此基础上建立了物理模型和数学模型，编制了计算程序，并以空心全在压力筒内产生破裂的现象为实例进行了数值模拟计算，结果表明，本文的理论研究方法，数值计算方法及计算程序是正确可靠的，不仅为液－固两相流动的研究提供了了手段，还进一步研究三相流动打下了良好的基础。     

压裂工况下T型三通冲蚀影响数值模拟

研究水力压裂工况下T型三通的冲蚀。基于FLUENT内置的DPM模型探究流速、质量流量、粒子直径、进出口流通方式对T型三通冲蚀的影响。结果表明：内部流速与冲蚀率的变化关系呈现幂函数关系,且曲线中存在冲蚀影响临界流速。液体流速小于临界流速,流速的增加引起冲蚀程度增加较不明显,当流速超过临界流速,引起冲蚀率的急剧增加。支撑剂颗粒粒径与冲蚀率的变化关系呈正相关。汇流状态下的冲蚀率最大,分流状态下的冲蚀率最小。汇流状态下的冲蚀率最大是分流状态下的30.7倍;既不分流也不汇流状态下的最大冲蚀率可以达到了分流状态的冲蚀率的5.4倍。     

深海采矿储料罐输送设备固液两相流数值计算与分析

针对深海采矿所使用的水泵与储料罐组合的矿石输送设备在矿石输送过程中矿石输送浓度难以控制,不利于矿石稳定和持续输送等问题,基于Fluent软件中的Euler-Euler模型,采用SIMPLE算法和标准k-ε湍流模型对储料罐输送设备内固液两相流进行数值计算和分析.计算结果表明:储料罐内的矿石在inlet1的水射流冲击和自身重力作用下能顺利进入输送管道,在inlet2水射流的卷吸和不断紊动稀释作用下,在出口处能得到稳定持续的矿浆流.同时,仿真结果表明:矿石体积分数随粒径增大而变小,当矿石粒径在5～10 mm范围内时矿石输送的体积分数保持在10％左右;随着储料罐内矿石堆积高度增加,矿石输送体积分数有所增大,但增大的幅度很小;随着inletl速度增大,矿石输送体积分数也相应升高,两者之间呈良好的线性关系,因此通过阀门控制inletl的水流速度就可以实现对矿石输送体积分数的控制;最后通过实验验证该输送设备的可行性,并进一步验证通过控制inletl入口速度控制矿石输送体积分数.     

油气润滑输送中两相流的形成

通过实验和数值模拟的方法研究了油气润滑系统输送润滑油的过程中,管道中流体的流动状态及气体在润滑油中的扩散规律。结果表明:润滑油的流动形态与雷诺数关系密切,通过图像分析方法得到润滑油中含气率为4%~6%。通过数值模拟发现,润滑油呈波浪式翻滚运动形态,在润滑油和管道壁之间形成许多气室。气室中的压力高于周围润滑油的压力,导致气体在润滑油中扩散。输送管道中形成正常连续油膜时的含气率约为6.12%,与实验结果基本一致。