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。     

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。     

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%。     

宾汉流体偏心环空轴向层流流场的研究

本文对宾汉流体偏心环空轴向层流流场进行了理论分析,导出了速度分布、视粘度分布、分层雷诺数分布和流量的计算公式。大量实验数据与理论计算结果吻合。由此证明这些公式是正确的,可以作为定向井水力参数设计的理论依据。     

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.     

赫-巴流体同心环空流动的数值模拟

运用fluent软件在三维笛卡尔直角坐标系下建立同心环空流动的物理模型。分别对同心环空圆管中赫-巴流体层流和紊流流动进行数值模拟。得到流体在出口处以及流场内部的速度等值图。通过改变流变指数和动切力,进而分析各流场中速度的变化规律,速度大小以及速度分布情况,并将其进行比较分析。计算结果很好的反映出了赫-巴流体同心环空流动的基本特征。     

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     

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.     

宾汉流体在钻井同心环空内轴向层流核及压降计算

针对石油钻井过程中钻井液在环形空间内的特点.对宾汉液体在钻井同心环空内轴向层流流动时流棱及流动压降进行了精确的理论分析.利用圆柱坐标系.导出了流场分布、流核尺寸及流动压降的理论计算公式.给出了便于现场应用的计算模式及有关的计算图表.有助于准确确定直井钻井过程中环空流核尺寸及流动压降.为更好地进行水力参数和钻井液流变参数设计,提供了参考依据.文中还从理论上对比分析了以前常用简化计算公式的计算误差.     

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．     

直井钻井液粘性产生的波动压力的理论分析

本文从理论上分析并计算了直井起下钻(或下套管)过程中由泥浆粘滞作用引起的波动压力。分别用牛顿模式和幂律模式导出了起下钻(或下套管)过程中环空内泥浆层流流动的流速分布公式和波动压力计算公式。给出了便于现场使用的计算模式和相应的计算图表。这些模式和图表对于现场准确计算波动压力,以便更有效地控制起下钻(或下套管)速度及相应的泥浆性能,确保井下安全,有一定参考价值。文中评价和分析了以前常用的近似简化计算方法。     

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。     

旋转射流流线分析及旋流强度的计算

为了研究旋转射流的流动特性以及喷嘴和叶轮的几何形状对旋转流体旋流强度的影响,对旋转射流的流动及旋流强度进行了理论分析及计算。结果表明,在理想情况下,旋转射流的流线为一条对数螺旋线。为了使水力损失最小,导向叶轮的外形应与其流线相一致,旋流强度的大小取决于喷嘴的各个参数及叶轮的几何形状。同时利用五孔探针对不同旋流强度的喷嘴进行了轴向速度、切向速度的实测试验。试验结果表明,在旋转射流的主体段,轴向速度剖面呈现出“Ｍ”形分布特点,切向速度剖面呈现“Ｎ”形分布特点。旋流强度越大,旋转射流轴向速度越小,切向速度越大。旋转射流的能量随旋流强度的增加,衰减加快,射程变短。