宾汉流体在环空中流动时的速度分布规律

将宾汉流体的本构方程与运动方程相结合,利用因次分析方法,推导出宾汉流体在环空中作层流运动时的速度分布规律.根据速度分布规律,讨论屈服应力和压力梯度等参数对宾汉流体环空层流速度分布剖面的影响屈服应力增加,宾汉流体环空层流流动的速度分布与牛顿流体环空层流时的速度分布之间的差异加大,且流核宽度随屈服应力增加而增加;压力梯度减小,宾汉流体环空层流流动的速度分布剖面愈扁平,即流核宽度增加.     

宾汉流体在环空中流动时的速度分布规律

将宾汉流体的本构方程与运动方程相结合,利用因次分析方法,推导出宾汉流体在环空中作层流运动时的速度分布规律.根据速度分布规律,讨论屈服应力和压力梯度等参数对宾汉流体环空层流速度分布剖面的影响:屈服应力增加,宾汉流体环空层流流动的速度分布与牛顿流体环空层流时的速度分布之间的差异加大,且流核宽度随屈服应力增加而增加;压力梯度减小,宾汉流体环空层流流动的速度分布剖面愈扁平,即流核宽度增加.     

用PIV技术测量幂律流体同心环空螺旋流的流场

为研究幂律流体同心环空螺旋流的流动特性,建立了流体的同心环空螺旋流动实验模型。利用PIV(粒子图像测速仪)系统拍摄各种情况下环空螺旋流场中粒子的图像,对数据进行分析处理。结果表明:幂律流体在同心环空管道内做螺旋流动时,流量、流体黏滞性的增大或内管旋转角速度的减小都可以使压力梯度增大;其它条件相同时,压力梯度或流量的增大可以使轴向速度增大,促进紊流发生;压力梯度一定时,黏滞性的减小或内管旋转角速度的增大可以使轴向速度增大,促进紊流发生。将所有工况下实测速度与理论计算速度进行对比,最大相对误差为4.8%,理论与PIV测试实验结果吻合得较好。     

屈服假塑性流体偏心环空流动的基本特征

石油钻井和完井过程中，经常出现钻井液、水泥浆和完井液在偏心环空中的流动。屈服假塑性流体在描述这些流体的流变性时有很高的精度。文中根据非牛顿流体流动的基本方程和偏心环空环隙间距的几何关系，利用相似原理，求解了屈服假塑性流体在偏心环形空间中作层流轴向流动时适于工程应用的二元速度分布，以及平均流速、流量和压降的表达式。研究表明：液体在偏心环形空间流动时与在同心环空中流动的最大差异，在于流经偏心环空不同间     

地面驱动螺杆泵井杆管环空螺旋流数值模拟

目前多数研究将地面驱动螺杆泵井杆管环空中的井液的流动看作多相流体轴向流动,实际上在高速旋转抽油杆带动及螺杆泵压差作用下,环空液体呈现螺旋流动。根据粘性流体运动方程及螺杆泵井井筒液体运动的特点,建立了地面驱动螺杆泵井幂律流体杆管同心环空螺旋流数学模型。运用不均匀对数网格法和有限差分法求其数值解,并对不同的流场参数进行了敏感性分析。计算结果表明,井液的轴向速度、切向速度、合速度及压力梯度随抽油杆转速的增加而增加,视粘度随转速的增加而减少。在设计螺杆泵井转速时,既要考虑增大产量,又要考虑螺杆泵举升高度及寿命。     

聚驱螺杆泵井偏心环空流体流动仿真研究

螺杆泵主要用于聚驱井和稠油井,由于转子偏心以及井口不对中等原因,螺杆泵井杆管环空中流体可能呈现偏心流动.针对目前多数研究将该流动考虑为牛顿流体同心环空轴向流动的情况,对此流动系统进行运动和受力分析,建立螺杆泵井幂律流体杆管偏心环空螺旋流仿真数学模型.运用线性迭代的方法进行求解.通过计算可知,螺杆泵井杆管偏心环空螺旋流角速度随转速增加而增加,窄间隙处角速度径向梯度比宽间隙处大.轴向速度随转速的增加而增加,且增加幅度较大.仿真数学模型中螺杆泵杆管环空流体的流动状态符合实际工作状况,完善了螺杆泵举升工艺理论.     

幂律流体偏心环空螺旋流计算机仿真

偏心环空螺旋流是钻井作业常见的一种流动,怎样方便、快速及高精度地计算其流速场与流量是一个重要问题.根据1987年Luo和Peden提出的方法,利用数值计算高级语言MATHCAD结合现代计算机仿真计算技术,对幂律流体在偏心环空的螺旋流动做了研究,得到了这种流动的重要规律.从算例可以发现:在其它参数不变的情况下,钻柱的偏心对幂律流体螺旋流轴向流量的影响非常大.最大偏心时,轴向流量是同心时轴向流量的2.635倍,是最小偏心时轴向流量的1.668倍;钻柱的旋转速度对幂律流体螺旋流轴向流量的影响较小,但随钻柱旋转速度的增加,轴向流量有所增大,钻柱旋转速度最大时轴向流量是钻柱旋转速度最小时轴向流量的1.013倍.     

偏心环空中幂律流体轴向层流压降的计算

根据非牛顿流体力学原理,本文首先求得同心环空中幂律流体轴向层流压降精确解,在此基础上,引进当量间距的概念,提出偏心环空中轴向层流压降的计算方法。此外,文中还就固井工程和环空携屑计算中偏心环空极值速度问题进行了探讨,得到偏心环空中幂律流体轴向层流的最大和最小速度精确解。     

钻井中井筒环空流体流动参数计算的数学模型

在环空流体为单相钻井液条件下,在环空中建立了钻井液流动的一维连续性方程和动量方程。结合钻井液密度-温度-压力的关系式、幂律流体流动的摩擦关系式,建立了求取井眼环空的压力分布和任意位置钻井液密度的数学模型。应用有限元方法可以对该模型进行求解,根据钻井液不同类型,修改摩擦项关系后,可以计算环空内的牛顿和非牛顿钻井液在任意井眼轨迹中流动条件下的瞬态环空压力分布、流动速度和任意位置钻井液密度。     

椭圆井眼同心环空赫巴流体流动规律研究及压降计算简化模型

因岩石和地应力的非均匀性易形成椭圆井眼,导致现有规则圆形井眼环空流动模型存在较大误差。为明确椭圆井眼同心环空赫巴流体流动规律,建立了解析模型和Fluent仿真模型,分析椭圆井眼对环空流速和压降梯度的影响规律;通过修正水力直径和引入有效黏度的方法建立了椭圆井眼同心环空压降计算简化模型,实现流动压降的准确快速预测,并利用解析模型、仿真模型和实测结果对简化模型有效性进行验证。结果表明:当流量一定时,轴向平均流速和最大流速随椭圆长短轴轴长比值的增大呈线性和指数型增加;无量纲压降梯度随椭圆长短轴轴长比值增大呈线性增加;简化模型与仿真模型、解析模型和实测结果均吻合较好,误差分别为±8%、±5%和±5%。研究成果为椭圆井眼同心环空流动压降准确快速预测提供了理论支撑。     

海上油气水多相管流中沿程摩阻因数分析

沿程摩阻因数是制约多相管流发展的关键,摩阻因数是压降计算的重要内容之一,其计算的准确性直接决定了压降计算的准确性。基于Xiao等人的流型判别法,将流型分为分层流、段塞流、环状流和分散泡状流等4种流型。分散泡状流仅需用到气体或液体与管壁之间的相互作用;分层流、环状流和段塞流不仅用到气体或液体与管壁之间的相互作用,还要用到气液界面之间的相互作用。气体或液体与管壁之间的沿程摩阻因数可以采用单相流体的沿程摩阻因数方法计算。对于不同的流型,气液界面的摩阻因数计算方法也不同。     

H-B流体在小井眼同心环空中轴向层流的运动规律

根据不可压缩粘性流体力学及非牛顿流体流变学的基本原理,推导出Herschel-Bulkley流体在小井眼同心环空(合钻杆管体环空、钻杆接头环空及钻铤环空)中轴向层流的运动规律,分别得出了流量、流速和压降的简化解析式,定义了钻杆接头(或钻铤)环空当量长度和压降增比,给出了算例,为小井眼钻井工程的水力设计计算提供了理论依据和实用方法。     

Lubricated Pipe Transport of Heavy Crude Oils

Abstract

Optimal conditions for lubricated transport of very heavy crude oils in a horizontal pipeline are established. A central core annular flow is obtained using water as the lubricating fluid and heavy oil as the core of the flow. The pressure drop along the pipe using lubricated transport is 50 times less than the pressure drop required to transport the heavy oil without lubrication. When the conditions of temperature, viscosity, and pressure at the injection nozzle are maintained within a certain range, the lubricated transport, with 70% heavy oil in the center and 30% water in the outer annulus, remains stable regardless of the pipe wall temperature.     

套管放气油井环空多相流动计算方法研究

为了研究套管放气油井环空多相流的流动形式,以泰勒气泡在粘滞流体中的上升流速作为主要依据,建立不同原油粘度下套管环空放气流动的截面含气体积分数计算模型和压降计算模型。模型适用于泡状流和段塞流,不适用于过渡流、环空流和雾状流。据计算模型编制了套管放气井环空流动计算软件,用该计算软件计算输出环空压力分布,将计算得到的参考点压力与实测的参考点压力对比40井次。结果表明,建立的计算模型正确、可靠,可为套管环空放气工艺提供多相流计算手段,也可为套管环空压降计算、压力估算和沉没度估算提供依据。     

充气欠平衡钻井环空气液固三相流动力学分析

近年来,充气欠平衡钻井由于其容易实现,井筒压力调节范围大,可控制地层出水,利于井壁稳定等优点,国内外应用日渐增多。但是,充气欠平衡钻井是一门很复杂的技术,最关键的问题在于环空气液固流动是一个复杂、变化很快的动态过程,关于气液固三相流的动力学特征,迄今研究甚少。文章根据多相流体力学原理,对环空气液固三相流动力学特性进行分析,结果表明：除重力和颗粒问的相互作用力外,固相颗粒主要受到由压差阻力,摩擦阻力,视质量力,Basset加速度力,压强梯度力,马格努斯力和滑移一剪切升力组成。认识到充气钻井液在环空中的段塞流动和假液化特性对井眼净化是有利的,细小颗粒的假液化速度比粗颗粒大。     

水平管道油-气-水三相流动流型试验研究

在气相折算速度0·5~15m/s、液相折算速度0·05~0·5m/s的试验条件下,利用管径为25·7mm的水平管道,进行了含水率分别为10%,20%,40%,55%和70%的油气水三相流动流型试验研究。观察到油基/分离/段塞流型、油基/分散/段塞流型、油基/分散/环状流型、水基/分离/段塞流型、水基/分散/段塞流型和水基/分散/环状流型6种流型。后5种流型与其他研究者类似,但第1种有所不同。     

基于CFD的输气管道射流清管器喷嘴类型优选

天然气管输过程中粉尘等污垢易附着在管内壁,导致管输效率降低,影响生产运行。应用射流清管器射流吹扫作用可有效清除管内污垢,保障流动安全。为进一步评价射流清管器不同喷嘴类型的管内壁吹扫能力,以D273 mm×10 mm的天然气管道为例,基于计算流体力学基本原理,应用Fluent软件模拟不同类型喷嘴的射流流场。基于数值计算结果,分析了不同类型喷嘴射流流速及湍流动能在下游管道中的变化规律,分析结果表明:轴心喷嘴射流轴向速度较高,但管壁处吹扫速度很低,对管内壁几乎无吹扫作用;支状喷嘴可对管道内壁进行有效冲刷,但仅能形成局部的射流吹扫;环状喷嘴对管内壁均匀吹扫且吹扫范围最大,相较于支状喷嘴,其速度分布更均匀,对管内壁附着污垢的吹扫及粉尘携带效果最佳,并有利于药剂的均匀敷设。研究结果可为射流清管器的结构优化设计提供理论依据。     

裸眼系列完井方式下鱼骨井产量模型求解方法

为了向鱼骨井完井方案设计提供必要的理论参考依据,建立了鱼骨井产量稳态耦合模型,以裸眼系列完井方式为核心内容,以微元段法为求解手段,定量阐述完井筛管对耦合流动过程的影响,得到了鱼骨井流压分布剖面和流率分布剖面。经分析认识到,完井筛管管外环形空间储层砂堆积层产生的渗流附加压降影响了油藏渗流,井筒流压和流率分布剖面相对于裸眼完井整体下降,影响程度主要取决于储层砂粒度中值和筛管挡砂精度,同时也受到渗流干扰作用的局部控制;完井筛管尺寸、管壁质量交换效应以及基管孔眼参数影响了井筒管流,使得全生产井段井筒流压分布剖面相对于裸眼完井更加陡峭。通过与经典产量解析模型对比计算,证明了本文模型的合理性。     

水平井筒分层流型压降计算模型研究

井筒流动是一种沿井筒不断有流体流入的变质量流体流动 ,因此其压降计算有别于常规管流。在混合损失计算模型的基础上 ,应用动量守恒原理推导出了新的水平井筒气液两相分层流型压降计算模型。该模型较全面地考虑了井筒流动各方面的参数 ,将井筒压力损失划分为摩擦损失、加速损失、重力损失和混合损失等 4部分 ,其中加速损失主要源于径向流入引起的加速损失 ,以及由于持液率的变化引起气、液流速变化而导致的加速损失。计算实例表明 ,水平井筒气液两相流动中的井筒压降均随着管壁入流量和轴向流量的增加而增大 ;入流角对井筒压降的影响主要表现为混合损失占井筒损失的比例随入流角的增加而增加 ;新的水平井筒压降模型与油藏渗流相耦合 ,可为水平井产能研究提供理论指导。