固体颗粒在液体中沉降速度的计算方法评述

固体颗粒在液体中的阻力系数和沉降速度的计算直接关系到现场有关工艺的设计。在固、液多相流计算中普遍采用漂移流动模型,固相在静止液体中的沉降速度是建立漂移流动模型的基础,因此,有必要深入了解固体颗粒在静止液体中的沉降动力学特性。综述了固体颗粒在静止液体中发生自由沉降和干涉沉降的阻力系数和沉降速度的计算相关式以及这些相关式的使用范围,并且考虑了颗粒形状和边界条件等因素对沉降速度的影响。     

高黏度流体垂直井筒携砂临界流速实验与计算

生产实践证明适度出砂开采稠油能够有效增加油井产能,高黏度流体在井筒内携砂临界流速的确定是稠油适度出砂生产设计的关键参数之一。结合调研文献资料,考虑砂粒形状、砂粒浓度和器壁干涉等因素影响后,给出了适用于高黏流体计算砂粒沉降速度的砂粒器壁干涉沉降速度经验公式,采用垂直井筒携砂模拟实验装置进行实验,静态沉降实验得出了砂粒形状校正系数,高黏流体携砂临界流速实验测得实际携砂临界流速,拟合砂粒器壁干涉沉降速度和携砂临界流速,得出高黏流体携带不同粒径砂粒的临界流速计算式。结果表明,砂粒器壁干涉沉降速度与携砂临界流速基本上呈线性关系;黏度越大,砂粒器壁干涉沉降速度与其携砂临界流速值越接近。     

孤东油田油井最低携砂举升能力研究

借助砂粒在流体（水和油）中沉降实验,研究了砂粒在流动液体中的运动规律,确立了砂粒沉降速度与井筒流体平均速度间的相关关系式,提出了一套有杆泵抽油井在携砂生产条件下的参数优化设计方法,并开发了配套优化应用软件,在孤东油田现场应用50口井次,准确率达81．0％,平均泵效提高7．3％,优化油井携砂能力有明显提高;同时,对油井生产过程砂粒沉降附量和泵内砂柱高有较好预测性.为孤东油田油井管柱设计,参数优化,安全关井及检泵周期的确定提供了依据。     

孤东油田油井携砂举升能力研究

根据孤东油田开发需要，借助砂粒在流体（水和油）中沉降实验，研究砂粒在流动液体中的运动规律，确立了砂粒沉降速度与井眼流体平均速度间的相关关系式，建立合理的数学模型。同时结合常规有杆泵抽油井生产参数优化设计的方法，以油井携砂安全产为前提，提出了一套有杆泵抽油井在携砂生产条件下的参数优化设计理论，并在孤东油田应用，取得阶段成果，为出砂油井管理提供有益探索。     

地层砂粒在液体中的沉降规律研究

在压裂、防砂及冲砂过程中,为防止砂粒在井筒底部沉积,需研究砂粒在液体中的沉降规律,从而确定最低排量等施工参数。根据固液两相流理论,推导了砂粒在牛顿流体、幂律流体及宾汉流体中不同沉降雷诺数范围内的沉降规律;用不同类型的液体及不同粒径的砂粒对不同情况下沉降规律进行了实验验证。实验及计算表明：常用的斯托克斯公式仅适应于颗粒沉降雷诺数较小的情况;当砂粒较大、液体粘度较小时,用斯托克斯公式得出的计算值与实际值相关很大。新推导公式所得的理论计算值与实测值的误差较小,得出的砂粒沉降规律较为准确,可用于现场 流体携砂能力的研究。     

油气分离器液滴沉降区的工艺计算

液滴沉降区是油气分离器的重要组成部份。在介绍液滴沉降速度和液滴在水平气流中的沉降计算的基础上,分析了液滴在不同气体流态下的受力状态和运动轨迹。并根据油气分离器内气雾流流态波动较大、参数难以确定的特点,给出了液滴沉降速度、沉降效率和沉降区的简易计算方法。     

用于出砂井的水力喷射泵结构设计

油井出砂对地面设备和井下设备带来极大的危害。通过室内试验研究了地层砂在井筒内的流动和沉积状态,测定了不同粒径的砂粒沉降速度和一定液量下的极限携砂量。设计了应用在出砂井中的水力喷射泵采油装置,其特点是采用平行双管柱结构的水力喷射泵,合理设计泵内流道,尽可能保持液体匀速流动,适当提高液体流速,提高携砂能力。最后为防止液体停止流动导致砂堵排出管,设计了结构独特的沉砂管。     

出砂抽油井合理产量的确定

1.砂粒在静液中的自由沉降 砂粒在井筒流体中的运动方式与流体的冲击速度有关。当流体流动速度小于砂粒的自由沉降末速时,砂粒表现为沉降运动;当流体流动速度大子砂粒的自由沉降末速时,砂粒表现为上升运动;当流体流动速度等于砂粒的自由沉降末速时,砂粒处于悬浮状态。因而可将砂粒自由沉降作为研究的出发点,并将砂粒的自由沉降末速作为流体携砂能力的临界点。     

球形岩屑在赫-巴流体中的沉降速度

钻井时,井眼中的岩屑颗粒在其自重作用下会克服泥浆的阻力而以一定的速度沉降。为了及时有效地将岩屑从井眼中携出,必须使环空中泥浆上返速度大于岩屑的沉降速度。钻井实践及有关实验表明,泥浆的流变性是影响岩屑沉降速度的重要因素,而岩屑沉降速度又是合理确定钻井水力参数及调整泥浆性能不可缺少的依据。因此,深入研究岩屑在环空泥浆中的沉降规律是很重要的。本文将钻井泥浆当作赫-巴流体(Herschel-Bulkley fluid)来处理,应用等效粘度概念,在小雷诺数条件下,探讨了球形岩屑在赫-巴流体中的沉降问题,提出了沉降速度的计算公式,公式反映了泥浆密度、流变参数及岩屑粒径和岩屑密度与沉降速度的关系,得到了当沉降速度为零时的不沉粒径与泥浆性能参数之间的关系式,文中还给出了计算实例。经应用前人资料验证,证明文中理论与实验结果相符。本文的沉降速度公式可供现场计算时参考。     

支撑剂返排控制优化

在压裂过程中,支撑剂起着保持裂缝高导流能力的重要作用,同时支撑剂的回流也会影响压裂井的正常生产,损坏井下和地面设备,增加生产成本和修井费用。为保持支撑剂在裂缝中形成有效支撑,文中根据支撑剂在幂律流体中的沉降规律,结合颗粒干扰和壁面效应对沉降速度的影响,对沉降速度进行了修正,从而建立了支撑剂沉降距离的计算模型;根据临界流速,计算出支撑剂的临界返排量。应用该理论模型,结合实例进行优化设计分析,针对不同的井口压力选择对应的油嘴直径。计算结果表明,该模型对指导现场施工具有积极意义。     

岩屑颗粒在紊流运动场中的沉降特性

利用摄动法分析求解岩屑颗粒在紊流运动场中的沉降运动，在零阶摄动解中，忽略流体的加速度，从而紊流场内颗 粒与流体间的相对速度等于静止液体中的自由沉降速度，由此分析了颗粒在漩涡场中的运动轨迹，其次考虑流体加速度的莆响，以ε＝1／g|duf\td|作为参数摄动小量，讨论了紊流场的性质对颗粒运动的影响，结果表明脉动频率及紊流运动强度通过改变阻力而减小颗粒的沉降速度，但对重颗粒的影响较小。     

湿天然气管路持液率计算方法研究

持液率计算在多相流工艺计算中占有重要的地位,各种相关式都是依赖于实验或现场数据得出的经验或半以验相关式。文中叙述了10种持液率相关式,利用实验数据和现场数据进行了评价。结论是Minami-Brill Ⅰ式、Minami-Brill Ⅱ式、Lockhart-Martinelli式的计算结果与实际误差较小,推荐采用这3个公式作为湿天然气管路持液率计算公式。     

连续油管冲砂排量优选

为优选连续油管冲砂排量,以单个砂粒在冲砂液中的受力分析为基础,建立了砂粒沉降速度计算模型;对沉降速度中关键参数进行拟合,获取了沉降速度计算公式;研究连续油管冲砂排量的计算方法,获得了不同套(油)管、不同连续油管工况下最低排量的优选模板。大港油田官882井和官1801井的冲砂施工过程中,依据优选模板,选择合适的冲砂排量,使连续油管冲砂较常规修井作业提高工作效率2.4倍。连续油管冲砂排量的优选可为合适冲砂排量的选择提供理论支撑,保证冲砂施工高效、经济地进行,为连续油管冲砂方案的制定提供理论指导。     

垂直井简低黏度液流最小携砂速度研究

油气井出砂开采或储层出砂后的垂直井筒最小携砂速度是井筒携砂的重要设计参数,一般的方法是对颗粒自由沉降末速附加一个固定的修正系数.基于理论和试验分析,用颗粒的等沉降速度当量直径取代了等体积当量直径,进而利用沉降试验解决了颗粒的形状系数测定问题,并通过携砂试验得到了埕北地区东营组油藏砂粒的最小携砂速度计算公式.研究结果表明,在低黏度流体中最小携砂速度的修正系数随颗粒直径减小而增加,在携砂试验条件下其变化范围为1.45～2.90.研究成果可用于计算垂直井筒内低浓度砂粒无淤塞的最低携砂流速,对于解决其他地质区块和微小颗粒的垂直井筒携砂问题具有借鉴意义.     

幂律流体中岩屑颗粒沉降速度实验

钻井过程中,任何井型都需要钻井液有效携带岩屑上返,以保持井眼清洁;但由于岩屑颗粒与钻井液存在密度差,遇到接单根、停钻等工况,岩屑颗粒就会在钻井液中沉降。对于大斜度井和水平井,岩屑沉降后会堆积在造斜和水平井段,形成岩屑床,造成恶性井下安全事故,因此,深入研究岩屑颗粒在钻井液中的沉降规律十分重要。文中首先综述了不同形状、不同粒径的固体颗粒在牛顿流体中的阻力系数和沉降速度计算模型,分析了牛顿流体中固体颗粒雷诺数和阻力系数之间的关系;应用与研究固体颗粒在牛顿流体中沉降的相同方法,并通过室内实验,得到了不同粒径岩屑颗粒在幂律流体中的沉降速度模型、颗粒雷诺数与阻力系数之间的关系模型。     

对卧式分离器中液体再携带能力的预测

液体的再携带是指已从气/液界面中分离,随后悬浮于气流中的液滴再次携带的过程,液体的再携带过程通常分两步。首先,高速的气流在气/液界面上产生扰动,例如波动和脉动;其次,气体通过由高速气流向低速液流的动量传递,从气体的表面对部分液体产生剪切。这个过程产生的结果与理想的结果(使液滴沉降,脱离气体)正好相反。本文对以前发表过的两篇关于卧式分离器设计的论文进行了补充,文中提到的方程都建立在 Ishii 和Grolmes 提出的相关式基础之上。     

湿天然气管路持液率计算方法研究

持液率计算在多相流工艺计算中占有重要的地位，各种相关式都是依赖于实验或现场数据得出的经验或半经验相关式。文中叙述了10种持液率相关式，利用实验数据和现场数据进行了评价。结论是Minami-BrillⅠ式、Minami-BrillⅡ式、Lockhart-Martinelli式的计算结果与实际误差较小，推荐采用这3个公式作为湿天然气管路持液率计算公式。     

油滴沉降速度计算方法的选用

油气集输中将油气混合物分离为单一相态的原油和天然气的过程通常是在油气分离器中进行的。油气混合物经分离器的入口分流器获得初步分离后，携带大量油滴的气体进入重力沉降部分，气体流速突然变慢，油滴在重力作用下开始以某一加速度下沉。随着油滴下沉速度的加大，油滴受气流的阻力亦越来越大，当油滴上所受合力为零时，油滴将以匀速在气流中向下沉降。油滴沉降速度的大小决定能否把油滴从气流中分离出来，因此油滴沉降速度是分离器设计的重要参数。本文对油滴沉降速度两种计算方法的适用范围进行了总结，以便设计过程中合理地选用。     

一种经济有效的水平井冲砂工艺方法

水平井与直井冲砂的主要区别在水平井段,由于重力作用,砂粒在水平井段内自由沉降方向与液流方向近乎垂直,所以水平井冲砂是否成功,冲砂液排量大小已不是主要因素,关键是冲砂液要具有很好的悬浮和携带能力。实验表明,提高冲砂液的粘度可有效降低砂粒的沉降速度,当粘度大于4mPa.s时,砂粒沉降速度已变得很慢。根据室内实验结果和对胍胶液性能测定,认为在目前设备技术条件下,胍胶液是比较理想的水平井冲砂液,它具有粘度高、冲砂效果好、易于配制、性能稳定、成本低廉等优点。通过在Z11平1井冲砂实践进一步证明:"胍胶液+反循环+出口机械除砂"是解决水平井冲砂问题的有效方法之一,具有较好的推广应用价值。     

连续管水平井冲砂洗井水力计算研究

连续管冲砂洗井技术在水平井的应用由于砂粒运移模型复杂化而受到限制,拟建立实用的连续管水平井冲砂洗井水力计算模型,得到采用砂粒粒径范围来判断的竖直井筒砂粒沉降末速度计算模型,并指出应考虑颗粒群干扰沉降影响。同时,还探讨了连续管水平井筒临界携岩速度计算模型,提出了水平井筒临界携岩速度为竖直井筒砂粒沉降末速度的6倍模型,并以此为依据计算了连续管水平井冲砂所需最低流量,所得结果对现场作业有一定的指导意义。