井内波动压力

管柱(钻柱、套管和油管等)在充满流体的井内运动,会产生波动压力,这个附加压力会影响井内压力系统的平衡关系。本文介绍了稳态波动压力计算方法的要点,并指出其粘附系数K值计算曲线所存在的问题。这是因为常用的钻井液多为幂律流体和宾汉流体,而原作者用牛顿流体的K值曲线计算井内波动压力,显然不符合井内实际情况。在分析波动压力机理的基础上,本文推导出适合井内幂律流体和塑性流体K值的计算公式。稳态波动压力计算方法,由于未考虑流体的压缩性和流道的膨胀性等具体井内条件,故只适用于浅井。1977年以来,美国AMOCO公司的研究人员,以弹性-可压缩流体理论为基础提出了瞬态波动压力计算方法,由于所考虑的条件更符合井内实际情况,所以更具有普遍性和准确性。     

幂律流体偏心环空流动中钻井液粘附系数研究

为了研究偏心环空中钻井液的粘附系数,建立了幂律流体偏心环空理论模型,用有限元软件Fluent对所建模型进行了模拟计算,分析了在环空紊流模型下钻井液粘附系数与套管运动速度及偏心距之间的关系,并对比分析了钻井液粘附系数和波动压力随偏心距的变化趋势。模拟中紊流计算采用κ-ε模型,假设幂律流体做稳定不可压缩流动。分析结果表明,当偏心距从0增大到完全偏心时,钻井液粘附系数减小值大于52%,受套管运动速度的影响较小,可以忽略;钻井液粘附系数和波动压力随偏心距具有相同的变化趋势,随着偏心距的增大,环空中波动压力逐渐减小,且从同心环空到完全偏心波动压力减小了74%。     

幂律流体偏心环空波动压力数值解

钻井液性能和环空几何形状对波动压力影响很大.本文建立了双极坐标下非牛顿流体偏心环空稳态波动压力的控制方程,利用盒式积分法和有限差分法推导了椭圆型变系数非齐次偏微分方程的数值模型,以幂律流体为例计算了下套管作业时所产生的激动压力梯度和偏心环空速度分布.模型计算结果表明:随偏心度增加,波动压力减小,偏心环空宽、窄间隙内速度分布差异增大.管柱完全平躺于井眼下侧时的波动压力大约只有管柱居中时的一半.文中还把数值模型计算结果与经验模型和近似模型计算结果进行了对比.     

随钻测量钻井液脉冲传输理论中幂律流体水击方程的建立

针对随钻测量（MWD）系统中钻井液脉冲信号传输方式存在的问题,依据流体力学原理,深入开展了MWD信号传输系统非牛顿流体水击问题基础理论研究。提出了一种线性化处理方法和幂律流体微分黏度近似表达式,建立了幂律流体瞬变流扰动量的变系数线性动量平衡方程,在此基础上建立了幂律流体水击方程。幂律流体瞬变流不仅取决于流体性质,而且还取决于其稳定流流动状态;方程中的变系数揭示了牛顿流体瞬变流与非牛顿流体瞬变流的主要区别。该方程的理论创新之处在于,一是考虑了非牛顿流体的影响,二是没有采用Darcy-Weisbach经验系数计算,而是进行了严格的解析解。     

定向井同心环空中卡森流体稳态波动压力的研究

管柱在充满钻井液的井眼内运动时所产生的压力波动,是影响井眼稳定性的重要因素。其值的大小,是确定泥浆附加密度的主要依据。因此,要求对实际波动压力的预测有较高的精度。多年来,常用的波动压力计算模式多为近似模式,存在较大误差。为此,从理论上对定向井同心环空中起下钻时管柱在卡森流体中运动时钻井液由粘滞性产生的波动压力进行了分析,建立了理论模式。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,并给出了计算示例。     

基于赫巴流体的偏心环空波动压力数值模拟

基于牛顿流体、幂律流体以及卡森流体建立的偏心环空稳态波动压力预测模型计算过程对计算机的硬件要求较高,在现场条件下并不适用。为此,基于钻井液赫巴流变模式,利用Fluent软件对起下钻波动压力进行了计算,并将计算结果与现场广泛应用的压力模型及室内试验数据进行了对比验证。建模时采用一阶迎风格式对动量方程的对流项进行离散,壁面设为非滑移壁面。分析结果表明,数值模拟结果与现存的同心环空计算模型及同心、偏心室内试验结果具有很高的一致性,最大误差不超过8%;流动指数、钻柱井筒直径比以及钻柱偏心度对波动压力影响较大,在窄间隙工况或具有高流动指数流体的情况下应严格控制起下钻速度。     

稠油油藏储层伤害产能预测新模型及表皮因子研究

基于幂律流体的流变特性方程，推导了幂律流体储层污染前后的垂直井的产能预测模型；推导了适合稠油油藏的表皮因子和非牛顿流体污染井井底压力损失的表达式，并验证了非牛顿流体公式可以还原为牛顿流体公式，分析了非牛顿流体流变特性参数对模型的影响。计算结果对比表明，储层流体的非牛顿特性对模型预测结果具有明显的影响。     

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本文研究了适合带渗透性井壁的偏心环空非牛顿流体二维运动微分方程式。提出了牛顿流体与宾汉流体在该偏心环空中流动的流场解析解及幂律流体流场的数值解。文中还导出了计算牛顿流体与宾汉流体在实际井眼内流动的压降与流量计算公式。     

幂律流体偏心环空流动中的波动压力修正模型

在石油钻井过程中,井眼环空中的流动多为幂律流体偏心环空流动.Burkhardt公式仅适用于同心环空流动,用来计算偏心环空流动中的波动压力时存在较大误差.通过CFD数值计算,分析了环空比和偏心度对幂律流体偏心环空中波动压力的影响.结果表明:在大环空比的情况下,波动压力随偏心度增大而减小;在小环空比时波动压力随着偏心度增大而出现先增大后减小的趋势.建立了Burkhardt公式中的常系数和泥浆粘附系数与环空比和偏心度之间的函数关系,从而扩展了Burkhardt公式的适用范围,使之可以计算幂律流体偏心环空紊流流动的波动压力.将扩展型Burkhardt公式的计算结果与文献中的数据进行了对比,误差＜9％.     

基于四参数流变模式的钻井液稳态波动压力计算

现存的波动压力计算模型主要是基于宾汉流体、幂律流体以及赫巴流体所建立的。这几种流变模式在适用范围上都存在一定的局限性,近几年有人提出来一种四参数钻井液流变模式,该模式在不同剪切速率情况下都能精确的描述钻井液的流变特性。 基于四参数流变模式提出了一种直井条件下起下钻稳态波动压力计算模型,通过与现存的模型相对比可以得知,该模型具有很好的适用性。将该模型与Crespo室内实验相对比,结果也吻合较好。此外还分析了起下钻速度、钻井液流动指数、钻柱井筒尺寸比等参数的敏感性。该模型的提出可以对现场精确计算起下钻波动压力、确定安全起下钻速度提供有效的指导。     

定向井同心环空RS流体稳态波动压力研究

波动压力是影响井眼稳定的主要因素，其大小对维护井眼内压力平衡、设计井身结构和泥浆性能的确定、以及确定合理的起下钻（或下套管）速度有重要意义。文中以Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ──Ｓｔｉｆｆ流变模式为基础，从理论上推导了定向井同心环空中起下钻或下套管过程中在稳定层流条件下，钻井液粘性产生的波动压力计算模式，并绘制了不同情况下波动压力系数的变化规律曲线及给出计算示例，提供给现场应用。     

计算井内波动压力的简单方法

管柱在充满钻井液的井内运动所产生的波动压力,会使井内压力系统失去平衡而引起井下复杂和事故。以往使用的波动压力计算公式比较复杂,计算误差较大。本文介绍二种井内波动压力的简单计算方法并列举出运算实例。本方法尤其适用于现场计算。     

管输剪切模拟搅拌槽中流体平均剪切率的计算

计算搅拌槽内流体剪切率的Metzner-Otto方法只适用于计算某些叶轮搅拌槽系统内层流时叶轮区的平均剪切率,不能满足原油管输过程剪切作用模拟的需要。根据流体流动的能量耗散率与剪切率的关系,提出了通过搅拌的轴功率计算搅拌槽全槽流体平均剪切率的方法。针对牛顿流体和幂律流体,提出了全槽平均剪切率的计算式。以实验室用的一个小型搅拌系统为例,使用所提出的方法,建立了槽内流体平均剪切率与搅拌转速、流体体积、幂律流体稠度系数及流动特性指数关系的经验数学模型。该模型预测的结果与直接由实测扭矩计算的平均剪切率相当接近。本方法适用于各种类型的叶轮,不受流体流态的限制,其原理还适用于符合其他流变模型的非牛顿流体。     

预测宾汉流体中最大下套管速度的实用方法

波动压力的大小与井眼系统稳定密切相关,而管柱下放速度又是影响波动压力的主要因素。因此,基于平衡压力钻井和井控要求而确定合理的管柱下放速度,对确保安全快速钻井具有重要意义。文中以宾汉流体为例,从理论上推导了控制管柱最大下放速度的非线性方程组,并在地层破裂压力梯度给定的情况下分析了影响管柱最大下放速度的主要因素。计算结果表明:随钻井液屈服值、塑性粘度增加,最大下放速度应该减小;随环空内外管径比增加,最大下放速度应该减小;随地层破裂压力梯度增加,最大下放速度可以增大。文中还给出了计算实例。     

非牛顿幂律流体渗流模拟研究

本文用数值模拟方法研究非牛顿幂律流体渗流的压力响应特征，得到如下认识：非牛顿流体井底压力响应的压降导数曲线与压恢导数曲线形状不完全一致；假塑性流体在均质地层中渗流的压导曲线上升，类似于远处物性变差非均质地层牛顿流体的压力响应；膨胀型流体在均质地层中渗流的井底压力响应的压导曲线下降，类似于牛顿流体在远处物性变好的非均质地层中渗流的压力响应。     

小井眼井下流体压力分析

针对小井眼的井径小、环空间隙小的特点，考虑管柱运动速度对流体运动的影响，得到了两种流动状态下流体压力损失的计算方法。分析结果表明，管柱长度、管柱运动速度和流体流量是影响流体压力损失的主要因素。通过算例分析可见，小井眼流体压力损失不客忽视，对井控、下机械工具等都会产生很大影响。     

下桥塞时井下流体运动分析

针对下桥塞中途坐封现象，文章考虑管柱的运动速度对井下流体运动的影响，提出了流体压力损失的计算方法。分析结果及实例运算表明，井下流体压力差导致桥塞中途坐封，管柱长度、管柱运动速度及流体流量是井下流体产生压力差的主要原因。据此提出了下桥塞时施工工艺的指导性意见。     

基于卡森流体的水平井波动压力预测新方法

针对水平井钻井过程中产生的波动压力问题提出了一种新的预测方法.以钻井流体力学理论为基础,阐述了水平井环空波动压力的流动物理模型,考虑管柱偏心对钻井液流动规律的影响,从一维稳定流动的基本方程和卡森模式的本构方程出发,引入卡森流体在水平井偏心环空轴向层流的流量模型,进而结合管柱在不同现场工况下的环空流量方程,使用mathematica软件进行数值模型的计算,最终建立了预测水平井各个井段波动压力的新模型.实例计算表明:该方法计算简单快捷,预测准确,对水平井钻井过程中的安全控制具有重要的指导意义.     

非牛顿流体在污染地层中的不定常渗流

具有屈服应力的幂律流体是一类流动性质复杂的非牛顿流体。用传播半径和平均质量守恒方法,研究井筒附近已受污染的油藏中,具有屈服应力的幂律流体的不定常渗流,得到了不定常径向渗流近似解析解。绘制了非牛顿流体启动压力梯度、幂律指数和表皮系数对井底压力动态曲线和压力传播半径扩散的影响图,并重点分析了启动压力梯度、幂律指数和表皮系数对井底压力动态曲线和压力传播半径的影响。经过化简给出 几种简化条件下的不定常径向渗流公式。     

用动态法研究井内波动压力

井内波动压力是管柱在充满流体的井眼内运动时所产生的附加压力。有时它会破坏井内压力系统的平衡而引起井喷、井漏、卡钻及污染泥浆和油气层等恶果。因此,准确可靠地预测井内波动压力是平衡钻井和合理设计井身结构的重要环节。但是,目前国内钻井工作者对波动压力的认识,一般仍停留在1954~1964年Clark、Burkhardt等学者以刚性管-不可压缩流体理论为基础,用固体类型分析法推导计算井内波动压力数学模型的水平上。而这一套稳态计算方法未考虑泥浆的可压缩性及管柱、井眼的弹性,因此其计算结果与实际情况出入较大。本文运用力学的基本原理,成功地预测了波动压力的变化规律,并且应用先进的测试工艺,实测了许多波动压力变化曲线,而后将理论研究和实验手段结合起来,运用动态分析方法,准确地预测了井底波动压力的变化规律,获得许多新认识。可为今后指导现场生产提供依据。