连续管压降计算方法与试验测试

以连续管为研究对象,分别采用解析法和有限元计算方法对直管、不同曲率半径弯管和变径管的压降进行计算分析。在不同排量、不同曲率半径、不同管径和不同流体介质下,采用2种方法计算的管道压降最大相对误差为6%。通过数值计算方法对现有压降公式进行修正,推导了弯管临界曲率半径的计算方法,得到了变径比大于0.3的变径管道压降计算方法。试验测试结果表明:实测压降与理论计算压降最大相对误差为14%,进一步验证了修正的压降计算公式的准确性。研究结果为连续管安全和泵送压力计算提供了理论依据。     

牛顿流体在连续管内流动的压降数值模拟

通过数值模拟的方法研究不同曲率下流体在连续管螺旋管段流动的压降,并与经验计算公式的计算数据进行对比。结果表明,连续管螺旋管段由于存在二次流动现象,导致摩阻损失变大,大于直管段的摩阻损失;连续管水力摩阻损失随曲率和流速的增大而增大;随着流速的增大,曲率对摩擦压降损失的影响越明显。最后指出,利用连续管进行酸化压裂作业时,排量大,井底压力高,在这种情况下就需要选用大功率高压泵,如果选用的泵功率不够,会影响作业效果。     

幂律流体在偏心环空中流动的Hanks稳定性参数

在水平井的钻井和固井作业中,井的环空是偏心环空,而偏心环空不同于圆管和同心环空,它是几何边界不规则的区域,从而给判定非牛顿流体在偏心环空中流动的稳定性带来了巨大的困难。利用幂律流体在偏心环空中流动的数值解,研究汉克斯(Hanks)稳定性参数,得到了如下重要规律:Hanks稳定性参数的最大值和最小值分别在偏心环空的最宽边和最窄边处,符合已有的实验观察结论;Hanks稳定性参数的最大值和最小值总是在靠近钻柱壁的位置处,即层流的失稳点总是从钻柱壁附近开始发生,然后发展到整个环空,这点对钻井和固井是极端不利的;偏心越严重,则在偏心环空的最宽边和最窄边处的最大Hanks稳定性参数相差越大,一般大于5~100倍,这充分地说明了偏心时最宽边处早已是紊流但是最窄边却仍然是层流,符合实验和工程实际情况。表明了汉克斯(Hanks)稳定性参数对水平井的钻井和固井作业中水力参数的科学设计具有重要应用价值。     

螺旋屈曲状态下连续管冲蚀因素分析

针对连续管作业过程中连续管与套管之间形成较大环空间隙时,容易发生螺旋屈曲,以及连续管内壁冲蚀严重的问题,采用试验和数值模拟方法,对螺旋屈曲连续管的内壁冲蚀进行研究,并对试验和数值分析结果进行非线性拟合,以获得不同颗粒粒径、流量、屈曲螺距等因素对连续管内壁冲蚀的影响规律;同时通过试验获得相应的参数为仿真提供依据,提高模拟仿真的准确性,并利用灰色关联分析法(GRA)对连续管冲蚀模拟仿真数据进行分析。分析与试验结果表明,随着流量的增大,连续管的冲蚀速率呈线性增加;随着颗粒粒径以及屈曲螺距的增加,连续管的冲蚀速率逐渐减小。其中,当颗粒粒径增大时,颗粒的数目为主要影响因素;当屈曲螺距越小时,冲蚀分布越均匀。所得结论可为连续管作业过程中的冲蚀防护提供理论支持。     

连续管焊接应力数值模拟分析

连续管的焊接应力对其质量与寿命有着重要影响。借助SYSWELD软件,依据连续管的材料性能,考虑焊接电弧力及其挖掘作用,选择双椭球形的热源模型,模拟连续管焊接过程,分析其焊接温度场及应力场。分析结果表明,焊缝处焊接残余应力不是均匀分布的,横向残余应力最大值出现在偏内径处,管的内外壁均受拉应力,且内径处比外径处大。纵向残余应力最大值出现在过热区,远离过热区的残余应力逐渐减小,而且逐渐由拉应力转变为压应力。     

斜针翅管套管换热器壳程传热与压降的数值模拟

以水-柴油换热为对象,对直针翅管和斜针翅管套管换热器的壳程传热与压降性能进行了实验研究与数值模拟。采用Fluent软件模拟了柴油在直针翅管和斜针翅管套管换热器壳程层流流动时的流场、温度场以及传热与压降性能。结果表明,在相同流动条件下,直针翅管与光管套管换热器的总传热系数K的比值模拟值与实验值吻合较好。同时分析了斜针翅管纵向流流动特性,压降低于直针翅管换热器,强化传热为光管的1.5～2倍,并设计应用于炼油换热器中。     

泡沫在连续管螺旋管段内流动的压降数值模拟（） 摘要: 关键词: 中图分类号:

通过自定义函数和数值模拟方法研究泡沫流体在连续管中流动的压降,并且对比了计算结果与模拟结果。对于泡沫在直管段内流动,由于考虑了加速压降和真实速度剖面的影响,模拟压降比计算压降大。对于泡沫在螺旋管段内流动:由于泡沫具有压缩性,其物性随压力变化,所以当出口压力不同时,同一位置处速度剖面和密度剖面不同;由于离心力的作用,速度剖面不对称;出口压力、注气流量和曲率对压降影响比较明显。对连续管泡沫钻井进行水力参数设计时,尽可能地提高注入压力,可减少泡沫在螺旋管段流动的压降。     

幂律流体在偏心环空中流动的数值模拟

提出了一种在数学上适定的、用于描述偏心环空流场的微分方程,并对工程上常见的两类计算问题给出了求解方法:一是已知压力梯度求流速分布;另一是已知流量求压力梯度。实例计算表明,本算法具有精度高、运算速度快等优点,尤其是对第二类工程问题的计算比现有算法优越。同时,对照文中的数学模型可以发现现有文献中流传甚广、影响很大的算法的错误之处.     

连续管压裂冲蚀磨损性能研究

鉴于连续管压裂冲蚀失效的研究较少,且不全面,采用欧拉-拉格朗日方法以及Finnie冲蚀磨损理论,研究了压裂液对螺旋段连续管冲蚀磨损机理。采用控制变量法分别研究了支撑剂质量浓度、携砂液流量以及支撑剂粒径对螺旋段油管冲蚀磨损率的影响。研究结果表明,压裂液对螺旋段连续管的冲蚀磨损主要发生在油管外侧,除油管入口段外,其余部分冲蚀情况几乎相同;随着压裂液流量及支撑剂质量浓度的增加,螺旋段连续管的冲蚀速率增加,其中压裂液流量对冲蚀速率的影响尤为显著;随着支撑剂粒径的增大,最大冲蚀速率呈现出先减小后增加大的趋势,但是其平均冲蚀速率变化不大。研究结果对连续管压裂技术的现场应用具有一定的指导作用。     

幂律流体在偏心环空中流动的数值模拟

提出了一种在数学上适定的、用于描述偏心环空流场的微分方程,并对工程上常见的两类计算问题给出了求解方法:一是已知压力梯度求流速分布;另一是已知流量求压力梯度。实例计算表明,本算法具有精度高、运算速度快等优点,尤其是对第二类工程问题的计算比现有算法优越。同时,对照文中的数学模型可以发现现有文献中流传甚广、影响很大的算法的错误之处.     

连续管振动器摩擦压力损失计算与分析

对为解决连续管钻井作业中存在的连续管弯曲受阻和摩擦自锁所采用的连续管振动器的磨擦压力损失进行了初步计算与分析,结果表明,通过ＣＴＶ的压力损失仅为０．１３８ＭＰａ,远小于连续管作业的工作压力,说明ＣＴＶ不会对连续管作业的钻井液压力系统产生不利影响。     

连续油管内流体压力损失研究进展

连续油管内流体可能为水、钻井液、泡沫、含钻屑的混合物等,涉及到牛顿流体和非牛顿流体,一般情况下其流态为紊流。通过边界层理论可以对管内流体的摩擦压力损失进行理论分析,从而得到减阻的途径。但由于流体本身性质及流场形状的复杂性,实验成为研究压力损失的主要手段。概述了国外近十年来关于连续油管内流体的摩擦压力损失、流体和油管之间的相互作用、岩屑传输等方面的最新研究进展,主要有连续油管中的压力损失随着流量和油管曲率的增大而增大;泥浆的含沙量以及泡沫流中的泡沫含量均会增大摩擦损失;聚合物具有减阻的作用,且减阻效果与紊流度密切相关,同时紊流度的大小也是影响岩屑传输的根本原因。基于目前的研究现状,提出了需要进一步深入研究的问题。     

弯曲连续管内流体运动机理与摩阻研究

井眼的弯曲直接影响连续管在井下的弯曲状态和连续管内流体的运动特性与摩阻。为此,分析了弯曲连续管内流体流动的运动机理,在此基础上根据流体力学原理建立了不同流体条件下弯曲连续管内流体摩阻计算模型。分析结果表明:弯曲连续管内流体的运动呈现断面环流和冲击波效应,这可能是引起弯曲连续管内流体复杂运动的力学机制;弯曲连续管内流体流动的断面环流和冲击波效应在一定程度上影响了连续管内流体的流态和摩阻;随着井眼曲率半径的减小和注入排量的增大,不同流体条件下弯曲连续管内流体的横向切力和摩阻随之增大;弯曲连续管内流体流动的横向切力和摩阻受弯曲段井眼曲率半径和注入排量的影响较大。研究结果可对弯曲井眼中连续管循环摩阻计算、受力分析和排量优选提供理论参考。     

连续油管屈曲对环空摩擦压力损失的影响

针对带有非旋转屈曲内管柱的水平井,采用6种非牛顿流体,研究了连续油管管柱在3种流态区（层流区、过渡区和湍流区）和不同屈曲模式（正弦、过渡和螺旋）下对环空摩擦压力损失的影响,以及压力损失与流体流变性能（即屈服应力、粘稠指数和流动行为指数）之间的关系。结果表明,随着轴向压缩载荷的增加,摩擦压力损失显著降低。当使用具有更高屈服应力和更高剪切稀释能力的流体时,该效应更明显。此外,通过比较非压缩管柱和压缩管柱可以看出,随着轴向压缩载荷的增加,摩擦压力损失进一步减少。然而,对于低屈服应力、低粘稠指数、高流动性的流体,压缩管柱的影响则并不明显。     

连续油管负压打捞管柱研制

随着油气田勘探开发技术的发展,水力压裂技术也随之发展。在对油气井进行投球分层压裂作业后,井内会遗留有球类落物,目前已有的打捞工具无法快速、高效地将其捞出,严重影响油气井的后续生产。利用射流负压抽吸原理,通过数值模拟、试验分析等优化方法,研制出一套专门针对球类落物的连续油管负压打捞管柱,并对其进行了多次模拟试验和入井试验,结果显示其在直井、水平井中的打捞效果均较好,成功率较高,为球类落物打捞难题提供有效解决方案。     

基于有限元法对小椭圆度连续管挤毁压力研究

连续管在滚筒上缠绕和卸绕,由最初的近乎理想圆不断地椭圆化。与理想圆相比,椭圆化在很大程度上降低了连续管的挤毁压力。建立了小椭圆度连续管的有限元模型,并加载分析,将其结果与试验数据相比较,可以发现,该模型有着较高的可靠性。此外,通过该模型计算φ88.9 mm×4.83 mm、材料屈服强度514 MPa连续管不同椭圆度下的挤毁强度,并回归该规格连续管挤毁强度与椭圆度关系式。     

连续油管发展现状与趋势

从连续油管的材料、制造技术及作业技术等方面概述了连续油管的发展和应用情况,重点分析了TMCP态超高强度连续油管、调质型连续油管、耐腐蚀连续油管的技术发展趋势。分析指出,连续油管的市场前景良好,并且随着油气的深入开采和井况的日益复杂,从而对连续油管的规格及性能提出了更高要求;当前主要形成高强度低合金钢系列的连续油管,并出现了高耐蚀合金、复合材质以及调质型等多个系列的发展方向;未来连续油管的规格将向更大直径和长度的方向发展,性能向更高强度、更长疲劳寿命和更优耐蚀性方向发展,同时将更加关注产品的经济性及可制造性。     

连续油管钻机现状和发展趋势

在总结连续油管钻井发展历程的基础上,对常规连续油管钻机、复合连续油管钻机和连续油管旋转钻机的结构形式和工作原理进行了介绍,并对连续油管钻机的发展趋势进行了分析。分析认为,连续油管钻井技术能实现安全、高效、低成本开发油气藏的目的,具备易于实现自动化和智能化等优点,体现了国际石油钻井技术发展的总趋势。预测连续油管钻机将成为21世纪的主要钻井装备。     

国外连续油管作业机的最新进展

随着连续油管应用领域的不断拓展,连续油管正朝着管径更大、长度更长的方向发展,这就要求连续油管作业机能够适应大尺寸连续油管作业的要求。为此进行了一系列改进研究,包括采用升降式滚筒设计、采用四驱式连续油管注入头、采用控制更为先进的电气化控制室和更为先进的连续油管对接技术。介绍了这些关键部份的功能和最新研究进展。     

连续油管在水平管中的应用

连续油管在垂直井中的应用十分广泛 ,但在水平管、水平井、大斜度定向井中的应用还较少。从连续油管在水平管中的受力分析入手 ,建立数学模型 ,推导计算公式 ,并将计算结果应用于现场 ,通过现场应用的良好效果 ,证实了该技术的可行性 ,为工程技术人员提供了计算依据 ,同时使连续油管的使用更加广泛深入