泡沫发生器内部流场的数值模拟

泡沫流体广泛应用于酸化、冲砂洗井、堵水等作业中,泡沫发生器的结构直接影响泡沫流体的质量以及应用效果。通过对射流式和同心管式泡沫发生器内部流场的数值模拟,得到了泡沫发生器内部的速度分布、气液相分布和压力损失。由模拟结果知,射流式泡沫发生器的泡沫均匀程度要好于同心管式泡沫发生器;在一定范围内气液相入口的速度对出口泡沫流体的均匀程度影响不大,但对压降损失影响较大。在设计泡沫发生器时,应该根据泡沫产生速度的要求调整泡沫发生器入口尺寸,降低发生器的压降损失。     

气井涡流携液机理和携液效率数值模拟研究

针对目前气井涡流携液机理和效率认识不清,现场工程设计与分析主要依据经验,影响应用效果等问题,运用Auto CAD和Fluent流体模拟软件,建立了涡流工具气液两相流场模型,分析了气液混合物通过涡流工具前后的流动轨迹、流型变化特征和携液效率变化规律。研究结果表明,涡流工具将气液两相雾流转换为螺旋环流,液体以液膜形式沿管壁螺旋向上流动,而气体在油管中心以更高的速度流动。这种流态能够降低流动过程中的压力损失24.3%,提高流体速度13.5%,减小持液率3.3%,减弱气液两相之间的滑脱,提高气体携液能力。研究结果为涡流工具有效解决气井开采初期井底积液,提高地层能量利用率,以及延长气井自喷期提供了理论依据。     

积液井气相携液能力影响因素的数值模拟

气井开采后期,井底积液是中低产气井中普遍存在的问题。随着井底积液的堆积,会对井筒造成水锁效应,影响采气过程。为解决这个问题,使气井恢复平稳生产,研究气相携液能力影响因素对后期排水采气有实际指导意义。通过VOF(Volume of Fluid)多相流模型模拟了在井底积液情况下气液两相流动过程,研究气量和井径变化对气相携液能力的影响,确定了积液井的临界携液气量和井径值。模拟结果表明,气相携液过程中受液体下落上升现象的扰动,井筒出现段塞流、搅动流和环状流流型;井口气相速度分布图呈中部峰值、两端低值的特征,且峰值随气量的增加和井径的减小而增大;气相携液能力随气量增加而增强,随井径的减小而增强;0.125 m管径积液井临界携液气量值为1 700 m³/d,其携液率高于50%;200 m³/d气量的积液井临界携液井径值为0.045 m,其携液率达到70%;模拟结果与临界携液模型计算结果吻合较好。     

水平井段泡沫流体瞬态携屑数值模拟研究

考虑层间质量传递和地层流体的侵入,建立了描述水平井段泡沫瞬态携岩机理的一维双层流动模型.基于修正的SIMPLE算法对模型进行数值求解,岩屑床厚度预测采用试算法,对泡沫携岩影响因素进行了敏感性分析.结果表明:岩屑床随钻时从钻头沿井筒延伸,一定时间后达到动态平衡;无量纲岩屑床厚度随着泡沫特征值和泡沫流量的增大而减小,随着钻杆偏心度、岩屑粒径和机械钻速的增大而增大,地层气和水的侵入有助于提高泡沫携岩效率.该模型为水平井泡沫钻井的水力参数设计和井眼净化技术提供了理论依据.     

产液气井泡沫排液起泡能力分析

起泡能力是决定产液气井泡沫排液效果的关键，但其评价依赖实验手段，缺少理论模型。针对现阶段缺乏起泡模型的环雾流及搅拌流，基于能量守恒原理，考虑界面张力对气体夹带的影响，以诱发气体夹带的液膜射流湍动能与夹带气泡的表面能增加速率相等为假设条件，建立了起泡模型，并通过实验数据进行了验证。基于起泡模型，给出了环雾流和搅拌流起泡所需界面张力的预测式，分析了不同流型的起泡能力。结果表明：在环雾流和搅拌流中，降低界面张力，韦伯数大于临界值时气体夹带发生，大气体质量流速确保充足的气体被夹带进入液膜，起泡能力强；段塞流中，降低界面张力，气体夹带速率增加，但受限于小气体质量流速，起泡能力弱；泡状流中，降低界面张力，促使气泡在泡状流顶部界面堆积形成泡沫，但小气体质量流速约束了气泡堆积速率，起泡能力弱。环雾流和搅拌流起泡能力强，适合泡沫排液，起泡所需界面张力可通过笔者建立的预测模型进行计算。     

电潜泵排液井最大产液量的计算方法

电潜泵排液是提高油气井采液速度、实现油气井继续稳产、复产的重要途径之一,是一种行之有效的后续人工举升措施。它具有排量范围大(?177.8mm套管中,排量为50~2 000m3/d)、扬程范围大(1 000~4 600m)、泵效高(65%)、自动化程度高、耐高温(149℃)、防腐性好、适应性强等显著特点,已被油气田广泛采用。     

海上高含水大液量水平井凝胶堵水数值模拟

复杂条件下的水平井化学堵水不可控因素多,施工条件苛刻,堵水成功率低。针对这些问题,文中采用物理实验及数值模拟,开展岩心尺度纳米酚醛凝胶堵水效果研究,建立了考虑交联反应、吸附理论的凝胶堵水机理模型,通过实验数据拟合,获取了Langmuir等温吸附系数、岩石最大吸附量和残余阻力系数等关键参数。以文昌19-1油田典型大液量(大于1 000 m3)、高含水率(大于90%)水平井——A8H1井为例,通过近井地带网格加密建立单井堵水数值模型,开展水平井凝胶堵水效果影响因素研究。结果表明：堵剂用量受实际油藏岩石的吸附水平限制,A8H1井最优堵剂用量为250 m³;油井含水率越低,生产压差和地层渗透率级差越小,水平井凝胶堵水效果越好。研究成果可为类似复杂水平井凝胶堵水选井及工艺方案设计提供参考。     

基于CFD数值模拟的立式中心搅拌器有限元分析

通过CAD软件建立了立式中心搅拌器实体模型,采用计算流体动力学（CFD）方法对搅拌器内流场油水两相流进行了数值模拟,得出其密度分布、迹线图和固液交界面的压力场分布等。对固体结构划分有限单元网格后将固液壁面压力值通过形函数转化为单元节点的集中力,进而运用有限元法对搅拌器进行强度分析,为搅拌器结构尺寸设计提供定量依据。     

凝胶泡沫数值模拟方法

针对目前缺少凝胶泡沫驱数值模拟方法的问题,在普通泡沫数值模拟方法的基础上,考虑到凝胶泡沫的物理化学特性,将组分数值模拟器的组分数从5增加到9。通过组分间化学反应方程式和反应速率的控制,描述了凝胶泡沫生成、破灭等机理。通过对流体黏度和相对渗透率的修正,描述了凝胶泡沫增黏、封堵等机理。根据室内实验结果,对凝胶泡沫组分数值模拟器中各组分物化参数进行赋值,并提出了考虑凝胶泡沫生成、凝胶泡沫破灭反应的组分数值模拟器的求解方法。利用建立的凝胶泡沫数值模拟器对室内实验结果进行拟合,达到了较高的拟合精度,凝胶泡沫数值模拟方法准确可靠。     

泡沫流体层流射流的数值模拟

泡沫流体是石油工程上广泛应用的一种幂律非牛顿流体，在泡沫流体冲砂解堵、泡沫钻井等作业中都要求解泡沫射流的问题。利用流体力学数值模拟软件FLUENT对泡沫流体轴对称层流淹没射流进行了数值计算，得到了射流区域的速度场和表观黏度场的分布，以及幂律指数和稠度系数对射流的影响。从计算结果可以得出，非牛顿流体层流射流的轴心无量纲速度分布具有相似性，但与牛顿流体的湍流射流轴心无量纲速度分布相比具有较大的差别，射流轴心的速度在射流出口处发生骤降；无量纲轴向距离小于3时，不同的K和n对轴心速度分布影响很小，无量纲轴向距离大干3时，K和n越大，轴心速度衰减越慢。这些结论与前人得出的一致，证明用流体力学数值模拟软件FLUENT对非牛顿流体层流射流进行数值模拟是可行的。建议应加强适用于非牛顿流体湍流模型的研究，实验的方法是研究非牛顿流体湍流射流的最直接方法。     

井下雾化排液短节数值模拟及影响因素分析

现有文献对井下雾化排液短节的雾化原理与设计方法研究还不够充分。为此,针对新疆油田应用的井下雾化排液短节,基于计算流体力学相关方法建立了数值试验模型,对短节雾化原理与参数影响规律进行了模拟研究。研究结果表明:气液混流经切向入口进入并起旋分离,经引流体和气流通道至喷嘴处加速喷出,主喷嘴处液膜受剪切破碎成雾滴,副喷嘴处高速气流辅助雾化;选取日产气量、入口压力和喷嘴当量直径3个关键参数进行了计算分析,日产气量与喷嘴压降呈正相关趋势,入口压力、喷嘴当量直径与喷嘴压降呈负相关趋势。研究结果及提出的“一井一策”的短节设计方法对井下雾化排液采气技术的广泛应用具有理论指导意义。     

基于CFD数值模拟的换热器外导流筒结构选型

管壳式换热器壳程流场均匀分布能够改善传热效果,外导流筒的合理选型对流场均匀性有重要影响。然而,外导流筒结构多样,其选型设计多依靠经验,缺乏指导性方法。鉴于此,以筒体直径2 200 mm、入口接管外径720 mm的竖直管降膜式蒸发器换热段为研究对象,设计了外导流筒,建立了3种结构的三维实体模型。基于CFD数值模拟的方法,以平均速度和流场均匀性为衡量指标,研究了3种导流筒结构壳程纵截面和入口截面的流体分布效果,证明了外导流筒合理选型确实能够改善换热器壳程流场均匀性。定性结合定量分析得出:变截面圆弧过渡式外导流筒平均速度相对合理,流场均匀性最佳,是较适宜的导流筒结构。研究结果对外导流筒的选型设计具有重要意义。     

泡沫压裂液在三维缝中流动数值模拟

在分析泡沫压裂液流动特性以及流体重力,地应力梯度、地应力差等因素对裂缝延伸综合影响的基础上,建立了泡沫压裂液在缝中流动的裂缝三维延伸数学模型和泡沫压裂液的温度、压力、流量及泡沫质量分布数学模型,并给出了计算方法。计算表明,所提出的求解方法能较好地模拟泡沫液在缝中的流动,可用于现场泡沫压裂施工设计。     

基于CFD软件的涡轮流动特性数值模拟及敏感性分析

利用CFD软件模拟了单级涡轮的压力分布、内流线分布、纵截面速度分布。模拟结果验证了所创建实体模型的可行性;通过改变钻井液的排量、密度、塑性粘度及转子工况对涡轮钻具的输出压降和制动扭矩进行了敏感性分析,得到了与实际相符的结论。采用数值模拟得到压降值,结合水力学计算得到立压值,以便优选入口排量。     

水平井泡沫酸化分流数值模拟

泡沫分流可以有效地解决不同渗透率储层的酸液分布问题。由于水平井具有较长的水平段长度,它可以钻遇储层性质不同的层段。根据泡沫具有的暂堵分流特性,利用泡沫进行酸化可以使得井筒周围得到均匀的酸化解堵。根据施工过程中酸液在水平井筒中的变质量流动,以及酸液自水平井筒流出后进入井筒周围储层,建立了水平井泡沫酸化分流数学模型,研究了沿井筒不同渗透率情况下泡沫酸流动渗流特征。结合井筒流动和井筒往周围地层的渗流,建立两种流动系统的耦合模型并进行求解,对水平井泡沫酸化分流进行了数值模拟,研究成果可为水平井泡沫酸化分流提供理论指导。     

基于CFD的混砂罐出口排液问题分析

混砂罐试验时若以清水为介质作业,一切正常,而以滑溜水为介质作业,则会出现混砂罐出口离心泵排量提不上去且出口压力波动很大的问题。鉴于此,先建立存在排液问题的混砂罐原始模型,再对原始模型的搅拌区液面形状进行较精确的分析,即基于计算流体力学软件Flu-ent对该混合过程进行两相流非定常数值模拟;最后运用理论公式再次设计混砂罐模型,并对修正后的混砂罐液面变化进行仿真分析。仿真分析结果表明,修正后的混砂罐避免了上搅拌桨的顶端露出液面而导致上搅拌桨同时搅拌液体和空气而引起压力波动。该设计可为混砂罐结构的优化设计和流场的预测提供参考和依据。     

低渗透率油藏压裂直井开发数值模拟研究

目的：对压裂直井产能分析，为高效益开发低渗油藏提供依据。方法：①建立压裂直井生产特性地质模型，在数值模拟基础上对压裂直井的裂缝长度和导流能力与累积产油量关系、供油面积的影响因素、地层渗透率的变化对产量的影响因素进行量化分析；②压裂直升与水平井开发效果对比。结果：影响压裂直升产能因素包括水力裂缝长度、导流能力，地层渗透率和供油面积，对某一特定油藏，这些参数都有一个使产能达到最高的界限值。结论：低渗油     

水平井蒸汽驱井底压降数值计算

在蒸汽驱油过程中提高注汽速度,井口和井底管柱压力将大幅度上升,影响驱油效果。利用数值模拟方法研究了水平井蒸汽驱中注汽速度和蒸汽持液率、水平井小孔数量和孔径对井口和井底管柱压力的影响。计算结果表明,蒸汽注入量越大,井口和井底管柱压力越大;管壁上孔径越大,小孔数量越多,井口和井底管柱压力越小;注入蒸汽持液率越高,井口和井底管柱压力越大。适当减小注蒸汽速度和持液率,增加小孔数量和内径,能有效地减小井口和井底管柱压力。     

数值模拟在压降法计算气藏动储量中的应用

压降法是计算气藏动储量的常用方法。准确获取平均地层压力是评价气藏动储量的关键,但实际生产中普遍存在测压数据点少的问题。如果气藏(井)实测压力数据点少于3个,计算精度将难以保证。提出了运用数值模拟方法获取井点面积加权平均地层压力进而求取气藏(井)动储量的方法:首先必须高质量完成气藏历史拟合,然后根据单井泄流半径确定所涉及的井周网格数,将泄流面积内的网格压力取平均值,最后各井地层压力平均得到整个气藏的面积加权地层压力。目前,数值模拟技术已经得到了广泛的推广和应用,通过这种方法即可以较好地计算压降法动储量。     

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。