随钻防漏堵漏技术机理的探讨

钻井过程中很容易发生井漏,轻微的井漏会影响钻井工作的效率,严重的漏失则要耗费大量的生产时间及人力、物力甚至会引起诸如井塌、卡钻、井喷等一系列复杂情况与事故。所以,井漏一直是钻井工作中亟需解决的技术难题。文中介绍一种新的防漏堵漏技术——物理法随钻防漏堵漏技术,建立了基于该项技术的井下物理模型,并以流体力学为研究基础阐述了该项技术利用井下侧向水力工具的旋转射流作用在漏层裸眼井壁上形成低渗透、牢固滤饼的机理和方法,设计了水力工具的喷嘴。该技术不但达到了随钻防漏堵漏的目的,而且能有效提高漏失地层的钻井速度和降低钻井成本。     

宾汉流体同心环空螺旋流数值模拟

钻井施工过程中，钻井液在环空中呈螺旋流动，准确又科学地计算这一流动的流场参数对优化钻井水力参数具有重要意义。由于宾汉流体的视粘度与轴向和旋转角速度紧密耦合，宾汉流体的本构方程又是非线性的，以及宾汉流体流核的存在，致使求解宾汉流体在环空中的螺旋流十分困难。通过全面调研。提出了一个直接利用拟线性化迭代法求解同心环空中螺旋流流场和流量，得到了极其重要的、完全有别于幂律流体的流动规律。该算法避开了求解非线性方程组及解析解中极难处理宾汉流体的流核两个难点。使用该算法一次迭代仅求解两个三对角线性方程组，利用追赶法运算速度快。时间短，精度高，收敛性得到可靠保证，为矿场作业中水力参数设计与科学实验提供了一个重要的科学依据。     

液固两相同心环空流动数值模拟

应用液-固两相流理论,利用PHOENICS软件的IPSA解法对环形空间中液-固两相流动的特性进行了数值模拟计算,并用ORIGIN软件对计算数据作了进一步处理,分析了同心环空中液-固两相流紊流的轴向速度分布、固相颗粒沿径向的浓度分布、颗粒直径对滑落速度的影响、固相浓度对滑落速度的影响,得出了一系列关于液-固两相环空流动的规律。     

粘弹性流体偏心环空流动的数值计算

利用共转Maxwell本构模型建立了粘弹流体在内管做轴向运动的偏心环空中定常流动的控制方程,采用控制容积法和ADI方法对流场进行了数值计算,分析了偏心度、内管运动速度、流体的弹性对速度分布及内管所受径向力的影响,得出了聚驱井抽油杆偏磨加重的原因。     

水平段环空压耗与岩屑运移规律数值模拟

环空压耗是油气井控压与水力参数设计的基础,由于在水平段存在岩屑床、钻具偏心等特点,水平环空压耗的计算不能简单套用直井段压耗计算模式。采用流体力学软件CFD对环空固液两相流动进行数值模拟,建立水平段环空物理流动模型和数值模型,给出了水平段岩屑分布状态和压耗分布情况,分析了岩屑物性对环空压耗的影响规律,为现场准确计算环空压耗提供理论依据。     

物理法随钻防漏堵漏技术与钻井液研究现状

物理法随钻防漏堵漏技术是一种防、堵结合的新方法,可解决西部油气深井孔洞渗透性地层和裂缝性地层钻井中的井漏问题.采用流体力学和射流理论基本原理,把钻井过程中泵入井底的钻井液进行分流,将15%左右的钻井液通过一种独特的井下工具分流,采用新型射流的水力能量作用方式直接射入可能漏失井壁,配合相适应的具有随钻防漏堵漏作用的钻井液体系,使漏失井壁快速形成"人造井壁",从而达到随钻防漏堵漏的目的,提高漏失井壁的承压能力和钻井液的密度窗口,对油气层也有保护作用.     

幂律流体同心环空螺旋流数值模拟

环空螺旋流是钻井液在钻井作业中常见的一种流型，怎样方便、快速及高精度地计算其流速场与压力梯度是一个重要工程问题。提出直接利用线性化迭代法求解幂律流体在环空中螺旋流的流场及压力梯度，避免了求解非线性方程组而可能出现迭代发散的问题，该线性化迭代算法真实可信，精确度高。使用线性化迭代算法，仅以求解两个三对角线性方程组为一次循环，运算速度快，占用时间少，精度高，收敛性得到可靠保证，是矿场使用的好方法，为矿场作业中水力参数设计提供了科学依据。     

煤层气井排煤粉环空射流泵的数值模拟

基于液固两相流的基本理论和κ-ε两方程湍流模型,利用Fluent软件对煤层气井新型排煤粉环空射流泵的湍射流场进行数值模拟。模拟结果表明,煤粉运动轨迹表明环空射流泵有利于煤粉颗粒的吸入和排出;环空射流泵在吸入液(地层液)流量小于15 m3/d时,通过补充动力液产生负压,使地层液和煤粉颗粒吸入泵内进而排出地面;当吸入液含煤粉体积分数相同时,粒径越大的煤粉颗粒在喉管内的分布越靠近中心线。通过对多相流条件下喉管出口断面流速分布的分析,得出了喉管最优长径比为4。该项研究结果为环空射流泵的优化设计提供了依据。     

煤层气井排煤粉环空射流泵的数值模拟

基于液固两相流的基本理论和κ-ε两方程湍流模型,利用Fluent软件对煤层气井新型排煤粉环空射流泵的湍射流场进行数值模拟。模拟结果表明,煤粉运动轨迹表明环空射流泵有利于煤粉颗粒的吸入和排出;环空射流泵在吸入液(地层液)流量小于15 m3/d时,通过补充动力液产生负压,使地层液和煤粉颗粒吸入泵内进而排出地面;当吸入液含煤粉体积分数相同时,粒径越大的煤粉颗粒在喉管内的分布越靠近中心线。通过对多相流条件下喉管出口断面流速分布的分析,得出了喉管最优长径比为4。该项研究结果为环空射流泵的优化设计提供了依据。     

偏心效应对赫巴流体环空流动特性的影响

根据流体力学理论,以连续性方程和N-S方程为控制方程,利用计算流体力学理论对不同偏心度的赫巴流体环空流动进行系统的数值模拟,得到了偏心度的变化对于流场特性及摩阻压耗特性的影响规律,发现随偏心度不断增大,环空宽间隙处的流速剖面先不断增大,在达到临界最大流速剖面后又逐渐减小,其中先不断增大的规律依据已有研究且得到证实;运用涡黏理论对井壁、钻柱外壁及流体内部的应力-应变关系进行分析,揭示了达到临界流速剖面前、后流场内部不同的力学状态,以及随偏心度增大摩阻减小趋势不同的原因。最后回归出赫巴流体环空流动压耗随偏心度、流速及流体密度变化的理论预测模型。     

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.     

单筒单级气升式环流反应器内筒流体流动状况的数值模拟研究

利用数值模拟的方法研究了一种单简单级气升式环流反应器内筒流体流动状况，采用了κ—ε二方程模型和欧拉模型模拟反应器中的湍流气液两相流动，得到了反应器内气含率和环流液速的详细分布状况。模拟结果表明，内筒中流体的流动不是以往研究认为的平推流，而是存在着较为强烈的涡旋和回流，这对气含率分布以及气液两相接触效果有很大影响，从而影响反应过程。     

非牛顿液体环空螺旋流的精确解

非牛顿液体环空螺旋流的水力计算在石油钻井中具有重要意义.理论分析指出螺旋流可由3个特征参数a、b和c完全描述,这些参数的大小由环空螺旋流的轴向平均速度V_cp、环空内圆旋转角速度ω₁和液体的流变常数决定;从液体流动的运动方程式和具有4个流变常数的本构方程式出发,引入应力函数的概念后导出了求解特征参数的新方法.该法实际上给出了石油工业中常见的宾汉液体、幂律液体、卡森液体、修正幂律液体及罗伯逊液体的环空流和螺旋流水力计算的统一程序,数值计算显示了新方法的优越性.     

非牛顿液体螺旋流场的数值解

本文采用近代物理中的格林函数,把非线性常微分方程组的解表示成非齐次项的定积分迭代式,对两种有代表性的物质——塑性液体和幂律液体进行了数值计算,并与Savins方法的计算结果进行了对比,其结果令人满意。本文把钻杆与井壁之间(环形空间)的钻井液的流动视为螺旋流,考虑了钻杆转动对水力因素的影响,比不考虑钻杆旋转的环空流更符合钻井实际;并且本方法避免了传统数值解法在解边值问题时的诸多不便,是一种新的积分方法。但在有刚性流核的场合,本方法不适用。     

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根据相似原理，研究了幂律液体在偏心环空作层流流动时的流动规律，并建立了有关水力参数式及流态判别式。液体在偏心环空中流动的最大特点，在于不同间隙处流速流量的较大差异，从而引起水泥返高在不同间隙井段内也有很大的差别，影响其封固质量。文中应用该液体的流动规律及水泥浆与泥浆流变性能的相互关系，提出了保证固井注水泥时泥浆被驱替流动的基本条件和水泥浆在不同间隙处返至预定位置的方法。     

脉冲气体钻水平井环空气固两相流数值模拟

为提升气体钻水平井岩屑运移效率,应用欧拉—欧拉双流体模型,模拟计算了气体钻水平井正弦脉冲注气方式下环空中气固两相的流动,并基于颗粒动理学理论建立岩屑颗粒碰撞能量交换和耗散方程,采用气体湍流模型(RNG k-ε模型),分析了不同振幅及频率的脉冲气体对环空中气相脉动压力、岩屑体积分数、岩屑颗粒温度及气相湍流动能的影响。结果表明:随着脉冲气体振幅及频率的增大,环空中压降不断增大,岩屑体积分数不断减小;同体积注气量,脉冲注气方式下环空中的岩屑体积分数最多可比恒速注气方式下小33%,且脉冲振幅的改变对模拟结果起主导作用;脉冲注气使环空中岩屑浓度降低,从而提高了井眼净化效率。     

延迟焦化炉内湍流流动、燃烧和传热综合过程数值模拟

 在焦化炉综合模拟研究中，准确描述出炉膛内的燃烧和传热过程极其重要，采用分区耦合的计算方法，实现了对工业焦化炉从燃烧器、炉膛、炉管整体几何结构的完全仿真，并且对焦化炉内流动、燃烧和传热全部工艺过程进行了完全的真实模拟。计算得到了炉内流场，温度场，以及炉管表面热流密度分布的详细信息，揭示了焦化炉炉膛内流动、燃烧和传热过程的特性。模拟结果表明，炉膛中存在着流动、燃烧反应与传热的不均匀分布，是造成炉管管壁热流的非均匀分布的原因。     

低渗透气藏介质变形-渗流耦合有限元数值模拟

低渗透气藏开发过程中介质变形对储层孔隙度、渗透率及产能的影响不可忽视.综合考虑储层变形、地应力、流体渗流等因素,建立了低渗透气藏介质变形-渗流耦合模型;采用有限元数值模拟技术并开发相应程序对耦合模型进行求解,定量研究开发过程中储层变形及其对储层物性和气藏产能的影响.数值模拟结果表明:非均匀水平地应力造成近井壁区域储层变形及渗透率变化各向异性,产能评价中应综合考虑介质变形的影响.     

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.     

压裂液在地层裂缝中悬砂特性的模拟试验研究

应用高速摄像技术和计算机图形分析技术,研究了不同粘性非牛顿流体压裂液流动过程中支撑剂颗粒在矩形裂缝中的沉降轨迹和沉降速度,从理论上分析了压裂液的水平流动如何影响颗粒的沉降速度。实验结果和理论分析都表明,颗粒的沉降速度随压裂液水平流速的增大而增大;颗粒在裂缝中流动过程的沉降速度是颗粒静止沉降速度的数倍至数十倍,因而压裂液在裂缝中悬砂特性的评估和压裂工艺的设计,不能简单地以颗粒的静止沉降速度为依据,而应以实际沉降速度为依据。