羽状水平井欠平衡钻井环空流动特性研究

羽状水平井欠平衡钻井技术是近几年来国内外煤层气开发中普遍采用的一项减少储层伤害、提高低渗储层煤层气采收率的新技术.针对该技术的技术特征,建立了物理模型和数学模型,结合现场井例分析了井筒环空内各流动特性参数的变化规律.结果表明:井底压力随泥浆排量的增加单调递增,同一泥浆排量条件下,环空注气量越大,井底压力值越低;羽状井自注气点至井口的井筒环空内,水平段由于静液压力占主导,空隙率、混相流体流速增长幅度较小,混相流体密度少许降低,压降损失也较少;竖直井筒环空内空隙率及混相流体流速自井底沿井筒向上初始缓慢增大,当环空压力降低到一定程度后,由于气液滑脱效应,而急剧增大,环空内混相流体密度变化规律与之相反,环空压力自井底沿井筒向上呈线性减小.     

井下节流气井井底压力计算方法应用研究

准确预测井下节流气井井底压力,是预测气井产能、诊断井筒积液、制定合理排水采气制度的重要基础。通过引入滑脱因子K表征气液两相间滑脱效应,建立了气液两相嘴流压降模型,并将气液两相嘴流压降模型与优选出的No-Slip/H-B管流压降模型进行全井筒耦合,形成井下节流气井全井筒压力预测新方法,并开发出计算软件,可实时定量预测气井全井筒积液高度和井底流压值。评价结果表明,新方法预测井下节流气井井筒流压值与实测值较接近,平均误差为2.87%,满足工程计算精度要求,可以有效指导东胜气田气井积液诊断和动态排水采气分析工作。     

塔河油田氮气与水混注时井筒压力分布计算

对于气水混合注入井井筒压力的计算,通常是将两相流经修正后近似为单相流处理。将气、水两相分开处理,考虑两相界面效应,建立不同气水比注入条件下的井筒压力计算模型,并根据储层压力对井底流压的影响给出模型的边界条件,最后编程求解井筒压力分布。实例验证计算压力与实测压力的相对误差小于3.56%,平均相对误差为1.71%,均在合理误差范围内。     

欠平衡钻井多相流模型评价分析

为了给欠平衡钻井工程设计提供切实可行的井底压力预测模型,比较了利用均匀流动方法(Guo Boyun模型)、经验公式方法(Beggs-Brill模型、0rkiszewski模型、韩洪升和陈家琅模型)以及力学方法(Hasan-Kabir模型和修正的Ansari模型)建立的三类欠平衡钻井稳定流动模型.利用FORTRAN90分别对6个模型进行了编程求解,模拟了欠平衡钻井过程的环空气液两相流动规律,预测了充气液欠平衡钻井的井底压力.并把模型预测结果和现场施工数据以及全尺寸试验井试验数据进行了验证,分别指出了6个模型的预测精度.验证结果表明用力学方法建立的修正的Ansari模型的预测精度较高,可以满足欠平衡钻井井底压力设计的工程精度要求.推荐在欠平衡钻井工程设计中使用该方法,保证全过程的欠平衡钻井,实现欠平衡钻井的经济效益.     

低压欠平衡钻井--勘探钻井中技术发展新动向(续)

介绍了国外欠平衡钻井的发展与应用,以及目前存在的主要问题。在此基础上提出了低压欠平衡钻井技术系列,它是一套特殊工作液（气体、充气液、特殊泡沫、低密度液体）、特殊压力控制（平衡、欠平衡、过平衡）、低液柱压力与特殊屏蔽暂堵相结合的技术。     

页岩气井压力梯度分析及应用

气井压力梯度是用于判断气井井筒内压力和流态分布等的重要参数。理论分析认为,当气井井筒平均压力、平均温度不变时,压力梯度随着气体密度的增加呈现递增趋势,当气井井筒平均温度不变时,压力梯度随着井筒内压力的增加呈现递增的趋势。实际应用表明:随着气井的不断开采,同一口井压力不断减小,压力梯度逐渐变小;页岩气井在生产过程中井筒流动状态均为气液两相流,气井受地层返出水的影响,井筒压力梯度变化较大,随着返出水的减少,井筒压力梯度逐渐趋于稳定并减小;当实测压力梯度与理论计算压力梯度差值较大时,通过提高气井产气量,增强气井携液能力,可排除井底积液,保证气井正常生产。     

稠油热采井井筒内蒸汽参数计算

注蒸汽热采是目前开采稠油的主要方法。注汽过程中,蒸汽沿井筒方向的压力、温度、干度以及热损失之间相互影响,通过给出的井筒综合传热数学模型,能够较准确的模拟井筒内蒸汽参数的变化。模型中考虑了蒸汽物性参数随压力和温度的变化,其中,井筒汽液两相垂直管流压力降计算采用经典的Beggs-Brill方法;计算井筒总传热系数时考虑了接箍热损失的影响,并对井筒总传热系数进行了修正。通过油田实例的计算对比,验证了模型的可靠性。     

汽轮机湿蒸汽特性的超声衰减测量技术

针对核电站二回路汽轮机末级中,湿蒸汽工质夹带的液滴会威胁核电厂的经济性与安全性的问题,本文基于长波区简化模型对超声波在气液两相流中超声衰减系数、声速与体积浓度、液滴粒径关系进行数值模拟。利用超声衰减法,对气液两相流中100 kHz、160 kHz、200 kHz超声衰减系数进行测量,结合长波区简化模型对两相流液滴体积浓度进行反演计算。使用称重法对两相流中液滴体积浓度进行标定,将计算结果与标定的体积浓度进行对比分析。结果表明：超声衰减法可以对气液两相流液滴体积浓度进行在线测量,并且蒸汽液滴体积浓度变化0.01%超声幅值衰减可以达到25%而声速变化量为0.5%,超声衰减法更适合用于核电厂二回路蒸汽浓度测量。     

黏弹性管道中气液两相瞬变流实验及模型

为了给管道安全设计提供建议,以及使基于瞬变流理论的管道故障检测技术在黏弹性输水管道中得以应用,对黏弹性管道中气液两相瞬变流进行研究.首先,在重力流有机玻璃管道中进行快关阀气液两相瞬变流实验.其次,以离散蒸汽空腔模型(DVCM)和离散气体空腔模型(DGCM)为基础,用体积含气率对瞬变流波速进行修正,建立两个将非稳定摩阻和管壁黏弹性影响考虑在内的一维气液两相瞬变流模型.实验和模型结果表明:在初始流型为泡状流的低压系统中,DVCM能准确模拟实验波速,而DGCM求得的平均波速值比实验波速大.在模拟初始流型为泡状流的瞬变流时,DVCM模拟结果与实验值吻合得很好,而DGCM模拟结果的最大峰值更大,对管道设计来讲更为安全;在气液两相瞬变流过程中,气体的可压缩性使得管壁的黏弹性效应对压力的衰减作用大为削弱,导致非稳定摩阻的影响不可忽略,且由于气体存在使得整个瞬变流过程中压力衰减变慢.     

高温井井筒温度分布计算方法

井筒温度分布计算对于测试工艺设计、测试工作制度优化和动态分析都有着重要的意义,通过对井筒温度分布的计算,可以提高井筒压力计算的精度。以传热学原理为基础,依据能量守恒方程建立了井筒温度模型,通过将井筒分段,采用迭代方法求解,得到了单相液流、单相气流以及气液两相流时的温度分布计算方法。     

分形油藏低速非达西渗流问题的组合数学模型

将非线性分形几何理论应用于渗透力学,建立分形油藏低速非达西渗流问题的组合模型。该模型由两个同心圆（圆中心为一口定产量的生产井）的分形油藏组成,内域为低速非达西渗流的分形油藏,外域为西达渗流的分形油藏。在内边界定流量和考虑井筒储存、表皮效应影响情况下,建立队发形油藏低速非达西渗流问题的有效井径组合数学模型,应用拉普拉斯变换方法求出了在两区域内压力分布换解析解,应用Stehfest数值反演方法求得井底的无因次压力,并分析了井底压力动态特征和参数影响。     

气液并流通过波纹筛板填料的流体力学性能

脉冲流是堆叠筛板填料中的一种特殊流型，因其具有较高的传质传热效率而受到关注。本文从强化气液相互作用、扩展脉冲流操作区域的角度提出波纹筛板填料，并通过实验研究了三种规格波纹板填料中的两相流压降特性和脉冲流行为。结果表明，与普通筛板填料相比，波纹板填料中脉冲流的操作范围显著扩展、脉冲流强度也同时增强；突出特点是，脉冲流的出现有一起始液量，且该起始液量随着孔径的减小而减小，筛孔较大的两种波纹板填料中出现脉冲流的起始液量相较于普通筛板显著降低，三种波纹筛板脉冲流操作区域的上限气量均显著提高。波纹板填料中两相流压降的变化以及操作参数、孔径及开孔率等结构参数的影响规律类似于普通筛板填料，两相流压降随着气、液流量的增加而增大，随着板数的增加呈线性增加关系；筛板孔径和填料开孔率的减小都导致压降的增加，二者影响的显著性是相对的且与两相流量有关；由于流动不规则性增强，波纹板单板压降同比高于普通筛板。综合实验数据，提出了波纹筛板填料的干、湿板阻力系数关联式和脉冲流操作区域的上、下限气、液相雷诺数关联式，其预测值与实验结果相对偏差均在15%以内，可供波纹板堆叠填料的应用设计参考。     

注空气低温氧化提高采收率技术研究

注空气低温氧化是一种提高低渗透油藏采收率比较有效的方法,它既能发挥注气的作用,又具有氧化产生的其他效果。重质原油能够部分地被低温氧化成轻质原油,放热降低原油黏度,提高原油流动能力,达到烟道气驱或N_2驱的效果,提高储量的动用程度。以辽河油田新杜1块为例,运用数值模拟技术,优化注气压力、生产井井底压力、注气速度、注气量等相关参数,并对注气提高采收率效果进行评价。     

Fluid Flow Behavior of Liquid in Cylindrical Vessels Stirred by One or Two Air Jets

Based on the two-phase model (Eulerian-Eulerian model), the three dimensional fluid flow in water and that liquid steel systems stirred by one or two multiple gas jets are simulated. In the Eulerian-Eulerian two-phase model, the gas and the liquid phase are considered to be two different continuous fluids interacting with each other through the finite inter-phase areas. The exchange between the phases is represented by source terms in conversation equations. Turbulence is assumed to be a property of the liquid phase. A new turbulence modification - model is introduced to consider the bubbles movement contribution to and . The dispersion of phases due to turbulence is represented by introducing a diffusion term in mass conservation equation. The mathematical simulation agrees well with the experiment results. The study results indicate that the distance of two nozzles has big effect on fluid flow behavior in the vessel. Using two gas injection nozzles at the half radii of one diameter of the bottom generates a much better mixing than with one nozzle under the condition of the same total gas flow rate.     

空气雾化钻井环空携岩流动试验研究

在空气雾化钻井中,井眼环空携岩流动是一种典型的气,液,固多相流动,其机理和规律十分复杂,在空气雾化钻井实践中,经常出现钻井生产无法顺利进行的情况,轻则带屑不好,钻井效率低,重则井眼段塞,井壁垮塌,引发卡钻,井下爆炸等事故,显然,井眼环空携岩问题 空气雾化钻井必须解决的基础理论问题,根据满足工程精度的原则,利用空气雾化钻井环空流动试验研究对一维高载荷流动模型进行了验证,研究结果对空气雾化钻井生产实践有重要的指导作用。     

油藏中渗流与水平井筒内流动的耦合数学模型

通过引入势的理论研究了油气两相稳定渗流问题.在描述无界地层三维稳态势基础上,结合水平井上射孔孔眼在无界地层中产生的势分布,建立了把油层中的渗流与水平井筒内的流动耦合的数学模型,该模型可以同时描述油藏-水平井筒内油、气两相流和原油单相流时的情况,给出了求解的方法.并且结合实例研究了水平井水平段的流量分布和压力分布.结果表明：水平井水平段的流量分布成明显的＂凹＂型曲线,其压力分布变化较为平缓.该模型为水平井的产能预测及水平井长度的优化等提供了理论依据.     

煤层注水促抽瓦斯及其影响因素的数值模拟

为有效预防煤矿瓦斯灾害,获取煤层注水促抽瓦斯的合理参数,以常村煤矿2103工作面为例,依据多相渗流理论,采用Fluent软件的VOF模型及多孔介质模型耦合求解,对煤层注水促抽瓦斯技术及其影响因素进行数值模拟,并将模拟结果应用于现场,对比分析数值模拟与现场实测数据,二者基本吻合.研究结果表明:煤层瓦斯含量以注水孔为中心径向逐步降低,以抽采孔为中心径向逐步升高;注水前抽采阶段,随着抽采时间的增加,抽采范围逐渐增大,抽采孔瓦斯流量先快速下降,后逐步缓慢降低;注水促抽阶段,随着注水时间的增加,注水范围逐渐增大,注水流量逐步降低,煤层瓦斯含量缓慢升高,抽采孔瓦斯流量逐渐增加;注水后抽采阶段,随着抽采时间的增加,压力水覆盖范围持续增大,煤层瓦斯含量逐渐降低,抽采孔瓦斯流量逐渐减小.注水时机、注水时间、注水压力、注水方式、布置方式及钻孔间距是影响煤层注水促抽瓦斯效果的6个主要因素.瓦斯正常抽采20 d后,按照一注一抽方式及5 m间距布置注抽钻孔,在8 MPa煤层注水压力下间歇注水10 d,煤层注水促抽瓦斯效果较好.     

Analysis on the multi-phase flow characterization in cross-measure borehole during coal hydraulic slotting

Hydraulic slotting in a gas drainage borehole is an effective method of enhancing gas drainage performance. However, it frequently occurs that a large amount of slotting products(mainly the coal slurry and gas) intensely spurt out of the borehole during the slotting, which adversely affects the slotting efficiency. Despite extensive previous investigations on the mechanism and prevention-device design of the spurt during ordinary borehole drilling, a very few studies has focused on the spurt in the slotting process. The slotting spurt is mainly caused by two reasons: the coal and gas outburst in the borehole and the borehole deslagging blockage. This paper focuses on the second reason, and investigates the hydraulic deslagging flow patterns in the annular space between the drill pipe and borehole wall.Results show that there are six deslagging flow patterns when the drill pipe is still: pure slurry flow, pure gas flow, bubble flow, intermittent flow, layering flow and annular flow. When the drill pipe rotates, each of those six flow patterns changes due to the Taylor vortex effect. Outcomes of this study could help to better understand the slotting-spurt mechanism and provide guidance on the anti-spurt strategies through eliminating the borehole deslagging blockage.     

细观损伤力学在气体钻井井壁稳定性研究中的应用

用RFPA2D软件建立气体钻井井眼稳定的损伤力学模型,通过跟踪声发射信号研究井壁围岩在应力下的损伤演化,从细观损伤力学的角度探讨气体钻井时井壁围岩的损伤演化,以及转换介质后井壁失稳的原因。研究发现,气体钻井时井眼周围一定范围内出现损伤区,损伤区内形成微裂纹和裂缝,转换介质后由于泥浆渗入、压力波动而导致损伤区坍塌。     

Effect of carrier gas pressure on vapor condensation and mass flow-rate in sonic nozzle

Non-equilibrium vapor condensation of moist gas through a sonic nozzle is a very complicated phenomenon and is related to the measurement accuracy of sonic nozzle.A gas-liquid two-phase model for the moist gas condensation flow was built and validated by moist nitrogen experiment of homogeneous nucleation through a transonic nozzle.The effects of carrier gas pressure on position and status of condensation onset in sonic nozzle were investigated in detail.The results show that condensation process is not easy to occur at lower carrier pressure and throat diameter.The main factors influencing condensation onset are boundary layer thickness,heat capacity of carrier gas and expansion rate.All of results can be used to further analyze the effect of condensation on mass flow-rate of sonic nozzle.