非牛顿流体顶替机理研究综述

研究非牛顿流体顶替机理对提高注水泥顶替效率和固井质量具有重要作用.从实验研究、理论分析和数值模拟3个方面概述了国内外非牛顿流体顶替机理研究概况,重点分析了非牛顿流体在井眼中的顶替过程与机理研究中存在的问题.认为实验方法与理论分析的最大不足是很难按实际的井眼条件与流体特性来研究,导致了对非牛顿流体顶替过程与机理认识的不足.用数值模拟的方法实现实际井眼条件下非牛顿流体顶替过程的可视化,通过数值计算和部分实验验证,系统分析各种因素对顶替效率的影响规律是今后的一个研究方向.     

非牛顿流体油藏数值模拟研究

根据非牛顿流体在多孔介质中渗流的流变特性,结合油藏注水开发特点,建立三维油、水两相非牛顿流体渗流数学模型.通过数值模拟研究,论证非牛顿流体油藏注水开发的一般性开采原则.计算结果表明,驱替液与被驱替液类型的不同,决定了其开采强度对最终开发指标影响的不同.     

非牛顿流体油藏数值模拟理论研究

根据非牛顿流体在多孔介质中渗流的流变特性 ,结合油藏注水开发的特点 ,建立了三维油、水两相非牛顿流体渗流数学模型。利用已开发的数值模拟软件对一个具有Bingham原油特性油藏注水开发的五点注采井网实例进行了数值模拟研究 ,论证了非牛顿流体油藏注水开发的一般性开采原则。在均质地层中 ,若保证相同的累积注水量 ,当牛顿水驱替牛顿原油时 ,原油注采强度对最终的开发指标影响不大 ;而当牛顿水驱替非牛顿原油时 ,原油注采强度对最终的开发指标影响较大。当驱替液为牛顿流体、被驱替液为非牛顿流体时 ,如果非牛顿流体表现为Bingham塑性流体或剪切变稀特性 ,大压差生产有利于提高原油的采出程度 ;如果非牛顿流体表现为剪切变稠特性 ,则应尽可能采用小压差生产。     

非牛顿流体偏心环空紊流流动及顶替机理

对石油钻井工程中颇有实用价值的非牛顿流体紊流流场进行了理论研究。首先推导出普遍适用的非牛顿流体紊动微分方程式。在此基础上,导出了适用于偏心环空紊流的运动微分方程式。据此研究了偏心环空非牛顿流体紊流流场及紊流顶替规律。     

复合式水力旋流器内部流场的数值模拟

复合式水力旋流器是综合了动态和静态旋流器各自优点的新型水力旋流器.采用修正的RNGK-ε模型,对复合式水力旋流器内部流场进行了数值模拟.计算结果与实验所得数据基本吻合,证明了模型和算法的正确性.其中,轴向速度和切向速度的数值模拟结果和实际测量结果非常接近;在器壁附近的外自由涡区,切向速度的数值计算与实际测量数值基本一致.对径向速度分布规律的模拟将有助于对旋流器的结构及性能的分析,所建立的数学模型和所使用的计算方法为进一步研究复合式水力旋流器的分离机理、流场特性及结构优化设计提供了一条有效的途径.     

论水力旋流器流场数值模拟中湍流模型的选择

在水力旋流器数值模拟研究的过程中，湍流模型的选择非常重要。对同一水力旋流器在相同参数条件下分别选择不同湍流模型进行了模拟，并将模拟结果与实验结果进行了对比。由于RSM模型（The Reynolds Stress Model）尽可能多地考虑了影响雷诺应力的因素，特别适合于模拟高速旋转流体，只要处理合理，模拟结果与实验测试结果的误差一般不超过10％；而κ-ε模型的模拟结果与实验测试结果相差太大，不适用于水力旋流器流场模拟。因此，在设计研究各种类型的水力旋流器时，首先推荐采用RSM模型模拟水力旋流器流场，根据工程目标，对水力旋流器结构进行优化设计，减少物理模型的实验，缩短研发周期，降低研发成本。     

井下油气水力旋流分离器结构优化与数值模拟

用数值模拟方法对井下油气水力旋流分离器内的气液分离两相流场进行了研究,通过数值模拟得到流场分布规律符合已知的旋流器流场分布规律。将数值计算与室内模拟试验的分离效率进行了对比,结果表明用数值模拟的方法进行流场研究是可靠的。将油气水力旋流分离器的主要结构及操作参数对分离性能的影响进行了模拟,结果表明水力旋流器经过优化设计可以进行井下油气分离,且分离效果较好。所采用的数学模型及模拟方法为井下水力旋流油气分离器进一步优化结构、提高分离效率提供了一条有效途径。     

不同湍流模型在旋流器数值模拟中的应用

水力旋流器内的流场非常复杂,而旋流器结构及操作上的相对简单又在一定程度上使人们忽视了其流场特性及分离机理研究的复杂性。为了在数值模拟时能够恰当地选择湍流模型,总结了国内外学者在利用CFD进行数值模拟时,采用标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型、代数应力模型和雷诺应力模型以及离散相模型对水力旋流器流场的数值预报结果,并且简要分析了各湍流模型的特点,对今后需要深入开展的工作做了阐述。     

非牛顿流体中De数对球形颗粒沉降速度的影响

采用Ansys PolyFlow软件对粘弹性流体流动的数值模拟,在不考虑加入湍流模型的前提下,对层流状态下的非牛顿流体中球形颗粒沉降问题进行了数值模拟。考察了De数对球形颗粒沉降速度及尾迹区的长度等的影响。采用UCM模型时得到:尾迹区的长度会随着De数的增加而增长,且尾迹流线逐渐向下游发展;在颗粒与壁面之间最大的速度涡的大小同样随着De数的增加而增大。     

柱型水力旋流器单相流场数值模拟

运用RNGK-ε模型对柱型水力旋流器的全流场进行数值模拟,对模拟的切向速度、轴向速度、径向速度、动压、静压、流体运动轨迹进行分析。实验所测结果证明模拟结果是可靠的。     

非牛顿流体孔隙介质弹性波动方程

重油、聚合物和压裂液等非牛顿流体普遍存在于油气勘探和开发过程中,研究孔隙尺度非牛顿流体流动及其对地震波场的影响具有重要意义.Biot理论忽略了流体黏性系数及剪切应力的非线性变化,虽然可用于描述完全饱和固体与经典牛顿流体在波场作用下的相互作用,但是对于非牛顿流体孔隙填充物来说不准确,因此需要研究含非牛顿流体效应的孔隙介质...     

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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。     

大锥段注气对旋流器流场影响的数值模拟

为对比不同旋流器的流场分布,探究注气对分离性能的影响,采用CFD软件对大锥段微孔注气和普通旋流器进行数值模拟。数值模拟用的普通旋流器为双锥形水力旋流器。分析两种旋流器的压力场、速度场可以得出:大锥段注气使旋流器的流场产生很大改变,对分离既有不利影响又有有利影响。从旋流器各部分来说,注气对旋流腔流场影响不是太大;对大锥段的影响很大,压力梯度减小对分离不利,切向速度减小对分离有利。小锥段的分离能力因大锥段注气而减弱,因为注气,压力梯度变得非常小,对分离不利;切向速度也变得非常小,变化平缓,在横截面上看轴向速度变化不大。     

幂律非牛顿流体渗流

本文研究了非牛顿流体驱替牛顿流体一维渗流问题,绘出了非牛顿流相界面运动图。讨论了瞬时压力传播问题,给出了弱压缩非牛顿流体径向不定常渗流的近似解,绘出了不同流态指数的瞬时压力曲线。     

油水分离旋流器流场和分离性能的数值模拟

深入研究了液-液水力旋流器的流动机理,并采用LRR应力模型对油水分离旋流器的油水两相流场进行了数值模拟。通过数值计算得到了水力旋流器内流体流动的流线图、等压线以及速度矢量图,并且研究了不同参数(分流比、进口压力以及溢流管直径)对分离效率的影响。计算结果与理论分析一致,证明了模型和算法的正确性。研究成果为前人试验和理论总结提供了有力的理论支持,同时为进一步研究水力旋流器的分离机理、流场特性以及结构优化设计提供了一条有效的途径。     

油水分离用水力旋流器分离性能曲线与实验

描述了水力旋流器性能的评价指标,运用流体力学的流场模拟和油滴的模拟技术,从理论上计算旋流器的流量-效率曲线、流量-压降曲线及粒径-效率曲线,并与实验数据做比较,得出结论：(1)理论计算结果与实测值的关系曲线变化趋势一致,因此可以采用流场模拟的方法预测旋流器的分离性能;(2)利用流量-压降曲线和流量-效率曲线可确定单根旋流管的处理能力及处理效果,相应得到并联旋流管的根数,或根据分离要求及系统所能提供的能量得到处理能力;(3)采用粒径-效率曲线可预测等概率粒径的大小,从而为是否对来液采取处理措施提供依据;(4)利用流场数值模拟方法预测旋流器的性能,可节省投资并缩短开发周期。     

基于CFD的水力旋流器流场模拟研究

介绍了一种利用CFD软件进行水力旋流器流场模拟的方法,展示了对旋流器流场最重要的几个物理量的模拟结果,即静压力、切线速度、密度以及空气柱等的分布情况。通过对以上几个主要参数的模拟结果分析,发现模拟结果基本满足(准)自由涡运动规律;对于具体结构的旋流器,可以利用模拟结果较准确地得出旋流器的结构参数n,为旋流器设计提供可靠的设计依据,亦可研究不同工况下水力旋流器的处理效果。     

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。     

非牛顿流体偏心环形空间螺旋流的速度分布

从理论上建立了双极坐标系下非牛顿流体偏心环空螺旋流的控制方程,其为用流函数和轴向速度表示的四阶非线性变系数非齐次偏微分方程组.给出了上述方程组的有限差分法数值求解步骤,并以水和CMC水溶液室内实验数据为例,计算和分析了非牛顿流体偏心环空螺旋流的速度分布规律,结果表明：非牛顿流体偏心环空螺旋流中存在二次流区,且影响二次流区域大小的主要因素是偏心距.     

非牛顿流体在双螺杆反应器中流动特性的三维流场分析

利用大型有限元软件包ANSYS,对非牛顿流体在双螺杆反应器中的流动进行了三维流场分析,采用幂律模型求出了流道的速度场、压力场和粘度场,并对这些参数在3个跟踪点随螺杆转速和进、出口压差的变化进行了记录。研究结果对双螺杆反应器的优化设计和聚合物挤出加工有一定的理论指导意义。