基于CFD的井底PDC钻头动态欠平衡钻井数值研究

欠平衡钻井可以大幅度减少岩屑压持效应,提高机械钻速,减少储层伤害,较快获取储层信息等。利用Solidwork建立PDC钻头三维模型,并针对PDC钻头不同的喷嘴方位结构,运用计算流体力学进行了三维井底流场数值模拟。分析了不同喷嘴方位角度下井底流场的速度和压力场变化情况。计算结果表明,在总能量一定的情况下,通过改变喷嘴方位角可以有效减缓射流速度的递减速率,使钻井液仍保持高速低压的状态流经井底流场,返至一定高度后恢复至正常的高压低速状态,又保持过平衡的正常钻井,实现井底动态欠平衡。     

高压喷射钻井模拟及现场试验

本文阐述了高压喷射钻井原理,结合流体力学理论,建立高压喷射钻井井底流场模型。通过研究三牙轮钻头几何特征,利用三维实体建模软件建立三牙轮钻头实体模型,得到井底流场流道的物理模型,并对模型进行网格划分,通过数值运算方法,模拟了不同泵压、排量下井底的速度和压力分布。在数值模拟的基础上,对高压喷射钻井在现场的提速效果进行了分析和总结,提出了合理的喷嘴组合和钻井参数。本文的研究结果对正确认识喷射钻井的提速原理以及选择合理的喷嘴组合、排量有重要理论意义和实践意义。     

旋转流场下PDC钻头的数值模拟仿真

利用fluent软件对简化的PDC钻头进行了三维旋转流场和非旋转流场的数值仿真。结果表明:钻头底部流道的逆流,是由于井底的特殊形状,致使高速流体与井壁碰撞,在黏性力的作用下造成的;钻头四个喷嘴正对分布时,钻头底部中心的涡旋,是由于喷嘴对称分布,使四股流体经井底相互碰撞,在黏性力的作用下造成的。由于涡旋会降低钻井液的携岩能力并对钻头造成磨损,所以有必要减少涡旋的产生。     

锥角对水力旋流器压力场和速度场的影响

针对所建立的静态水力旋流器结构模型进行了简要的分析,采用CFD软件中基于各相异性的雷诺应力湍流模型,应用PC-SIMPLEC算法,对双锥水力旋流器内部流场进行了的三维数值模拟,得到了旋流器内部流场的压力分布特性和速度分布特性.结合流体力学及旋流器理论分析验证模拟结果的正确性.研究发现:在一定范围内,水力旋流器内部压力降...     

PDC钻头泥页岩地层钻进泥包机理研究

PDC钻头发生泥包时，切削齿和钻头体上会黏附大量的泥页岩切屑，影响破岩效率，弄清泥包机理是了解泥包影响因素、预防和清除泥包的前提。为此，通过调研，分析近年来国内外PDC钻头泥页岩地层钻进泥包机理、防止和清除泥包等方面的大量文献，从钻井液类型及性能、钻头结构、钻头水力学参数和PDC钻头其他处理等4项技术方面，总结论述了预防和减少PDC钻头泥包的新成果、新方法和新动态。进而认识到：①从微观层面研究泥页岩岩屑与钻头表面的黏附机理是研究泥包机理的未来方向；②通过向水基钻井液中添加化学添加剂以使其具有油基钻井液的性能的方法具有可取性；③预测泥包的钻头结构参数和水力学参数的确定需要大量的实验研究；④建立井底流场特点与钻头泥包的量化关系是今后数值模拟的研究方向。     

CFD软件对螺旋槽干气密封的模拟

采用了通用计算流场分析软件fluent,使用gambit软件建立三维计算模型并划分网格。基于三维N-S方程,选用RNG K-ε湍流模型与SIMPLEC算法,对螺旋槽气体密封的三维流场进行了数值研究。通过验证。表明流场的数值计算结果与文献中的试验值吻合较好,模拟了气膜场的压力分布。对进一步研究具有指导意义和实用价值。     

新型分流负压钻头研究

在石油钻井中,深井以及超深井钻井过程中存在着机械钻速较慢的现象。其中一个重要原因是井底压差较大的原因,导致了井底的破碎的岩石不能被及时清除,导致钻头切削岩屑,最终导致机械钻速的降低。通过利用井底钻头的分流,来减少井底压力差的影响的基本原则,就减少"压力压持效果",从而使岩屑能够及时的排除,提高了石油钻井的机械钻速,通过理论分析,数值模拟中的应用,并优化设计结构参数和射流流动的水力参数,为新型负压钻头的研制奠定了基础。     

新型分流负压钻头研究

在石油钻井中,深井以及超深井钻井过程中存在着机械钻速较慢的现象。其中一个重要原因是井底压差较大的原因,导致了井底的破碎的岩石不能被及时清除,导致钻头切削岩屑,最终导致机械钻速的降低。通过利用井底钻头的分流,来减少井底压力差的影响的基本原则,就减少"压力压持效果",从而使岩屑能够及时的排除,提高了石油钻井的机械钻速,通过理论分析,数值模拟中的应用,并优化设计结构参数和射流流动的水力参数,为新型负压钻头的研制奠定了基础。     

水力旋流器两相湍流数值模拟研究进展

数值模拟已经成为研究水力旋流器流场理论的重要手段,论述了国内外对于水力旋流器内两相流场的数值模拟研究进展,雷诺应力模型作为目前水力旋流器流场模拟的重要模型虽然已经得到广泛应用,但仍存在很大缺陷。通过分析研究成果提出了对于雷诺应力模型的改进和完善,今后对水力旋流器数值模拟研究的重点和发展方向。     

液-液旋流分离器内流场的数值模拟研究

用计算流体动力学(CFD)的数值方法,采用RSM模型对油水分离用液一液水力旋流器的流场进行了数值模拟。单相流场的模拟结果表明,旋流器内的流场结构是强旋转和非对称的三维结构,因而对旋流器的研究(无论是数值模拟还是实验测量)必须是基于三维的;旋流器上游区内流体紊流现象严重,两侧有循环流存在,这都对两相分离不利,应改进结构以改变这种流动形式;其模拟结果与他人实验结果吻合较好,说明该湍流模型和算法是可靠的。另外还对油一水两相流场进行了研究,初步揭示了液一液两相分离的现象,这都为进一步研究旋流器特性参数对分离效率的影响和旋流器的结构优化提供了参考。     

Semianalytical method of two-phase liquid transport in shale reservoirs and its application in fracture characterization

This study presents a new semi-analytical method to simulate the two-phase liquid transport in hydraulic fractures (HF) and matrix system, which can be applied to characterize HF attributes and dynamics using the flowback data from hydraulically fractured shale oil wells. The proposed approach includes a fracture model for HF properties calculation and a matrix model capable of considering multiple liquid transport mechanisms in shale nanopores. The proposed method is first validated with the numerical simulation then applied to a field example in Eagle Ford shale. The numerical validation confirms that our method can accurately characterize fracture attributes and closure dynamics by closely estimating the initial fracture permeability, pore-volume, compressibility, and permeability modulus. Furthermore, the analysis results from numerical simulation and a field example both indicate a clear flow enhancement and deficit for oil and water transport, respectively, due to the slippage effect and variation of fluid properties inside nanopores.     

基于动网格的高压煤浆输送泵内部流场数值模拟优化研究

为了解决高压煤浆输送泵试验运行中存在的堵塞和回流等问题并提高其输送效率,利用FLUENT软件提供的动网格及UDF(用户自定义函数)技术,对高压煤浆输送泵试验装置的三维非定常黏性不可压缩流动进行动态数值模拟.该模拟方法突破以往静态研究的局限,可更真实地模拟高压煤浆输送泵内部流场的动态变化过程.得到了其周期运动中各个时刻流场的变化情况,模拟结果和试验运行情况基本吻合.随后调整其结构尺寸与运动参数进行优化模拟,运行效果得到改善,基本消除堵塞现象,缓解回流问题,为高压煤浆输送泵的国产化提供了技术基础.     

低渗透油藏非达西渗流数值模拟研究

低渗透油藏中存在启动压力梯度,采用达西渗流已经无法准确描述油藏中流体的流动,为此提出了低渗透油藏启动压力梯度数学表征方法,建立了考虑启动压力梯度非线性渗流模型以及相应的数学数值模型,在现有数值模拟软件的基础上编制了非线性渗流数值模拟插件,并将其应用到油田模型中,计算表明,初步模拟结果与现场实际数据基本吻合,验证了方法的正确性。     

镇泾油田PDC钻头优选分析

由于镇泾油田地层承压能力低,岩石可钻性较低,孔隙裂缝发育,钻井液浸泡超过一定时间,极易引起井漏或井壁垮塌掉块等并下复杂事故,影响钻井周期。本文针对镇泾油田地层特性,对近两年的已完井资料中的PDC钻头的型号、机械钻速、单只钻头进尺和钻遇地层特性进行统计,对已使用PDC钻头进行优选分析。利用主成分法对优选PDC钻头结果进行评价,并通过现场使用验证优选结果,最终优选出$5665型号钻头。     

油基钻井液环境下PDC钻头录井方法及实践

油基钻井液环境下的PDC钻井给传统录井带来了很大的干扰,特别是在岩屑岩性的识别及油气显示的解释等方面存在问题。现场对常规录井方法进行针对性的改进,采用三维定量荧光、核磁共振等新录井技术手段,有效地提高了岩屑剖面符合率,使油气显示发现更及时、解释评价更准确。     

直切式旋风分离器内气相流场的实验研究和数值分析

采用实验测量与数值模拟相结合的方法对直切式旋风分离器内气相流动的三维流场进行了研究。雷诺应力湍流模型对流场的计算与五孔球探针的测量结果基本相符。实验测量与数值模拟的研究结果表明,环形空间的流场呈现明显的非轴对称性,切向速度在0°方位最大,在300°方位最小;分离空间基本呈轴对称性,流场稳定,有利于颗粒分离;排气管内仍存在较强的旋转,产生较大的能耗。     

新型超音速旋流分离器流场分析与性能评估

为了解决实际开采过程中高压天然气的含水问题,结合气体动力学和流体热力学原理,设计了一套前置式超音速旋流脱水装置,围绕新装置进行了流场模拟和性能分析两方面研究。首先根据几何尺寸建立了三维数值计算模型,并结合RNG k-ε湍流模型对超音速分离器内部流场进行了模拟,得出了装置轴心线上天然气压力、温度、马赫数等特性参数的分布规律,同时对不同截面上参数的径向变化进行了分析;最后根据露点降和分离效率评估了超音速旋流分离器的工作性能,结果表明：在喷管出口处马赫数为1.51,膨胀最低温度可达140K,切向旋流速度为160m/s,可以实现水蒸气的充分凝结和分离;当压损比达到70%时,可以得到32℃的露点降,而且装置对于变压力、变温度工况具有很好的适应性,完全可以满足生产实际要求。     

螺旋槽干气密封微间隙流场的CFD数值模拟

应用Solidworks软件建立螺旋槽干气密封三维立体模型,应用Fluent前处理Gambit软件对模型划分网格,应用Fluent软件对螺旋槽干气密封特定工况下的内部微间隙三维流场进行数值模拟,得到了流场的压力分布、速度分布以及泄漏量,所得流场数据与文献中实验结果吻合较好。改变操作参数再次模拟,得到了不同参数下流场的压力分布及泄漏量,并分析了操作参数对螺旋槽干气密封的影响。     

混流式风机内部流体力学行为研究

基于k-ε湍流模型和三维时均N-S方程,进行了混流式风机的全流道三维定常湍流计算,得到了风机内部压力分布和速度分布等许多重要的流动现象。结果表明,风机的全通道CFD分析能够较为准确地预测出风机内部流场结构。