Robertson—Stirr流体管流与环流轴向流动规律研究

ＲＳ模式是近年来提出的高精度流变模式，但由于缺乏与之相配套的钻井水力学方面的计算模式，影响了该模式的推广应用。文中从ＲＳ流体的本构方程出发，理论上推导出ＲＳ流体在钻柱内和同心环空中作轴向层流动时的流速，流量，压耗及流核尺寸的大小，对模式的验证结果，表文推导的模式可用于预测钻柱内和环空中水力参数的大小。     

屈服—假塑性流体轴向层流流场分析

文中对钻柱内和同心环空中屈服—假塑性流体轴向层流流场进行了分析,建立了轴向流速、流量、压力梯度、剪切应力,剪切速率、视粘度等参数的数学表达式。求解了钻柱内和同心环空中流核的大小,并与幂律流体及宾汉流体作了对比,绘制了上述参数在钻柱内与环空中的分布规律,为管道和钻井水力参数的设计与制定提供了科学依据。     

环空流体流动下的钻柱横向振动数学模型分析

对井下环空钻井液流动中的钻柱横向振动数学模型进行了分析。首先,把井下钻柱简化为一完全浸在沿其轴向流动的钻井液流体中的圆柱体;然后,就钻井液流体流动对钻柱所施加的各种力作了分析和推导;最后,在已导出各个量的基础上,建立考虑环空钻井液流体流动下的钻柱横向振动方程。     

计算窄间隙环空循环压耗的新模型

影响窄环空中摩擦压降的关键因素为环空尺寸的变化、钻柱旋转及偏心。用Herschel—Bulkley模式描述钻井液的流变性，考虑钻柱偏心和旋转对钻井液在环空和钻柱内流动的影响，提出了一种新的计算窄间隙环空循环压耗的模型，将所建立模型和传统方法的计算结果与实测数据比较表明，该模型具有较高的精度，可以满足现场作业的要求。     

考虑钻具屈曲的环空流动仿真研究

在小井眼定向井和水平井钻井过程中,钻具屈曲会对环空流场、压力场产生较大影响。文中借助流体动力学计算软件ANSYS FLUENT开展了考虑钻具正弦、螺旋屈曲的环空流动仿真模拟,系统地研究了不同环空偏心距、不同转速等因素对环空流场和流动压降的影响规律。研究发现:同心环空中,流体流速沿径向对称分布,偏心、屈曲环空中偏离对称分布;环空间隙越大,环空流速就越大;当考虑钻柱旋转时,钻柱旋转对环空窄间隙处流速的影响比对环空宽间隙处的影响要大,可明显提高环空窄间隙处的流速;同心环空、偏心环空压降值沿井深呈线性增加,偏心度越大,压降越小;屈曲环空压降值沿井深呈非线性增加,转速越大,压降越小。仿真结果与实验结果相比,具有较高的准确性,对真实钻井条件下环空压降的计算具有一定的指导意义。     

空气水平井中钻柱冲蚀模型与分析

空气钻水平井中,水平段携岩是一技术问题,但携带岩屑颗粒的高速气体对水平段钻柱的冲蚀也非常引人关注。利用计算流体动力学（CFD）软件计算了给定偏心距条件下水平井水平段环空中气体的速度分布和环空中岩屑的运移轨迹。通过分析了岩屑对钻柱及下井壁的冲蚀,给出不同偏心距下岩屑对钻柱的冲蚀速率,从而定性上得到岩屑颗粒对钻柱的冲蚀规律。结果表明,大环空中空气流速随着计算段长度的增大而增大,小环空中则呈现相反的规律;小部分岩屑将滞留在小环空中;岩屑对钻柱的冲蚀速率随着偏心距的增大而增大,而且偏心距在0.04m～0.06m范围内冲蚀速率达到最大。     

Casson流体轴向同心环空中速度及温度分布研究

将非牛顿流体动量方程、能量方程与Casson流体的本构方程相结合,推导出了Casson流体在轴向同心环空中的速度和温度分布公式.数值研究结果表明,由于Casson屈服应力的作用,轴向同心环空内存在柱塞流动,柱塞的大小与Casson屈服应力成正比,与压力梯度成反比.在其他相同的条件下,柱塞速度随环空尺寸的增大而增大.柱塞内温度呈对数曲线变化,柱塞外侧温度与内侧温度不同,从柱塞边界到管壁,温度逐渐减小.越靠近管壁,温度降低幅度越大.     

超临界二氧化碳钻井流体关键技术研究

超临界二氧化碳钻井技术是利用超临界二氧化碳作为钻井流体的一种新型钻井方法,具有能有效驱动深井井下马达,控制井底压力容易,破岩门限压力低、破岩速度快,能防止储层损害等优点,但成功利用超临界二氧化碳钻井技术的关键是充分了解超临界二氧化碳钻井过程中井筒中二氧化碳流体的温度和压力分布。为此,建立了考虑井筒流体与地层换热对井筒流体温度影响的井筒传热模型,根据能量守恒原理,推导出了井筒流体温度计算模型,并考虑到钻井过程中可能钻遇水层的情况,对该计算模型进行了修正;利用有限元方法,推导出了井筒内二氧化碳钻井流体的压力计算公式。实例计算表明:钻杆内二氧化碳流体的温度和压力随井深增深而增大,但与井深的关系是非线性关系;钻杆内二氧化碳流体的密度随井深的增加而减小,但到近钻头处开始增大。环空中的压力随井深的增加而增大,但两者的关系也是非线性关系;环空中的温度随井深增加先升高后降低;环空中的二氧化碳密度随井深增加而增大,但两者为非线性关系。      

定向井同心环空RS流体稳态波动压力研究

波动压力是影响井眼稳定的主要因素，其大小对维护井眼内压力平衡、设计井身结构和泥浆性能的确定、以及确定合理的起下钻（或下套管）速度有重要意义。文中以Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ──Ｓｔｉｆｆ流变模式为基础，从理论上推导了定向井同心环空中起下钻或下套管过程中在稳定层流条件下，钻井液粘性产生的波动压力计算模式，并绘制了不同情况下波动压力系数的变化规律曲线及给出计算示例，提供给现场应用。     

深水钻井隔水管增压管线对井筒温度的影响

深水钻井中,井筒和地层温度分布对流体性质和压力控制具有重要的影响,为了研究其影响情况,考虑了深水钻井过程中增压管线流体进入井筒引起的变质量流动,基于质量和能量守恒原理,建立了井筒和地层不同区域的瞬态传热数学模型,并分析了增压管线排量和入口温度对井筒温度场的影响规律。研究结果表明:增压管线排量和入口温度仅对海水段的环空温度影响较大,且随着排量和入口温度的升高,海水段环空温度随之增加;随着距井口距离的减小,增压管线排量对环空温度的影响逐渐增大,而入口温度对环空温度的影响逐渐减小;由于钻柱和环空内流体流动方向相反,增压管线排量和入口温度对整个钻柱内流体温度的影响较大,且随着排量和入口温度的升高,钻柱内流体温度随之升高。研究结果可为深水钻井过程中井筒温度场的预测提供理论参考。     

油气上窜速度计算公式的修正

钻井现场计算油气上窜速度的传统公式（迟到时间法）由于忽视了井眼内钻具体系对油气液面上升的影响，造成计算结果与实际相差偏大。通过对现场实际情况及传统计算公式的分析，提出了修正的油气上窜速度计算公式。从而使钻井液密度的调整更趋合理，有利于保护油气层。     

非牛顿流体通过偏心环空的速度分布

根据非矩形槽模型和非牛顿Ellis模型建立了非牛顿流体偏心环空的数学模型，并在极坐标下求出速度分布分析表达式，该方法适用范围广泛，并克服了以往数值差分解法的繁琐和误差。对于钻井泥浆的设计、化学物的注入有一定的实用价值。     

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目前利用泥浆池液面增加、泥浆出口流量大于入口流量来检测气任的方法，均是建立在气体体积膨胀基础上的，所以像在小井眼钻井及复杂地质条件下钻井中，这些方法发现气侵太晚。文章对气侵后气体在井眼中分布进行了研究，其结果表明：气体侵入井眼后在井底不是连续气柱，而是按气液两相流流型分布。通过声波在气液两相流中传播速度试验证明，武德近似公式可以用来计算声波在该两相流中的传播速度。运用室内及中原油田全尺寸并控实验井实验数据建立的气体上升速度模型，与国外使用的模型进行了对比模拟运算，提出了依据实际时间、声波在环空泥浆传播时间及有关模型，可以实时计算气侵高度和并底进气量，为适时并控提供可靠的依据。     

水平井偏心环空中岩屑床厚度预测研究

正确认识水平井偏心环空中岩屑的运移及岩屑床形成的规律对改善水平井井眼清洗状况极为重要。根据偏心环空中两相流流动规律，建立了用于计算水平井岩屑床厚度的理论模型，结合室内试验数据及优化理论提出了预测岩屑床厚度的半经验公式，并将这一研究结果用于塞平１井（ＳＰ－１井）岩屑床厚度的预测。     

非牛顿幂律流体球形流动不稳定压力动态

根据目前油田开发中注聚合物驱油藏的压力动态监测的需要以及考虑到油层部分射开具体情况,提出类似Ｓａｖｉｎｓ径向渗流剪切速率的球向渗流剪切速率公式,运用幂律模型给出流体粘度 球向半径变化关系,建立了考虑井筒储存和表皮效应非牛幂律 体不稳定球形汉动数学模型,得出Ｌａｐｌａｃｅ空间井筒压力响应解析解,分析限早期和后期井筒压力动态变化特征,给出试井参数计算方法。可以看出,在早期其特征与牛顿流情况相似在后期,     

如何计算水泥浆最优动切力

首先研究了固井作业中，水泥浆滞流与迟流、流核与假流核的不同之处及计算方法；然后应用流体力学理论，推导出最优水泥浆动切力的计算公式，为现场注水泥作业提供了理论依据。     

可自适应防砂筛管膨胀层压降模拟计算方法

鉴于相关文献计算油流在砾石充填膨胀层中压降时存在的不足,将油流在膨胀层的流动简化为锥形流,并在Forchheimer方程的基础上进一步优化,推导出了膨胀层压降计算新公式。同时运用算例,将锥形流的计算结果与单向流、径向流以及Yildiz发散流的计算结果进行比较。分析结果表明,锥形流模型推导出的计算公式与Yildiz发散流计算公式计算的结果相近,而以单向流和径向流计算公式得出的计算值差距较大。说明将油流的发散流动模拟为单向流和径向流来计算砾石膨胀层中的压降是不合适的。锥形流模型包含了非达西渗流的压降,以此导出的压降计算公式计算的压降更加符合实际情况,且计算更简便。     

重油催化裂化反应历程数值模拟Ⅰ.模型建立及流体力学性能模拟

在气、固两相流体动力学模型的基础上，采用基于机理反应的14集总模型，考虑了反应温度、局部固体浓度变化以及流动对重油催化裂化反应的影响，建立了重油催化裂化流动-反应耦合模型；采用该模型计算了提升管反应器内气、固两相流动形态。结果表明．提升管内气、固两相沿轴向、径向和切线方向的流动不均匀，并非完全对称流动，而以S型螺旋形上升流动。受喷嘴区高速射流的影响，喷嘴上方固体颗粒呈向下流动趋势，形成一个诱导回流区域。     

还注采舌进图一个理论基础

运用平面稳态流速场运动学通式,经过＂求逆,求导,求积＂3步运算,获得了无限大等厚均质水平地层内等流量一注一采两口铅垂井激发的渗流场内流体质点的运动学方程。根据所得方程,首次从理论上成功地绘制了注采舌进图,填补了现行油气渗流力学教科书中的理论空白。该通式还可用于求解铅垂井群或裂缝群注采相关的运动学问题,因而可作为水驱油技术的重要理论基础。     

Kinematic Law of Solids on a Drilling Fluid Vibrating Screen

Based on solid-liquid two-phase flow theory and dynamic principle of a vibrating screen, the kinematic behavior of solids on the vibrating screen is studied. In submersed condition, the formula of suspension size of solids, the terms of free flight and suspension motions are developed, and the kinematic behavior of solids when they enter free flight is discussed. After the liquid endpoint, the kinematic terms of sliding backward and forward, free flight, remaining in contact with the screen and staying stationary on the screen for solids are obtained, and a mathematical model that can predict solids conveyance velocity is developed.