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针对非牛顿流体的稳定性问题及其流态判别的研究，将整体稳定性理论及局部稳定性理论应用于塑性流体和幂律流体在同心环空的流动中，建立和推导出相对应的判别流动状态的稳定性参数表达式。这些参数的临界值与牛顿液体流态准数雷诺数的临界值，同样具有与液体流变性无关的特点。章还系统地阐述了非牛顿流体各种稳定性参数的含义，并应用献资料所提供的实验数据，说明了它们的精确程度和适用范围。     

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准确判别井内液体的流态，对钻井优化设计和施工，保证注水泥顶替质量是非常重要的。文中介绍了以层流稳定性现象理论为基础提出的5个使用较广的流态判别准则－雷诺数（Re)、稳定性参数Z、稳定性参数K、稳定性参数X和稳定性参数Y。通过对这5个流态判别准则的分析与对比，认为雷诺数、稳定性参数Z与K都存在不足，而稳定性参数X、Y更具合理性。建议将稳定性参数X、Y进行推广，使它们能够用于其它非牛顿液体圆管流、同心环空流，偏心环空流的流态判别。     

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鄂尔多斯盆地苏里格气田是我国陆上发现的较大气田之一 ,目前对该气田分析的 5口气井的气油比为 15 .9× 10 4～ 98.9× 10 4m3 /m3 ,是个湿气田或干气田 ,然而初步的实验研究结论恰恰相反 ,该气田确是一个凝析气田。气藏类型经验判断表明 ,该气田可能是“常规干气田” ,也可能是“无油环凝析气田” ,处于干气藏和凝析气藏的过度带 ,没有统一的结论。相态实验研究表明 ,该气田为特低含凝析油的凝析气田。实验还发现 ,退泵降压观测到的露点压力与进泵升压观测到的雾和油花消失的压力不相同 ,后者大于前者 ,而且相差很大 ,说明该气田凝析油一旦析出 ,就较难气化。气油比改变露点压力也相应改变 ,气油比升高 ,露点压力降低 ,说明高气油比井的气含量大、油含量少 ,使油完全溶解在气中的压力就低。定容衰竭预测结果表明 ,该气田的反凝析油量很低 ,但是如果气井在井底压力低于露点压力下经过长时间生产 ,井底周围地层中仍然会有凝析油聚集 ,造成反凝析油动态污染     

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如何充分、有效地利用井底有限的水力能量，一直是石油钻井科技工作者所关心的一个研究问题。既要能够提高水力能量的利用率，同时又要易于井下实现，设计出这样一种装置是十分必要和迫切的。新型水力增压装置由此应运而生。文章简单介绍了国内外增压研究现状及应用情况，从理论上比较详细地探讨了新型井下水力增压装置的增压机理、增压装置腔室流体流动特性，建立井下水力增压物理模型及腔室流体流动模型以及影响因素的计算模型，为增压增置的进一步研究奠定了理论基础。     

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水力系统是三牙轮钻头结构设计的重要组成部分,水力系统设计的合理是否直接影响钻头的使用寿命和机械钻速。针对近十年来三牙轮钻头在应用中出现的腔室流体刺穿喷嘴盒和储油腔等问题,我们采用全尺寸钻头实验研究的方法,重点对φ２１５．９ｍｍ三牙轮钻头的水力系统进行了较全面的研究,找出了钻头腔室流体冲蚀破坏钻头的原因和影响因素。在理论与实验研究的基础上,设计出了φ２１５．９ｍｍ双喷嘴新型水力系统钻头,并在新疆克拉     

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川东高陡构造上部地层倾角较大 (最高达 85°) ,其大倾角地层铅垂厚度一般在 15 0 0～ 2 5 0 0m ,岩性以泥页岩为主 ,该段钻井井斜控制难度大、钻井速度低。针对这一钻井难点 ,开展了钟摆钻具、偏轴接头、钟摆钻具带偏轴接头等防斜钻具结构的研究试验和对比 ,钟摆钻具带偏轴接头钻具结构在井斜控制相当的条件下钻压较其它防斜钻具结构有较大提高。通过在天东 85等井试验钟摆钻具带偏轴接头钻具结构取得了显著的经济技术效益。     

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利用流体力学理论，导出了两种非牛顿流体在偏心环空中轴向层流顶替的数学模型，并利用数值方法求解了该模型。最后得出结论：增大乐密度、泥浆流性指数、水泥浆稠度系数、流量，降低泥浆密度、水泥浆流性指数、泥浆稠度系数等，都有利于提高注水泥顶替效率。     

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目前在研究凝析气的渗流和相态问题时，当地层压力降低到露点压力之后，采用的都是等温瞬时平衡的概念，而在凝析气井生产过程中，当近井带压力降至体系露点压力以下后，采用的都是等温瞬时平衡的概念，而在凝析气井生产过程中，当近井带压力降至体系露点以下，由于气相的高速流动，气液相并不充分接触，液相析出后运动滞后而逐渐沉积，部分液相组分会因高速气流夹带而呈气相运动一段距离后才变成液相析出，也就是说液相析出量的多少要受到平衡时间的影响。章从体系的强度性质出发，引往平衡时间因素建立非瞬时平衡相态描述方法。利用LHSS方程研究了凝析气井近井地带高速流动区在非瞬时相平衡条件下凝析液的析出和温降。结果表明，由于非瞬时平衡作用导致高速流动区液相析出量减少，近井带的凝析油动态饱和度比用瞬时平衡预测的低。     

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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。     

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气体钻井过程中钻进参数的改变将引起井内气体的不稳定流动，这种现象在用气体钻井方式打开产层时尤为明显，这些情况用常规气体钻井稳定流动理论不能准确模拟。通过对井内气体不稳定流动的分析，还可以实现钻井过程中的动态地层评价，因此，井内气体不稳定流动也是欠平衡钻井随钻试井理论的重要组成部分。基于可压缩流体不稳定流动理论，文章建立了气体钻井过程中井内瞬态流动的数学模型并提出了模型的数值解法。针对井内水动力体系的复杂特点，文章讨论了定解条件的确定方法。最后将模型应用于伊朗TBK-14井，对开启压风机和增大压风机排量两种情况进行了分析，与现场试验对比表明，数值模拟结果与井内的实际情况一致。     

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。     

基于改进黄金分割法的钻井液流变模式优选

钻井液流变参数的计算和流变模式的优选对于钻井作业的顺利进行至关重要。结合数值计算方法、回归分析和最优化的理论,在穷举法的基础上,引入相关指数、残差平方和以及残差方差3个评价标准,利用黄金分割法加快有根区间的收缩速度,提出了改进的黄金分割搜索算法。利用该方法,不用给定迭代初始值,收敛性好,克服了已有钻井液流变模式优选算法的缺点,同时适用于2参数、3参数、4参数流变方程的参数计算与流变模式优选。借助MATLAB语言编制相应计算程序对大量数据进行计算,并与前人的计算结果进行比较,结果表明:所采用的3种回归评价标准是有效的,与改进的黄金分割搜索算法相结合,能够回归出钻井液的流变参数,并准确地优选出流变模式,残差方差的计算结果平均降低了19.70%,计算结果精度更高。      

非牛顿幂律流体不稳定球形流特征曲线研究

牛顿流体与非牛顿流体在试井分析特征曲线上初期表现类似,后期表现不同,是因为后期非牛顿流体粘度影响越来越大。在前人研究的基础上,对非牛顿流体不稳定球形流特征曲线进行研究,研究成果可用于模拟解释聚合物驱三次采油。     

Pressure Behavior for Spherical Flow in a Reservoir of Non-Newtonian Power-Law Fluids

Abstract

The pressure variations during polymer flooding of oil reservoirs for oil recovery projects can be used to analyze the flow in the reservoir which is especially useful for the partially perforated reservoirs. This paper presents a relationship between the viscosity and the shear rate which is similar to forms developed for radial flow (Odeh, A. S., Yang, H. T. ([1979] Odeh, A. S. and Yang, H. T. 1979. SPEJ. AIME (Jun.), : 155 [Google Scholar]). SPEJ. AIME (Jun.) 155). The power-law viscosity model is used to give the variation of the fluid viscosity with the spherical radius for a mathematical model of unsteady spherical flow for non-Newtonian fluids with wellbore storage and skin. An analytical solution for the wellbore pressure responses derived in Laplace space is used to analyze the behavior characteristics at early and later times to interpret the well-test parameters. The pressure variations are similar to those for a Newtonian fluid at the early times, but at later times, the variation of the viscosity with the power-law exponent is important, so the pressure response differs from that for a Newtonian fluid. The solution has significance for interpreting well test parameters for non-Newtonian spherical flow.     

Pressure Behavior for Spherical Flow in a Reservoir of Non-Newtonian Power-Law Fluids

The pressure variations during polymer flooding of oil reservoirs for oil recovery projects can be used to analyze the flow in the reservoir which is especially useful for the partially perforated reservoirs. This paper presents a relationship between the viscosity and the shear rate which is similar to forms developed for radial flow (Odeh, A. S., Yang, H. T. ([1979]). SPEJ. AIME (Jun.) 155). The power-law viscosity model is used to give the variation of the fluid viscosity with the spherical radius for a mathematical model of unsteady spherical flow for non-Newtonian fluids with wellbore storage and skin. An analytical solution for the wellbore pressure responses derived in Laplace space is used to analyze the behavior characteristics at early and later times to interpret the well-test parameters. The pressure variations are similar to those for a Newtonian fluid at the early times, but at later times, the variation of the viscosity with the power-law exponent is important, so the pressure response differs from that for a Newtonian fluid. The solution has significance for interpreting well test parameters for non-Newtonian spherical flow.     

定向井同心环空中卡森流体稳态波动压力的研究

管柱在充满钻井液的井眼内运动时所产生的压力波动,是影响井眼稳定性的重要因素。其值的大小,是确定泥浆附加密度的主要依据。因此,要求对实际波动压力的预测有较高的精度。多年来,常用的波动压力计算模式多为近似模式,存在较大误差。为此,从理论上对定向井同心环空中起下钻时管柱在卡森流体中运动时钻井液由粘滞性产生的波动压力进行了分析,建立了理论模式。为便于现场应用,绘制了不同情况下波动压力系数的变化规律图,并给出了计算示例。     

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钻井过程中,由于钻井滤液的侵入,地层中的粘土矿物发生水化,膨胀,分散,削弱了岩石的力学强度,导致井壁失稳的发生,文中简述了聚乙二醇钻井液页岩抑制机理;浊点行为,协同作用,渗透作用,结合室内实验分析了影响聚乙二醇钻井液抑制作用的因素,当温度达到聚乙二醇的浊点温度后,聚乙二醇从溶液中析出封堵页岩裂缝,当在聚乙二醇钻井液中加入合适的无机盐后,无机盐与聚乙二醇起协同作用,提高了聚乙二醇的页岩抑制性能,达到稳定页岩的目的。     

新型钻井液流型调节剂的研制与应用

针对大位移井水基钻井液体系井眼不稳定、井眼净化不良等问题,研制出一种新型的钻井液流型调节剂Ｍ３１７。通过室内性能评价表明：该流型调节剂加量为１．５％时,对渤海钻屑滚动回收率为５８．７％,高温高压防膨率为８８．５％。般含一定时,随 Ｍ３１７加量增加,钻井液动切力和静切力增加,而表现粘度、ＡＰＩ失水基本不变;般含在３．０％～４．５％,Ｍ３１７加量控制在１．５％～０．５％时,钻井液表观粘度、动切力和静切力均能很好满足大位移井钻井技术要求。Ｍ３１７单剂及钻井液体系ＥＣ５０值均大于３００００ｍｇ／Ｌ,无污染,满足环保要求。该处理剂已在渤海ＱＨＤ３２－６、ＪＺ－９－３等油田现场应用成功。     

酯基钻井液性能研究

介绍了酯基基液的基本特性，探索了酯基钻井液的基本配方并对其性能进行了评价，评价结果表明，由酯基基液配制的合成基钻井液流变性好，抗海水及钙镁侵污能力强，各项指标符合环保要求，钻屑可直接排海，是一种优良的钻井液体系。