幂律液体偏心环空螺旋流层流压降计算

本文依据柱坐标系下流体质点运动方程,推得了在倾斜的同心环空中幂律液体螺旋流层流流场的视粘度函数、速度函数及流动压降的解析式。并引入当量间距的概念,给出了偏心环空中幂律液体螺旋流层流压降的计算公式。最后讨论了偏心环空螺旋流流场中宽、窄间隙处的流速特征。     

非牛顿液体环空螺旋流的精确解

非牛顿液体环空螺旋流的水力计算在石油钻井中具有重要意义.理论分析指出螺旋流可由3个特征参数a、b和c完全描述,这些参数的大小由环空螺旋流的轴向平均速度V_cp、环空内圆旋转角速度ω₁和液体的流变常数决定;从液体流动的运动方程式和具有4个流变常数的本构方程式出发,引入应力函数的概念后导出了求解特征参数的新方法.该法实际上给出了石油工业中常见的宾汉液体、幂律液体、卡森液体、修正幂律液体及罗伯逊液体的环空流和螺旋流水力计算的统一程序,数值计算显示了新方法的优越性.     

偏心环空层流螺旋流与同心环空层流螺旋流压降的比较

推导了幂律液体偏心环形空问堪流螺旋流的压降方程.介绍了由降方程计算幂律液体偏心环空间层流螺旋流的压降的方法并把由压降方程算得的偏心环空螺旋流的理论压降和同心螺旋的理论压降进行比较.     

幂律液体圆管螺旋流的解析解

本文从理论和实验方面研究了石油钻井泥浆常用的幂律液体在钻柱中的螺旋流动规律。推导出了幂律液体圆管螺旋流的视粘度分布、速度分布、流量的解析表达式;进而建立了压降方程和判别流动状态的稳定性参数K及其最大值K_max的解析表达式。通过CMC及聚丙烯酰胺水溶液的圆管螺旋流的实验,证明了理论研究的正确性,并确定了稳定性参数的临界值K_max,c可以取作400。     

幂律液体圆管螺旋流的解析解

本文从理论和实验方面研究了石油钻井泥浆常用的幂律液体在钻柱中的螺旋流动规律。推导出了幂律液体圆管螺旋流的视粘度分布、速度分布、流量的解析表达式;进而建立了压降方程和判别流动状态的稳定性参数K及其最大值K_max的解析表达式。通过CMC及聚丙烯酰胺水溶液的圆管螺旋流的实验,证明了理论研究的正确性,并确定了稳定性参数的临界值K_max,c可以取作400。     

幂律液体环形空间层流螺旋流的压降计算

本文推导了幂律液体环形空间层流螺旋流的压降方程,介绍了由压降方程计算幂律液体环形空间层流螺旋流的压降的方法。并通过CMC水溶液和聚丙烯酰胺水溶液的螺旋流实验,把由压降方程算得的理论压降和实测压降做了对比。对比结果说明,上述的压降方程和计算压降的方法是正确的。     

井下螺旋分离器内气液两相流场的数值模拟

根据井下螺旋分离器中气液流场的分散、流动状态以及力学特征,选取颗粒轨道模型作为气液两相流计算模型,运用流体力学软件FLUENT对不同螺旋结构下的气液两相流场进行数值模拟及可视化处理与分析。结果表明,分离器螺旋圈数越多,颗粒越易分离;螺旋结构相同时,颗粒直径越大越易分离,并确定了螺旋分离器的最佳螺旋结构。     

垂直裂缝井非牛顿流体试井分析

本文给出了水力压裂井中幂律非牛顿流体试井分析近似计算公式。近似解与已有的差分数值计算的结果符合得较好。垂直裂缝井中压力诊断曲线可分为:早期的线性流阶段,即无固次压力与时间的二分之一次方成正比,且与幂律指数n无关阶段;后期拟径向流阶段,即压力与时间成(1-n)/(3-n)次方的阶段。     

宾汉液体的环空螺旋流场

从螺旋流的基本方程式出发,对非纯粘性螺旋流进行了理论分析,导出了刚性流动出现的条件,并在粘度函数中引入了屈服因子,完成了宾汉液体螺旋流场的数值计算,完善并发展了Savins的理论。     

在垂直裂缝井中非牛顿流体试井分析方法

该文给出了水力压裂井中，幂律非牛顿流体试井分析近似计算公式。近似解与已有的差分数值计算的结果符合得较好。垂直裂缝井中压力诊断曲线可分为：早期的线性流阶段，即无因次压力与时间的二分之一次方成正比，且与幂律指数n无关阶段；后期拟径向流阶段，即压力与时间成（1-n）／（3-n）次比的阶段。     

输气管道水合物颗粒螺旋流动数值模拟

为了对输气管道中天然气水合物颗粒输送体系的螺旋悬浮流动规律做出进一步研究,利用ICEM软件对天然气管道内的气固两相螺旋流进行了三维瞬态数值模拟与仿真。研究了天然气管道内不同横截面的速度场、水合物颗粒体积分数分布规律以及水合物颗粒沉降规律。模拟结果表明:当水合物颗粒体积分数达到8%左右时,螺旋流的切向速度衰减迅速,对水合物颗粒的携带能力也急剧下降,衰减速率是无颗粒螺旋流的几倍;螺旋强度较大时,流体速度曲线表现出"双峰"特点,螺旋强度较小时,流体速度曲线表现出"抛物线"特点;流体速度是影响颗粒运动的主要因素,叶轮角度是次要因素,流体携带能力与颗粒体积分数及颗粒粒径成反比。所得结论可为输气管道的安全输送提供理论指导。     

旋流扶正器作用下环空中气液两相螺旋流场压降研究

目前国内外对于旋流扶正器作用下环空中螺旋流场的研究主要针对单相流体。结合两相流的特点,借助于螺旋角的概念,修正了达西公式中的沿程阻力系数的计算公式,最终得到了环空中气液两相螺旋流场压降的计算方法,并进行了试验验证。运用VB语言编写了环空中气液两相螺旋流计算分析软件,分析了螺旋流场的非线性衰减特征。     

预测水平管中气体-幂律液体层状流的持液率

本文根据气液两相管流和幂律液体流变性的特点,从理论上探讨了水平管中气体-幂律液体层状流的持液率,并给出了计算方法。为了检验理论分析的结果,以空气和 CMC 溶液为介质,在内径为14.25mm、20.0mm、22.45mm 和26.7mm 的四种管路中进行了实验。实验表明,理论分析与实验结果吻合较好。     

高雷诺数下近壁圆柱绕流数值模拟与分析

近壁圆柱绕流问题在海底悬跨管道的研究中具有重要的意义。在绕流阻力、升力以及海底土壤的耦合作用下,海底管道所发生的移位、悬跨等现象对于海底管道的安全运行构成了很大的威胁。正确预测各种绕流条件下管流之间的作用力是保证油气管道安全的首要任务。海底管道在极端海洋环境条件下的管、流相互作用为高雷诺数绕流问题,处于高雷诺数下的绕流模拟比处于低雷诺数下的绕流模拟要复杂很多,它需要更精细的网格以及合适的湍流模型。此文对处于悬跨状态下的海底管道进行数值研究,给出不同间隙比下海流绕流海底管道的流场结构形态,分析了间隙比对绕流阻力和绕流升力的影响,为进一步研究海底悬跨管道的受力和变形提供载荷边界数据。     

聚合物产出液在抽油泵的缝隙中流动

室内聚合物溶液流变性测试表明,大庆油田应用的聚合物溶液的流变性符合幂律模式。运用非牛顿流体力学理论和数理方法,结合抽油泵柱塞运动特点,假设液体为不可压缩的,液体在缝隙中流动的水力半径很小,呈层流流动,柱塞在每一位置的瞬间,流动做定常流处理,建立了泵筒与柱塞同心和偏心两种情况下运动方程和边界条件,引入无量纲坐标、无量纲速度和柱塞与泵筒偏心配合时的缝隙高度,并给出缝隙流流速、流量的解析解。讨论了流性指数n=1时的特殊情况,所得的流速、流量方程与目前国内外应用的缝隙流公式完全相同。此外,还作出牛顿流体和非牛顿流体在柱塞与泵筒同心和完全偏心的情况下,漏失量与压差关系图,在其他条件相同情况下偏心时漏失量大于同心时漏失量。为聚合物驱抽油机井排量系数的正确计算提供了理论依据。     

螺旋折流板换热器管束及管板的结构设计

文中介绍了螺旋折流板的几何形状及螺旋折流板换热器管束的结构型式,并据此说明了螺旋折流板换热器管束的设计方法.通过图示证明螺旋折流板的曲线边是一条椭圆曲线,给出螺旋折流板几何尺寸的计算方法.     

环空幂律液体旋流研究与应用

在油气井固井注水泥顶替技术中，多用一维轴向流顶替方式进行顶替。该顶替方式理论与实践证明不能有效替净环空被顶替液。轴向流顶替存在的最主要的缺点是顶替液对近井壁区的驱动能力弱，对边壁的高粘附钻井液及虚滤饼清除效果差，造成二界面附近难以被替净；对于变径、不规则环空流道，由于存在涡流而滞留的钻井液，轴向流顶替效果更差。而通过使用旋流扶正器不但可以提高套管居中度，而且可以改变液体流速剖面，产生螺旋流，从而增加周向剪切驱动力，这有利于将环空窄间隙钻井液和井壁附着虚滤饼驱替干净，从而提高水泥与地层的胶结质量，提高固井质量。为此，研究了旋流扶正器作用下形成的环空幂律液体螺旋流边壁剪切应力，提出了旋流扶正器安放间距设计的新理念，即根据旋流周向剪切驱动力与近壁滞留钻井液粘滞阻力相平衡的原则确定旋流扶正器安装位置。推导出了旋流扶正器安放间距设计理论公式，该公式简单，利于现场施工应用。     

水平井幂律递减规律预测方法

通过对大港油田中高渗油藏174口水平井生产递减规律分析,水平井的生产曲线表现出典型的"L"形曲线特征,即产量在投产早期下降十分迅速,而中后期递减趋缓,采用常规的Arps产量递减模型预测准确度低,水平井递减更符合幂律递减规律。同时在研究过程中发现幂律指数N与原油粘度μo之间存在极为密切的反相关关系,因此采用SPSS软件建立了幂律指数回归公式,结合幂律递减与幂律指数回归两个公式即建立成完整的幂律递减模型。新建立的幂律递减模型可有效拟合水平井单井的生产历史,同时也为预测新井的产量变化提供了依据,与常规的Arps递减模型相比,幂律递减模型对水平井产量曲线拟合精度提高了15%。     

水合物颗粒螺旋输送数值模拟研究

为了更好地了解天然气水合物颗粒在两相螺旋管流中的流动特性和传热规律,采用DPM模型和RSM模型对以扭带起旋的水合物颗粒螺旋输送进行数值模拟。主要研究了不同扭率和流速下的温度场、速度场、湍流强度和水合物颗粒的沉积规律。研究结果表明螺旋流能加强壁面传热效率,且扭率越小雷诺数Re越大时管道壁面的传热效率越高;流体在扭带作用下速度开始呈双峰形式运动,最后峰值在管道中心处合并;螺旋流能有效提高水合物颗粒的运动距离,在螺旋流较强段水合物颗粒沉积明显较少;在扭带段湍流强度分布曲线呈"W"型中心刚性涡处湍流强度较小,在后管两个对称涡合并过程中加大了中心涡处的脉动速度,湍流强度分布曲线呈"U"型。     

扩张流道内修正上随体Maxwe Ⅱ粘弹性流体的流动

提出了描述粘弹性流体流变特性的修正上随体Maxwe Ⅱ本构方程，利用数值计算方法模拟了该流体在扩张流道中的流动特征，给出了流场图和速度场图，并分析了修正上随体MaxweⅡ流体的非牛顿幂律特性及粘弹性对流场的影响。研究表明，在扩张流道中，随着幂律指数的逐渐增大，速度等值线逐渐向凹角内伸展，流动区域增大；随着粘弹性的增强，流体的波及体积增加，波及效率增大。