考虑完井液存在的气井环空带压计算模型研究

准确预测套管内环空压力上升规律有助于指导现场在压力值达到破坏井筒完整性前采取措施,可有效降低环空带压对注采井安全生产带来的威胁.本文考虑气体在完井液中体积变化及运移规律,建立了完井液存在条件下环空压力计算模型,通过对比实例带压井的环控压力计算值与实际值,验证了模型的准确性.同时,计算分析了完井液液柱高度、完井液压缩系数及水泥环渗透率对最大环空压力值与其变化规律的影响,计算结果表明:较大的水泥环渗透率和较小的完井液压缩系数将会增大环空压力的上升速度,而完井液液柱高度不但对环控压力上升速度产生影响,较小的液柱高度还将导致最大环空压力增加.因此,增加完井液压缩性能、适当降低完井液柱高度、提高固井质量以降低气体在水泥环中的窜流是延缓环空带压的有效措施.     

川渝裂缝性地层自动压井环空多相压力波速特性研究北大核心CSCD

考虑虚拟质量力、环空沿程压力、气液相间阻力、气体滑脱、环空空隙率等因素,基于小扰动理论,提出了裂缝性地层自动压井环空多相压力波速数学模型,结合半显式差分方法,以彭州PZ-5-3D井(垂深5827 m)为实例,对模型编程求解.结果表明:裂缝性地层出气具有段塞流特点,随空隙率增大,压力波速呈现先减小后增大趋势;空隙率在0%至16%区间,压力波速以液弹为主,压力波速呈急剧下降趋势;空隙率在16%至40%区间,压力波速趋于平缓恒定值;空隙率在42%至100%区间,压力波速呈现增大趋势,压力波速以气弹为主;随环空井深减小,环空空隙率减小,压力波速整体呈现减小趋势;随压井循环排气井口回压增大,压力波速整体呈现增大趋势;环空空隙率在0%至13%区间内,气体滑脱速度对压力波速影响不大;环空空隙率在13%至85%区间内,随气体滑脱速度增大,压力波速呈现减小趋势;节流阀调阀时间间隔与井底压力响应时间具有跟随性,随井底压力响应时间增大,调阀时间间隔增大.     

带激波的一维非定常两相流动的数值模拟

本文将处理带激波的单相气体非定常流动问题的两种高分辨数值方法(随机取样法和二阶GRP有限差分法)推广应用于气固悬浮体(亦称含灰气体)两相情况,计算了含灰气体激波管中两相激波特性、波后流场结构及气固两相流动参数随时间的变化.数值结果表明:这两种方法均能给出带有尖锐间断阵面的两相激波松弛结构.二阶GRP方法在计算精度和机时耗用等方面优于随机取样法.     

水平环空井筒内流体携砂影响因素研究

基于流体动力学和液固两相流流动理论,建立了砂粒在环空液体中运移的流动模型.在忽略固相颗粒在液相中微观运动状况的基础上,通过数值模拟的方法,研究岩屑在不同流动参数下的运移规律,揭示砂粒在流体流动中的运动规律.研究结果表明,流体粘度和入口流量两个参数对固液两相流动中岩屑的运移影响较大.入口流量和流体粘度增加,流体对岩屑的携带作用增强,且携带的颗粒直径也变大.     

Robertson-Stiff流体在偏心环空中的流动

石油钻井和完井过程中,经常出现泥浆、水泥浆和完井液在偏心环空中的流动。Robertson-Stif流体在描述这些流体的流变性时有很高的精度。文中根据Robertson-Stif流体的流变方程和偏心环空环隙间距的几何关系,利用相似原理,求解了该流体在偏心环形空间中作层流轴向流动时适于工程应用的二元速度分布,以及平均流速、流量和压降的表达式。研究表明:液体在偏心环形空间流动时与在同心环空中流动的最大差异,在于流经偏心环空不同间隙处流速的较大差异。文中还把Robertson-Stif流体的计算结果与采用宾汉模式和幂律模式的计算结果进行了对比。     

微下拉法YAG晶体生长数值模拟

对微下拉法生长YAG晶体进行包括感应加热在内的全局数值模拟,其耦合了感应加热、气体与熔体对流以及固液气三相的热输运,熔体对流同时考虑浮力与表面张力作用.为统一使用有限体积法离散控制方程,采用复函数法求解电磁场,与流函数法对比验证程序正确性.分析整个生长炉内的温度和流场(包括气体和熔体)分布,并针对固液交界面区域温度梯度较小的情况,改进后热器材料,为微下拉法晶体生长炉结构设计提供参考.     

稀相气固悬浮体越过沿平面匀速运动激波后的流动结构*

本文给出气固悬浮体中激波感生边界层的渐近数值分析,其中计及了作用于固体粒子的Saf-fman升力.研究结果表明粒子横越边界层的迁移导致了粒子轨道的交叉,因此对目前通用的含灰气体模型应做相应的修正.本文利用匹配渐近展开方法得到了匀速运动激波后方的两相侧壁边界层方程,详细描述了在Lagrange坐标下计算颗粒相流动参数的方法,并给出了粒子浓度很低情况下的数值结果.     

控压钻井井底气侵停止与否实时判别方法研究

实时判别井底气侵停止与否是控压钻井井控方法的关键,直接关系到基于立压控制法循环排气或常规关井等后续作业的选取.综合考虑气体运移膨胀和气体溶解的因素,指出出入口流量一致并不等同于井底气侵停止,两者存在时间先后关系.基于快速施加井口回压控制方法,建立了控压钻井井筒与地层耦合的多相变质量流动模型,采用有限差分法迭代求解,模型计算值与实验测量值吻合较好.模拟结果表明,出口流量有无明显拐点是区分出入口流量一致和井底气侵停止时间先后的标志.一旦井底气侵停止,立管压力的二阶导数会迅速降至0点附近且趋于稳定.根据上述参数变化特征,提出了基于出入口流量和立管压力实时监测的井底气侵停止与否实时判别方法.该研究对于完善控压钻井井控理论具有重要的指导意义.     

新型降压槽结构设计及流动特性分析

针对三元复合驱分注过程中低视粘度损失和高压降不能同时实现的问题,设计出了一种新型降压槽,运用CFD软件对其环空流道的流动特性进行数值模拟,研究了新型降压槽内的压力、速度、湍动能、视粘度和应变率分布情况.同时将其与环形降压槽进行对比,结果表明,相同长度的降压槽,新型降压槽的压差更大,视粘度损失更小.     

非牛顿流体偏心环空螺旋流的解析解

石油和化工中许多问题需要求解非牛顿流体偏心环空螺旋流。本文全面地研究了幂律流体和宾汉流体在偏心环空中层流螺旋流的流动规律与流动状态的判别。在理论上,根据流体力学原理,运用数学方法,在作者同心环空螺旋流的理论基础上,通过对偏心环空螺旋流流场的无限细分法,给出了该流场的视粘度分布、速度分布、流量和压降方程,进而建立了判别流态的稳定性参数。