环空后台阶管道内气固两相流动的数值模拟研究

环空管道后台阶突扩流动是空气正循环钻井过程中十分重要的关键部分,直接决定了钻探岩屑是否能够顺利上返地面.本文采用Euler-Lagrange两相流研究方法,气相湍流采用Realizable k-ε模型,固相采用离散相模型(DPM),固相的湍流耗散采用随机轨道模型,对环空后台阶突扩管道内气固两相流动进行了数值模拟研究.得出了气相场大涡演变规律,在此基础上研究了不同粒径时颗粒在流道中的浓度分布规律、运动轨迹,以及速度场分布规律.这为细观框架下研究气固两相相互作用规律提供了依据.     

气体钻水平井井径扩大环空流动特征的数值模拟

由于气体钻水平井中岩屑受力状态与直井有很大不同,特另0是遇到井径扩大,更是携岩的关键点。因此,在分析了气体钻水平并岩屑运移特点以及建立环空连续性方程和动能方程的基础上,以实际并为例考虑了不同井径扩大率,数值模拟了其扩径段气固两相的流动状态,包括气固速度、岩屑浓度、压力分布等。研究结果表明：气体在经历扩径段时环空压力有个降落又回升的过程,随着井眼扩径系数的增大,压力下降又回升,所经历的长度会逐渐增长;扩径系数大于一定值时,扩径变径处存在一定区域的零流动区;扩径系数越大,低速区和回流区就越大越长,扩径下部区域越容易堆积岩屑,填充井眼。     

碳化钨颗粒增强钢基复合材料的冲蚀磨损性能研究

以直径为188～250 μm的石英砂为磨料,在自制颗粒冲蚀磨损试验机上对WC颗粒增强ZG45钢基表层复合材料的气-固两相冲蚀磨损性能进行研究,采用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌.结果表明,在相同冲蚀角条件下,增强相WC颗粒的直径越大,复合材料的耐磨性越差,复合材料在冲蚀角为45°时的冲蚀磨损率最大;而ZG45钢在冲蚀角为15°～30°范围内的冲蚀磨损率达到最大值,此后随着冲蚀角增加而减小;复合材料抗冲蚀磨损性能在较小冲蚀角(15°左右)下优于ZG45钢,在较大冲蚀角(≥30°)时劣于ZG45钢.     

耐磨环氧胶粘涂层冲蚀磨损特性的研究

本文对气固冲蚀和浆体冲蚀条件下耐磨环氧胶粘涂层的磨损特性进行了研究。结果表明,这种涂层的冲蚀磨损是由粘结剂的磨损和抗磨填料的磨损所组成;填料粒度和磨料粒度都对涂层的气固冲蚀磨损有影响,但在给定的试验条件下,填料粒度对涂层的浆体冲蚀磨损影响甚微。文章指出,耐磨环氧胶粘涂层在气固冲蚀和浆体冲蚀下的磨损机理相似,但磨损规律却有所不同;耐磨环氧胶粘涂层尤其适用于浆体冲蚀的场合,可以明显地提高机械过流部件的使用寿命。     

气固两相流场的湍流颗粒浓度理论模型

本文进行了气固两相流动颗粒湍流扩散现象的理论分析，提出了颗粒湍流扩散系数和气流弥散效应二个颗粒湍流模化新概念，在此基础上建立了气固两相流场湍流颗粒浓度模型。理论模型包括离心力和其它外加力场作用下颗粒运动和浓度分布的计算方法。运用湍流颗粒浓度模型，对直管气固两相流动、受限射流气固两相流动和９０°弯管气固两相流动等三种流动做了数值模拟，计算获得颗粒速度、颗粒浓度等主要流动参数。讨论了湍流颗粒浓度模型的适用性。     

页岩气致密储层渗流模型及压裂直井产能分析

页岩气储层中存在大量的纳微米孔隙,其中气体的流动规律不同于常规气藏. 文章考虑克努森扩散及解吸作用的影响,建立页岩气稳态条件下产能公式,利用渗流阻力法得到了页岩气储层压裂直井产能方程.结合生产实例,进行了数值模拟计算. 结果表明：当裂缝导流能力达到0.12μm²·cm 后,产气量增幅减小,由此对裂缝导流能力进行优化. 游离气产量占总产气量的85%～90%,游离气对总产气量贡献较大. 该模型为页岩气产能预测及开发指标优化提供了理论依据.     

圆环管煤粉浓淡分离器内气固二相流动的数值计算

本文用数值模拟的方法模拟分离器内两相流流场，能成功地确定挡环角度的最佳值和分离环位置的最佳值，对工程应用有一定的意义．给出了气固两相模拟的结果，并与实验结果作了比较，其分布趋势是一致的．     

欠平衡钻气井零液流气提模拟实验及压降规律

建立总高18m、外管内径90mm、内管外径50mm的环空可视化实验装置,进行不同注气量、不同持液率条件下的井筒气提零液流可视化实验;在小气量条件下得到了泡流流型,在高气量条件下得到了搅动流流型。研究结果表明:由于中心管柱的偏心,在流型流态上泡流迅速向搅动流转变;以实验数据为基础,建立该特殊工况下的流型划分标准、压降和持液率数学模型,其结果与实验吻合较好。     

液固两相流冲洗油管道的冲蚀磨损特性数值模拟及分析

以液固两相流冲洗油管道为研究对象,采用Realizableκ-ε湍流模型、随机轨道模型,结合液固两相流冲蚀磨损试验,建立修正的冲蚀磨损数理模型,数值预测典型工况下冲洗油管道内速度、压力、冲蚀磨损率等流动参数分布情况,分析了冲蚀磨损的形成机制.研究结果表明:受曲率半径影响,冲洗油管道冲蚀磨损速率随曲率半径的增加而减小;由于颗粒惯性及管内二次流影响,弯头中间区域外侧壁面和出口直管段内侧面磨损较为严重,三通管件的最大冲蚀磨损率位于孔口处,数值预测结果与失效解剖案例吻合.本文建立的冲蚀磨损定量预测方法,适用于压力管道的风险评定及寿命预测.     

飞机环控系统气固两相流动力特性研究

飞机环控系统目前面临的主要问题之一是大气中颗粒物的危害,一方面影响环控系统的供气品质;另一方面会堵塞、磨损环控系统中的元器件。本文基于气固两相流动数值模拟方法,对飞机环控系统中颗粒物的动力特性进行了研究。通过与飞机环控系统中几条主管路颗粒沉降率的已有实测数据进行对比,验证了离散相模型对颗粒沉降模拟的有效性。在此基础上,对颗粒沉降特性影响因素进行了研究,发现:不同粒径的颗粒物沿管高度方向的速度分布基本一致,但浓度分布却差异显著;颗粒浓度对沉降率基本无影响;不同气流速度下,所获得的固相速度分布型式基本一致,属于极值分布的类型;管长影响出口颗粒浓度分布,管道越长,出口截面上颗粒分布越集中于管底;方管与圆管相比,管线上沉降了更多的颗粒。     

填充床中气体渗流与化学波耦合问题的研究

研究等温和显著气固反应条件下填充床内反应气体浓度(物质)波推进与混合气体渗流的相互作用,指出化学反应对流动的影响包括两个方面,反应过程中混合气体质量的变化和密度的变化。混合气体流动将反过来影响反应进程。分析表明,按耦合模型和非耦合模型得到的速度场完全不同;按耦合模型,反应气体的浓度(物质)波阵面的推进对混合气体的流场有显著影响,因此按耦合模型计算的混合气体流场强烈地依赖于时间;忽略化学反应引起的混合气体密度变化的耦合模型,将导致一个质量消失的汇(或质量生成的源),因此将引起混合气体渗流速度的明显变化,并可能导致物理上不合理的结果;按耦合模型和非耦合模型计算的浓度场也有很大差别;当反应气体与惰性气体摩尔质量相差较大时,不能忽略反应过程中混合气体密度的变化;研究表明对于显著气固反应不能忽略化学反应与气体渗流的相互作用。     

井筒气液两相流对致密气压裂水平井试井的影响

多段压裂水平井技术是目前开采致密气最常用的方法之一,在致密气压裂水平井试井测试中常常伴随着一定的产水量,井筒气液两相流会增加井筒流体的流动阻力,加大井筒流体流动对试井解释的影响.为了明确井筒气液两相流对致密气藏压裂水平井试井的影响,提高产水致密气压裂水平井的试井解释精度,建立了一种井筒气液两相流与地层渗流耦合的试井模型,采用数值方法对模型进行求解,获得了考虑井筒气液两相流的压裂水平井试井理论曲线、压力场分布及裂缝产量分布.研究结果表明:井筒气液两相流会增加试井理论曲线中压力和压力导数值,造成靠近入窗点的压力扩散要快于远离入窗点的压力扩散,引起靠近入窗点的裂缝产量要高于远离入窗点的裂缝产量.现场实例分析进一步说明,不考虑井筒两相流可能会对产水压裂水平井的试井解释结果产生很大误差,主要表现为水平井筒假设为无限大导流能力会使得拟合得到的表皮系数偏大,将测试点视为入窗点会使得拟合得到的原始地层压力偏小.所建立的考虑井筒两相流的压裂水平井试井模型为产水致密气井试井资料的正确解释提供了重要技术保障.      

油气井密封结构的变形与失效行为研究进展

在今后相当长一个时期,石油和天然气依然是人类的主要能源.油气井密封是油气开采中最重要的作业之一,在水平钻井、水力压裂等最新的油气开采技术中发挥着重要的作用,促进了页岩气等非常规油气开采的发展.密封质量会直接影响油气井的安全和生产效率,密封元件的失效可造成严重的环境污染和生命财产损失.因此,深入理解密封元件的失效行为,对于油气井安全评估具有重要意义.水泥和可溶胀高弹体密封是两种最主要的密封方式.水泥密封已有百余年历史,溶胀式高弹体密封则是一种相对较新的密封技术.本文介绍这两种油气井密封结构变形与失效行为的国内外最新研究进展.首先,介绍固井水泥环固化过程中的应力演化、生产作业导致的应力、水泥环的失效模式和失效判据方面的研究进展;然后,介绍溶胀式高弹体封隔器的基本原理、力学理论、测试方法、失效模式及失稳等方面的研究进展.      

Landfill Gas Flow: Collection by Horizontal Wells

Transport in Porous Media - Collection of landfill gas by horizontal perforated wells is studied. The problem combines flow through porous media in the landfill and unobstructed pipe flow in the...     

Numerical simulation of gas-solid flow with two fluid model in a spouted-fluid bed

The flow characteristics in a spouted-fluid bed differ from those in spouted or fluidized beds because of the injection of the spouting gas and the introduction of a fluidizing gas. The flow behavior of gas-solid phases was predicted using the Eulerian-Eulerian two-fluid model （TFM） approach with kinetic theory for granular flow to obtain the flow patterns in spouted-fluid beds. The gas flux and gas incident angle have a significant influence on the porosity and particle concentration in gas-solid spouted-fluid beds. The fluidizing gas flux affects the flow behavior of particles in the fountain. In the spouted-fluid bed, the solids volume fraction is low in the spout and high in the annulus. However, the solids volume fraction is reduced near the wall.     

90°弯管内气固两相湍流流动的数值研究

利用两相湍流KET模型对90°弯管内气固两相湍流流动进行了数值模拟,得到了弯管内两相流动的一些规律,并提出用颗粒动理学压力来定性表征弯管内磨损严重部位,为管道抗磨损设计提供了一定的理论依据。     

基于离散裂缝的多段压裂水平井数值试井模型及应用

水平井压裂技术已经成为开发低渗透油气藏、页岩气藏和致密气场等非常规油气藏的关键技术。基于离散裂缝模型,对裂缝进行简化,建立了二维多段压裂水平井有限导流数值试井模型,利用有限元方法求解模型,获得多段压裂水平井试井理论曲线和压力场特征。分析表明:多段压裂水平井的试井理论曲线一共分为七个阶段:井筒储存段、裂缝线性流段、裂缝-地层双线性流段、裂缝干扰段、地层线性流段、系统径向流段和边界作用段,其中裂缝-地层双线性流段和裂缝干扰是其典型特征。分析了裂缝数量、裂缝间距、裂缝不对称、裂缝不等长和裂缝部分缺失等因素对试井理论曲线的影响,结果表明:裂缝数量和裂缝间距对试井理论曲线的影响最大。较多的裂缝、较大裂缝间距、对称的裂缝和等长的裂缝有利于降低压裂水平井井底的流动阻力,提高产能。将建立的数值试井模型应用于四川盆地一口多段压裂水平井的压力恢复测试的数值试井解释,结果表明:本文建立的模型可以较好的拟合压力恢复测试数据,可以获得裂缝的导流能力和裂缝长度,为压裂效果评价和压裂设计提供指导。