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。     

气体钻水平井环空冲蚀能量分析

在建立水平井流动方程的基础上,通过气固两相流动基本数学模型的求解数值模拟不同工况条件下的气固混合物冲蚀能量,得出了冲蚀能量的变化规律。算例数值模拟显示:环空速度剖面主要由注气量大小决定,机械钻速的影响不大;相同注气量条件下,机械钻速降低与井下岩屑浓度等比例下降;注气量的增加能提高井眼净化程度,但不如降低机械钻速效果明显;环空总冲蚀能中气体冲蚀能量占绝对主要地位,岩屑冲蚀能量只占极小部分,在相同注气量条件下总冲蚀能量基本相同;岩屑冲蚀能量主要取决于机械钻速,机械钻速越大井底产生岩屑越多冲蚀能力越强,相同机械钻速条件下,较大注气量能提供较大岩屑运移速度,提高了岩屑冲蚀能量。     

套管阀关阀井下压力动态演变规律的研究

套管阀是实现全过程欠平衡钻井最为简捷、安全的技术之一，但其面临很难预测和控制关阀后井下动态压力的问题，因此常常在关阀后阀下压力急剧上升，导致无法正常开阀。造成这一客观事实的主要原因是单向封闭管流的特殊多相流动的特征参数预测模型与求解方法的不完善。因此，本文在分析套管阀使用流程的基础上，根据不同的地层介质建立了井下气液两相流动数学模型并采用数值方法得出了规律性的认识。通过数值模拟发现：孔隙性地层在较大的初始欠压值条件下，井下与地层压力平衡时间较短，套管阀下气柱压力更大；而对于裂缝性地层，因不断有钻井液向地层漏失，其地层压力平衡时间较孔隙性地层也更长。针对不同地层在条件，在使用套管阀时需严格控制起下钻作业时间（即井底压力与地层压力的平衡时间），以免由于阀下压力过大造成钻后无法正常打开套管阀。本文研究对于指导套管阀施工作业以及完善全过程欠平衡钻井流动理论均具有积极的意义。     

一维气液两相漂移模型的AUSMV算法研究

将AUSMV(advection upstream splitting method V)格式从计算气体动力学问题扩展至一维等温瞬态气液两相管流.阐述了采用AUSMV格式构建气液两相漂移模型数值通量的方法及边界单元的处理方法.采用Runge Kutta方法与经典的保单调MUSCL(monotone upstream centred schemes for conservation laws)方法结合Van Leer限制器,构建具有二阶时间和空间精度的数值计算方法.计算经典Zuber-Findlay激波管问题和复杂漂移关系变质量流动问题并与可靠的参考结果进行了对比.分析表明:AUSMV格式应用于气液两相流动漂移模型时计算效率高、精度高、耗散效应和色散效应小,低流速条件下能够精确地描述间断.     

高气液比垂直管流连续携液实验

在可视化管流实验架上, 采用压缩空气和雾化液体作为实验介质, 模拟连续携液过程并测试 实验参数; 采用高速摄像仪捕捉到气流中液滴实际形状------椭球体. 实验发现: 圆球体模型、 椭球体模型计算结果与实验值分别偏差10{\%}, 58.3{\%}. 分析椭球体受力状态并结合实验数据导出了新的椭球体数学模型, 按照新模型计算的结 果与7口产水气井生产情况一致.     

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。