本文關(guān)鍵詞：非牛頓流體固液兩相旋流分離機(jī)理研究

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【摘要】：鉆井液固相控制是鉆井工程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),旋流分離是鉆井固控系統(tǒng)的重要方法之一,其工作原理是在離心力的作用下根據(jù)兩相之間的密度差來實(shí)現(xiàn)分離,具有結(jié)構(gòu)簡單,操作方便等優(yōu)點(diǎn)。但是,目前對于水力旋流器內(nèi)鉆井液流場的研究大都是以牛頓流體或冪律流體為液相介質(zhì)來進(jìn)行,而在實(shí)際工況中,鉆井液表現(xiàn)為非牛頓流變模式,且冪律流體并不能準(zhǔn)確描述鉆井液的非牛頓流變特性,有研究表明四參數(shù)流變模式更符合多數(shù)鉆井液的實(shí)際情況,所以為了更準(zhǔn)確的了解鉆井液旋流器內(nèi)流場分布和分離性能,本文采用四參數(shù)流體描述非牛頓流體鉆井液的流變特性,為深化認(rèn)識旋流器分離機(jī)理和對旋流器進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)提供參考依據(jù)。本文首先以四參數(shù)流變模式非牛頓流體鉆井液為研究對象,利用計(jì)算流體動力學(xué)軟件FLUENT對四參數(shù)流體在水力旋流器內(nèi)的流動進(jìn)行數(shù)值模擬,得到其速度場和壓力場分布,并與冪律流體和水在同等條件下的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析,模擬結(jié)果與前人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果定性一致。結(jié)果表明：四參數(shù)流體在外旋流區(qū)域的靜壓分布大于水,小于冪律流體,切向速度小于水而大于冪律流體,軸向速度差別不大；四參數(shù)流體邊界層區(qū)域表觀粘度變化較大,且與剪切速率變化成反比例對應(yīng)。其次,分析流變參數(shù)變化對四參數(shù)流體流動特性的影響,結(jié)果表明：靜壓值隨著b值的增大和n值的減小而增大；切向速度隨著b的增大而減小,隨著n值的減小而增大；而軸向速度變化不大,且n值變化對流場分布的影響比b顯著。再次,基于四參數(shù)流體單相流場模擬結(jié)果,利用混合多相流模型,對旋流器內(nèi)固液兩相流場進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了內(nèi)部流場的分布規(guī)律和分離特性,并比較三種介質(zhì)的分離性能發(fā)現(xiàn)：四參數(shù)流體的分離效率最低,且分離效率變化緩慢,模擬結(jié)果表明對鉆井液固液分離的研究要充分考慮鉆井液非牛頓流變性對分離性能的影響。最后,分析不同操作參數(shù)和物性參數(shù)對旋流器分離性能的影響發(fā)現(xiàn)：隨著入口速度的增大、固相含量的減小和顆粒粒徑的增大,分離效率增大；隨著入口速度的增大、固相含量的增加、顆粒粒徑的減小,底流和溢流壓力降均增大；隨著n值的增大分離效率和壓力降均減小,隨著b值的增大分離效率略有減小,但變化不大,而底流口和溢流口壓力降先增大后減小。表明在實(shí)際工況中,需要確定適合的工況和操作參數(shù)。本文研究為進(jìn)一步研究鉆井液非牛頓流變性對旋流器內(nèi)流場分布和分離性能的影響提供參考,為固控系統(tǒng)中旋流器參數(shù)優(yōu)化提供參考依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TE21

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本文編號：1195315