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(lái)實(shí)現(xiàn)分離,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便等優(yōu)點(diǎn)。但是,目前對(duì)于水力旋流器內(nèi)鉆井液流場(chǎng)的研究大都是以牛頓流體或冪律流體為液相介質(zhì)來(lái)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(chǎng)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(shí)旋流器分離機(jī)理和對(duì)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(duì)象,利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件FLUENT對(duì)四參數(shù)流體在水力旋流器內(nèi)的流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬,得到其速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)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(duì)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(duì)應(yīng)。其次,分析流變參數(shù)變化對(duì)四參數(shù)流體流動(dòng)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(duì)流場(chǎng)分布的影響比b顯著。再次,基于四參數(shù)流體單相流場(chǎng)模擬結(jié)果,利用混合多相流模型,對(duì)旋流器內(nèi)固液兩相流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了內(nèi)部流場(chǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)旋流器內(nèi)流場(chǎng)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE21

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本文編號(hào)：1195315