【摘要】：偏心環(huán)空流動現象普遍存在于石油工業(yè)的鉆井和采油工程中。對于鉆井工程來說,偏心環(huán)空流動的速度分布、壓降分布規(guī)律將直接關系到鉆進速度、井眼質量和鉆井成本,是鉆井工藝技術研究的重要目標。本文建立了偏心環(huán)空流動的物理模型和數值模型,采用標準k-?湍流模型和壁面函數法對不同網格密度的環(huán)空流動進行了數值計算,分析了網格密度對參量分布規(guī)律的相關性并優(yōu)選了網格密度。數值模擬結果與前人PIV流動實驗數據吻合良好,驗證了本文的數值模擬方法。在此基礎上,通過瞬態(tài)流動模擬分析了瞬時開泵流場速度與壓降隨時間的變化規(guī)律;通過穩(wěn)態(tài)流動研究,得到了偏心度、初始速度及流變參數對流場速度分布、不均勻度及壓降的影響規(guī)律;通過突擴偏心環(huán)空流動模擬,分析了突擴流場速度與壓降的分布規(guī)律及不同因素對突擴流場漩渦強度的影響規(guī)律。采用雙因素對比分析法,得出了轉速與偏心度、初始速度和流變參數對流場的偏移角度、最大速度及流場不均勻度的交互影響規(guī)律。分析了不同流變參數下轉速對偏心環(huán)空螺旋流場壓降的影響規(guī)律,得出了流性指數、動切力、稠度系數和初始速度對臨界轉速的影響規(guī)律。將數據結果進行了多元非線性回歸,得到壓降梯度的擬合公式。編制了“環(huán)空流動模擬計算分析軟件”并獲得了相應的計算機軟件著作登記證書,軟件界面友好,功能全面,計算結果與前人實驗數據吻合良好,能夠滿足實際工程需要。
[Abstract]:Eccentric annular flow exists in drilling and oil recovery projects in petroleum industry. For drilling engineering, the velocity distribution and pressure drop distribution of eccentric annulus flow will be directly related to drilling speed, borehole quality and drilling cost, which is an important goal of drilling technology research. In this paper, the physical and numerical models of eccentric annular flow are established, using the standard k-? The turbulent model and the wall function method are used to numerically calculate the annular flow with different grid densities. The correlation between the grid density and the parameter distribution is analyzed and the grid density is selected. The numerical simulation results are in good agreement with the previous PIV flow experimental data, which verifies the numerical simulation method in this paper. On this basis, the variation of flow field velocity and pressure drop with time are analyzed by transient flow simulation, and the distribution of eccentricity, initial velocity and flow velocity of rheological parameters are obtained through steady flow research. The distribution law of velocity and pressure drop of sudden expansion flow field and the influence of different factors on swirl intensity of sudden expansion flow field are analyzed through the simulation of sudden expansion eccentric annulus flow. By means of two-factor comparative analysis, the law of interaction between rotation speed and eccentricity, initial velocity and rheological parameters, flow field deviation angle, maximum velocity and flow field unevenness is obtained. The influence of rotational speed on the pressure drop of helical flow field in eccentric annulus is analyzed under different rheological parameters. The influence of flow index, dynamic shear force, consistency coefficient and initial velocity on critical speed is obtained. The fitting formula of pressure drop gradient is obtained by multivariate nonlinear regression. The software for simulation calculation and analysis of annular flow is compiled and the corresponding registration certificate of computer software is obtained. The software has friendly interface, comprehensive function and good agreement with previous experimental data, which can meet the needs of practical engineering.
【學位授予單位】：中國石油大學(華東)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE24

【參考文獻】

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本文編號：2123317