【摘要】：由于連續(xù)油管直徑小以及滾筒上螺旋段的存在,相比普通油管連續(xù)油管的摩擦壓耗較大。現(xiàn)場(chǎng)施工多關(guān)注連續(xù)油管的井下工況,而對(duì)地面螺旋管內(nèi)的工況研究較少,通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)目前對(duì)螺旋段流動(dòng)特性的研究較少且不夠精細(xì)。目前,連續(xù)油管螺旋段中流體摩擦阻力預(yù)測(cè)還是工程學(xué)上的挑戰(zhàn)之一,本文基于理論和實(shí)驗(yàn)對(duì)連續(xù)油管螺旋段的流動(dòng)進(jìn)行深入分析與研究,著重揭示冪律流體在連續(xù)油管螺旋段中的流動(dòng)特性,從而為現(xiàn)場(chǎng)選擇配套設(shè)備和確定施工參數(shù)提供理論基礎(chǔ)。根據(jù)流體力學(xué)基本原理,以連續(xù)性方程和納維-斯托克斯方程為控制方程,應(yīng)用邊界層理論和數(shù)量級(jí)分析法,解決了連續(xù)油管冪律流體的層流流動(dòng)問(wèn)題。在理論分析和數(shù)值解的基礎(chǔ)上,以Dean數(shù)和曲率為自變量,充分考慮流性指數(shù)、曲率以及管路的幾何尺寸作用下所產(chǎn)生離心力對(duì)摩阻系數(shù)的影響,得到了層流摩擦系數(shù)公式。邊界層的近似分析方法也適用于連續(xù)油管中冪律流體湍流的分析。首先,要對(duì)連續(xù)油管的流動(dòng)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,將橫截面劃分為無(wú)粘核心區(qū)和粘性薄邊界層。然后,通過(guò)數(shù)量級(jí)簡(jiǎn)化核心區(qū)和邊界層的流動(dòng)方程。將簡(jiǎn)化的邊界層動(dòng)量方程對(duì)邊界層厚度積分,得到動(dòng)量積分方程。在假定邊界層流速分布的適當(dāng)形式后,將動(dòng)量積分方程轉(zhuǎn)化為常微分方程組,求得速度場(chǎng)的數(shù)值解。與螺旋管冪律層流的情況類(lèi)似,建立了湍流條件下考慮離心力對(duì)摩阻系數(shù)影響的湍流摩擦系數(shù)公式。新的摩擦系數(shù)公式與HUBS數(shù)據(jù)有很好的一致性。本文公式與MashelkarDevarajan公式、Ito公式以及HUBS數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果發(fā)現(xiàn)本文公式的計(jì)算精度比MashelkarDevarajan公式更高,本文公式的計(jì)算結(jié)果與Ito公式計(jì)算結(jié)果和HUBS數(shù)據(jù)非常接近。實(shí)驗(yàn)研究包括一系列不同的管徑、長(zhǎng)度和曲率的螺旋管,不同濃度的冪律流體(黃原膠、聚丙烯酰胺,瓜爾膠,羧甲基纖維素和羥丙基瓜爾膠)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),連續(xù)油管曲率增加對(duì)摩擦壓力影響顯著。連續(xù)油管和直管之間摩擦系數(shù)的最大差值可以高達(dá)200%,連續(xù)油管和直管之間摩擦系數(shù)的差異主要受油管直徑的大小、冪律流體濃度和廣義雷諾數(shù)的影響。對(duì)于牛頓流體(水),連續(xù)油管和直管之間的摩擦系數(shù)的差別不像冪律流體那樣顯著,摩擦系數(shù)的差異為30%。摩擦壓力的數(shù)據(jù)分析表明,連續(xù)油管中冪律流體的減阻效應(yīng)比直管的要低,而且隨著曲率比的增大,連續(xù)油管中冪律流體的減阻效應(yīng)也降低。曲率比對(duì)連續(xù)油管摩擦系數(shù)有顯著影響,隨著曲率比的增大連續(xù)油管的摩擦系數(shù)增大。同時(shí)曲率比的影響大小也取決于流體濃度。最后根據(jù)測(cè)得的摩擦系數(shù)數(shù)據(jù),與本文公式計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比,在很寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)該公式預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本相符,大多數(shù)的誤差在10%以?xún)?nèi),證明本文公式的計(jì)算結(jié)果具有較高的可靠性。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TE931.2
【圖文】：

油管最重要的特點(diǎn)是整個(gè)連續(xù)油管管柱連續(xù)且無(wú)接頭連接。逡逑為了使連續(xù)油管下入井筒或從中起出，需要相應(yīng)的連續(xù)油管裝置。逡逑圖１．１國(guó)際連續(xù)油管協(xié)會(huì)給出的連續(xù)油管裝置組成中給出的連續(xù)油管裝置組成中包逡逑括：逡逑１邋？盤(pán)管總成邋Ｃｏｉｌｅｄ邋ｔｕｂｉｎｇ邋ｒｅｅｌ；逡逑２．

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本文編號(hào)：2758303