水泥漿水化過程中將產生大量鈣離子,當這些鈣離子與鉆井液發(fā)生混合時,易形成粘稠團塊狀絮凝物質,這將造成水泥漿頂替不到位、水泥石抗壓強度和膠結強度大幅降低,嚴重影響固井質量。為避免水泥漿與鉆井液接觸,注水泥過程需要在水泥漿與鉆井液之間泵入一定量的隔離液。目前現(xiàn)場常用的隔離液用量計算方法主要根據經驗來確定,并沒有考慮實際頂替過程兩相流混漿長度影響。本論文以Taylor分散理論為基礎,對隔離液與水泥漿混漿長度進行了分析計算,主要研究如下:(1)采用頂替界面微元力學方法分析了徑向流速產生機理,提出了徑向分散系數(shù)Er來描述徑向物質輸運能力;以冪律流變模式作為固井工作液的流變模式,分析了直井條件下套管與同心環(huán)空層流頂替軸向流速分布,利用軸向流速分布與徑向分散系數(shù)Er,建立了適用于管內及同心環(huán)空軸向分散模型,闡明了水泥漿在軸向上分散的機理,并得出了混漿長度的理論計式。分析了冪律流體流變指數(shù)、平均流速、套管半徑及環(huán)空間隙、無量綱數(shù)ξ對分散系數(shù)及混漿長度的影響;通過離子擴散方程得出塞流頂替狀態(tài)下的混漿長度。(2)以冪律流變模式作為固井液工作的流變模式,研究了紊流狀態(tài)下直井環(huán)空紊流流速分布,得出了直井同心環(huán)空紊流最大流速、平均流速之間的關系,并利用紊流流速分布建立了適用于紊流條件下直井同心環(huán)空的分散模型,得出了紊流狀態(tài)下直井同心空的混漿長度計算式,并分析了環(huán)空間隙、環(huán)空平均流速、流體流變指數(shù)對混漿分散系數(shù)及混漿長度的影響。(3)通過數(shù)值模擬的方式,得出了徑向流速與密度差的關系,并通過模擬計算,分析了密度差對混漿長度的影響;通過實驗研究了鈣離子擴散系數(shù)與溫度、隔離液種類的關系,并驗證了套管內層流頂替混漿長度計算式;將混漿長度計算公式與固井實際工程結合,得出不同流態(tài)下的理論隔離液用量計算新方法,并利用新方法對現(xiàn)場固井施工隔離液用量進行了理論計算。通過上述理論與試驗研究,分析了層流、紊流頂替各參數(shù)對混漿長度的影響,提出了考慮頂替混漿長度后隔離液用量的推薦計算方法,并考慮井斜、偏心等因素的影響,為固井施工頂替參數(shù)優(yōu)化提供了理論依據。
【學位單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TE256
【部分圖文】：

圖３－１不同ｎ值圓管流速分布圖??

圖３－２？／?ｉＴ與《關系圖??．２．２

圖３－３流體ｎ值對混漿長度的影響
【參考文獻】

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本文編號：2892822