世界油氣資源的大量開(kāi)采和消耗,海洋油氣開(kāi)發(fā)將成為全球能源開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要領(lǐng)域。由于海底地層較為松散且沉積物較多,使得地層的孔隙壓力與破裂壓力之間的余量很小,常規(guī)的鉆井技術(shù)很難使環(huán)空中的壓力保持在兩者之間,空心球雙梯度鉆井方法的出現(xiàn)很好的解決了該問(wèn)題。由于在環(huán)空中的流動(dòng)難以觀測(cè),針對(duì)該問(wèn)題,本文采用歐拉-歐拉雙流體模型結(jié)合顆粒動(dòng)理學(xué),采用SST k-ω湍流模型對(duì)空心球注入系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬。通過(guò)對(duì)環(huán)空內(nèi)的壓降以及固相運(yùn)移規(guī)律的分析,研究了不同物性參數(shù)以及操作參數(shù)對(duì)空心球雙梯度鉆井系統(tǒng)(HGS)的影響。研究結(jié)果表明,巖屑直徑的增大,使得環(huán)空內(nèi)巖屑的整體濃度有所上升;空心球直徑的增加會(huì)增大隔水管中壓降,同樣會(huì)降低巖屑在環(huán)空中的濃度,但降低的幅度非常有限;巖屑濃度的上升,導(dǎo)致環(huán)空內(nèi)固相速度的降低以及顆粒擬溫度的上升,由于其發(fā)生碰撞的概率升高,動(dòng)量損失變大,使環(huán)空中的壓降升高,壓降值與入口巖屑濃度呈非線性關(guān)系,但在注入空心球后,環(huán)空內(nèi)呈現(xiàn)出更明顯的雙梯度現(xiàn)象;隨著空心球濃度的降低,環(huán)空內(nèi)壓降值升高,進(jìn)而使環(huán)空內(nèi)兩種壓力梯度的現(xiàn)象越來(lái)越不明顯;提高鉆桿的轉(zhuǎn)速,可以增加固相在環(huán)空中濃度,同時(shí)增加其運(yùn)移速...

【文章頁(yè)數(shù)】：83 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 深海鉆井技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 空心球雙梯度鉆井
        1.3.1 空心球雙梯度鉆井原理
        1.3.2 空心球的設(shè)計(jì)
        1.3.3 空心球注入方案
    1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容
第二章 數(shù)值模型與計(jì)算方法
    2.1 引言
    2.2 液固兩相流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型
        2.2.1 連續(xù)性方程
        2.2.2 動(dòng)量方程
        2.2.3 湍流模型
    2.3 液固相間耦合
        2.3.1 液相—固相作用力
        2.3.2 固相—固相作用力
    2.4 模型求解方法
第三章 物性參數(shù)對(duì)雙梯度鉆井影響的數(shù)值模擬
    3.1 引言
    3.2 計(jì)算模型建立
    3.3 初始條件與邊界條件
    3.4 巖屑直徑對(duì)環(huán)空內(nèi)流動(dòng)的影響
        3.4.1 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球的濃度分布
        3.4.2 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球的速度分布
        3.4.3 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球顆粒擬溫度分布
        3.4.4 環(huán)空內(nèi)壓力分布
    3.5 空心球直徑對(duì)環(huán)空內(nèi)流動(dòng)的影響
        3.5.1 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球的濃度分布
        3.5.2 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球的速度分布
        3.5.3 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球顆粒擬溫度分布
        3.5.4 環(huán)空內(nèi)壓力分布
    3.6 流變參數(shù)對(duì)環(huán)空內(nèi)流動(dòng)的影響
        3.6.1 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球的濃度分布
        3.6.2 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球的速度分布
        3.6.3 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球顆粒擬溫度分布
        3.6.4 環(huán)空內(nèi)壓力分布
第四章 操作參數(shù)對(duì)雙梯度鉆井影響的數(shù)值模擬
    4.1 引言
    4.2 巖屑流量對(duì)環(huán)空內(nèi)流動(dòng)的影響
        4.2.1 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球的濃度分布
        4.2.2 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球的速度分布
        4.2.3 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球顆粒擬溫度分布
        4.2.4 環(huán)空內(nèi)壓力分布
    4.3 空心球流量對(duì)環(huán)空內(nèi)流動(dòng)的影響
        4.3.1 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球的濃度分布
        4.3.2 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球的速度分布
        4.3.3 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球顆粒擬溫度分布
        4.3.4 環(huán)空內(nèi)壓力分布
    4.4 鉆桿轉(zhuǎn)速對(duì)環(huán)空內(nèi)流動(dòng)的影響
        4.4.1 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球的濃度分布
        4.4.2 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球的速度分布
        4.4.3 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球顆粒擬溫度分布
        4.4.4 環(huán)空內(nèi)壓力分布
    4.5 非穩(wěn)態(tài)入口對(duì)環(huán)空內(nèi)流動(dòng)的影響
        4.5.1 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球的濃度分布
        4.5.2 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球的速度分布
        4.5.3 環(huán)空內(nèi)巖屑及空心球顆粒擬溫度分布
        4.5.4 環(huán)空內(nèi)壓力分布
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
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致謝



本文編號(hào)：3914674