基于颗粒动理学井筒内岩屑运移特性的数值模拟研究

来源 :东北石油大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:CHEUNGKWOKKUNG
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在石油的开采过程中,会产生由于岩屑堆积所导致的安全问题,因此如何提高岩屑运移效率就成为钻井过程中一个值得探讨的重要问题。井筒内的岩屑运移属于典型的液固两相流动,本文基于欧拉-欧拉双流体模型,模拟不同工况下钻井液携带岩屑流动的过程。采用滑动网格方法来实现钻杆旋转。研究井筒内钻井液与岩屑颗粒的流动特性,通过颗粒动理学研究颗粒间的相互作用。综合考虑钻杆偏心、井斜角、钻杆转速和钻井液入口流速等影响因素,并对岩屑的流动行为进行了分析。结果表明:随着钻杆偏心的增加,促使岩屑在井筒中产生更多的速度涡流,不利于岩屑沿轴向方向运动。竖直井中不易产生岩屑堆积,当井斜角减小时,岩屑堆积更集中在入口处,且固定岩屑床长度缩短。井斜角的改变对于岩屑运移的影响大于钻杆偏心对于岩屑运移的影响。提高钻杆转速和钻井液入口速度时,均可在一定范围内降低岩屑床的高度,提高岩屑运移效率,且提高钻杆转速与钻井液入口速度会增加岩屑颗粒之间的曳力作用,增加颗粒之间的碰撞强度,但会降低碰撞频率。水平井筒中提高钻杆转速比提高钻井液入口速度更有利于破坏固定岩屑床。对于竖直井与斜井,提高钻井液入口速度对岩屑运移的促进作用更大。考虑非牛顿流体幂律模型钻井液的流变参数变化对于井筒内岩屑运移效率的影响,模拟结果表明:随着稠度系数与流性指数的增加,均有利于提高钻井液携带岩屑的运移效率,降低岩屑床的高度。当稠度系数从0.01增加到0.03时,同心井筒内的岩屑平均体积分数减少了0.05864,偏心井筒中岩屑平均体积分数减少了0.05497,当流性指数从0.8增加到1.2时,同心井筒内的岩屑平均体积分数减少了0.05814,偏心井筒中岩屑平均体积分数减少了0.05696。随着流变参数的增加,同心井筒中,岩屑体积分数呈现线性减少,而钻杆偏心的井筒中,岩屑体积分数呈现非线性减小趋势。通过对比湍动能、湍动耗散率、颗粒拟温度、颗粒压力、颗粒黏度的变化发现,流性指数的变化对井筒内流体流动的影响最大。
其他文献
导流管喷动床在两相流的应用较为广泛,例如煤的气化和油的蒸汽裂解等多个领域,它相比于传统喷动床在结构上具有一定的优势,通过在喷动床内部加入一根垂直导流管,可以在空间上将喷动区和环空区划分开,操作上更加灵活和稳定。本文基于颗粒动理学的理论,采用液固两相Eulerian-Eulerian双流体模型对二维导流管喷动床内的颗粒流动行为进行数值模拟。在模拟过程中,使用标准k-ε湍流模型对液体湍流进行计算,同时
同常规含蜡原油一样,含蜡凝析油在储集层、井筒、管道及其它地面油气设施中,都面临着流动保障的风险,其在采输过程中相关于相态的变化存在特性各异的析蜡现象与结蜡行为,给生产运行及管理带来诸多挑战。相较于常规含蜡原油,具体针对凝析油采输环节析蜡与结蜡问题的描述目前尚未形成统一的认识。为此,面向深层高压凝析气藏的高效开发及其地面配套工艺的高效安全运行,以塔里木油田凝析气井生产为工程背景,开展了凝析油基础物性
三次采油多元化驱油方式已成为大幅度提高原油采收率、保障老油田可持续开发的重要举措,以三元复合驱为代表的化学驱油技术具有机理明确、提高采收率高效的优势,然而,伴随采出液在采输系统的流动扰动、原油中溶解气的析出及驱油剂的返出,极易在采输系统中形成大量不同稳定程度的液态泡沫,直接影响原油的准确计量及油水达标处理,给油田地面工艺系统的安全平稳运行带来新的挑战。除了水相体系因多元化的驱油方式而具有复杂性、气
三元复合驱采油技术已经进入后期,采出液中的含水量大幅度上升,乳状液已经由W/O型乳状液转化为O/W型乳状液。油水乳状液的粘度影响因素较为复杂,而分散相粒径分布范围、界面膜性质、分散相粘度和分散相体积分数是影响乳状液粘度的主要因素。随着油井逐渐向老龄井过渡,采油过程中抽油杆管的偏磨和变形现象比较严重,这严重影响了油田高效、低耗发展的生产理念,也造成了油田生产成本升高,效益变差。但是,相比于水驱和聚驱
随着我国对外来原油需求量的居高不下,国家石油储备库的重要性逐渐凸显,加强国家石油储备库建设、扩大储备库规模对国家的能源安全及经济发展有重要意义。大型浮顶罐以其耗钢率少,相对占地面积少和投资成本低等优点为国家储备库的首选储油设备。目前常用的大型浮顶罐有单盘和双盘两种,单盘式浮顶罐具有重量轻、结构简单、施工及建造费用花销少、施工方便等优点,但其在静储及加热过程中能量损耗现象较为严重,因此如何科学有效的
孔隙压力与破裂压力之间的密度窗口窄是海洋深水钻井面临的最主要问题之一,环空钻井液高度控制技术是在双梯度钻井基础上发展而来的一种新型控压钻井技术,其目的就是为了解决窄密度窗口钻井问题。采用CML技术钻井时,井筒压力对应的当量钻井液密度为一条曲线,与地层孔隙压力及破裂压力更加贴合,能有效提高单层套管的下入深度,减少套管下入层次,节约钻井时间,减少钻井成本。本文对CML技术的基本原理、关键设备进行了详细
低渗透裂缝型储层由于多年的高压注水开发,注采比高,注采压差大,注采井间憋压严重,导致储层中的天然裂缝处于张开状态,同时由于天然裂缝的分布不均匀,进而增加了储层的非均质性。当该区块部署加密井或调整井时,通常采用注入井停注或开井泄压的钻关方案,导致地层压力急速下降。在这种状态下,由于低渗裂缝型储层的非均质性和低渗透性,导致不同方向受效范围存在较大差异,地层压力系统紊乱,存在局部的高压区,在这种条件下钻
随着三次采油技术的兴起,化学驱技术越来越多的应用于老油田开采,由于老油田本身含水率高,驱油剂作用复杂,化学驱采出水的处理成为亟待解决的难题。本文基于“双旋流+沉降+过滤”采出水处理工艺,通过化学驱采出水油水分离特性实验以及工艺处理过程中旋流和沉降的数值模拟得到化学驱采出水中油滴运动的相关规律,为该工艺的优化提供了理论基础。本文首先通过实验研究了驱油剂作用下采出水的物性参数以及沉降分离特性,研究成果
受固井注水泥顶替流动过程复杂性的影响,之前大多数专家学者都是从均匀光滑井壁出发进行注水泥顶替流动研究,但随着近些年常规油气田开采量的减少,钻遇复杂地层的情况变得越来越常见,针对这一问题,研究非线性井壁(变井径)对固井注水泥顶替效率的影响对提升现场实际固井质量有重要的现实意义。本文引入了分形的思想,确定了W-M函数是描述具有分形特性的粗糙壁面轮廓合适的模型,分析了W-M分形函数的工程性质以及W-M模
二氧化碳捕集与埋存技术(CCS)是在能源需求极度增长时期对温室气体进行科学减排的重要措施之一,而长期埋存条件下注入地层中的CO2会与水泥石发生化学反应,腐蚀井筒水泥环并降低其密封性能,从增大CO2沿井筒逃逸的风险。为了探究CO2埋存条件下油井水泥石的腐蚀规律,本文采用理论分析、室内实验和数学模拟相结合的方法,明确了水泥石中矿物含量和孔渗参数在时间与空间上的变化规律,探究了水化产物对腐蚀规律的影响。