井筒两相流传热计算—井筒液体温度

井筒内液体温度主要受井筒向周围地层的热损耗速度的影响。此外,它还与液体所在位置深度、生产或注入时间等影响因素有关。本文提出了一种新的估算井筒两相稳定流动时液体温度的模型,该模型使用了本文第一部分热扩散方程的解,并且考虑了对流和热传导对井筒液体温度的影响。模型中有关井筒两相流的流动规律的描述是采用汉森(HaSan)和卡波尔(Kabir)模型。此外,本文的计算实例展示了井筒液体温度分布计算的全过程,计算结果表明油套环空介质的对流作用对井筒液体温度的影响是十分严重的。在过去,由于绝大多数模型在估算井筒液体温度随深度变化方面的作用的局限性,结果造成用户在求井筒液体温度时多采用井底温度和井口温度的线性插值。井口温度的实测值和预测值间存在的较大差异的事实说明井筒液体温度分布不是线性的。研究结果还发现由于存在焦尔-汤普森(Joule-Thompson)效应,自由气体的增加会导致井口温度下降,因而雷米(Ramey)提出的单相流井筒温度计算式不适宜于两相流。为此,本文提出一个两相流井筒温度计算式。     

盒状砂岩油藏中水平井试井分析方法

采用Green函数方法和Newman积方法求解了盒状砂岩油藏中水平井的不稳态压力解;给出了压力解的两种表达形式,并根据两种表达式中级数的收敛特征提出了压力解的快速计算方法;采用Laplace数值变换、Laplace数值反演及褶积积分公式考虑了井储和污染对水平井井底压力的影响,从而避免了求解复杂内边界条件的数学模型的问题;利用常规试井分析方法和自动拟合分析方法编制了水平井试井分析软件,并进行了实例分析.     

卡森流体轴向同心环空流动规律研究

本文根据流体运动的基本原理和卡森液体的本构方程,导出符合卡森流变模式的非牛顿液体在同心环空中轴向结构流流动规律的精确解表达式,即速度分布、流核尺寸和平均流速的精确解表达式。并用导出的表达式,通过计算机运算而得的结果绘制出不同环空间隙内的速度分布图和卡森液体平均流速与压降关系图,便于工程上计算压降。文中还有计算实例和实测压力损失值与计算压力损失值对比表。     

复杂形体重磁位场三维高效高精度数值模拟

重磁位场正演是反演成像及解释的基础,目前已有的正演算法对复杂形体很难同时兼顾计算精度与计算效率。针对这一问题,提出一种高效、高精度的重磁位场三维数值模拟方法。该方法对重磁位场三维空间域积分沿水平方向进行二维傅里叶变换,把空间域重磁位满足的三维积分问题转化为不同波数之间相互独立的一维积分问题。在垂向上可离散为多个单元积分之和,单元内采用形函数插值,计算精度和效率都较高。该方法充分利用形函数积分的高精度及傅里叶变换的高效性,实现了高效、高精度的重磁位场数值模拟。设计棱柱体模型,模型解析解与所提方法数值解对比表明,该方法理论正确、精度高。设计了垂向连续变化的复杂模型,对比、分析了传统棱柱体均匀剖分与所提方法的计算精度,验证了该方法对于复杂模型具有较强的适用性。     

钻杆加厚过渡带几何尺寸的优化选择

钻杆刺漏大都发生在钻杆加厚过渡带消失处，优化选择钻杆加厚过渡带几何尺寸是重要的措施。没有使用常规方法对过渡带进行模拟以研究应力集中系数，而是在有限元中分别观察钻杆内壁和外壁液体流场速度、节点压力等数值的变化，同时改变钻杆加厚过渡带各几何参数，综合考虑流体速度和节点压力场分布，推荐出钻杆加厚过渡带几何尺寸最优组合。     

低渗透储层流固耦合渗流规律的研究

将渗流力学与弹塑性力学相结合,考虑低渗透油藏渗流时启动压力梯度和低渗储层的流固耦合特性,建立起适合低渗透油藏的流固耦合流流数学模型,并给出其数值解,在黑油模型和弹塑性有限元程序的基础上,编制了计算低渗透油藏流固耦合流流的计算软件,通过数值模拟和不考虑流固耦合时的计算结果相比,从中可以看出低渗透油藏中流固耦合效应是十分明显。     

基于样条插值的FFT及其在重磁场正演中的应用

离散傅里叶变换在信号处理、谱分析、偏微分方程数值解等方面发挥着重要作用。常规快速傅里叶变换方法在离散化过程中会引起频谱混淆、边界效应等问题,基于高斯积分的快速傅里叶变换方法削弱了截断效应的影响,但同时也降低了计算效率。为此,提出了一种基于样条插值的傅里叶变换方法,其核心思想是将傅里叶变换积分离散为多个单元积分之和,每个单元内采用三次样条表征函数变化,最后累加离散的每个单元积分结果,得到最终傅里叶变换积分结果。该方法充分利用样条插值积分的高阶连续性及采样灵活性,同时单元积分可解析计算,为实现高效、高精度的傅里叶变换提供了一种新思路。设计高斯函数,通过一维和二维的正、反变换结果与解析解对比验证了该方法理论正确、计算精度高。设计连续介质模型,将基于样条插值的快速傅里叶变换应用于重磁场三维数值模拟,模型数值实验结果表明,该方法在连续介质重磁场数值模拟中降低了截断效应的影响,且计算精度高、效率高。实际数据应用结果证明了该方法的实用性。     

自适应小波方法求解波传问题

本文提出了一种求解波传播问题的数值模拟方法——自适应小波时域积分法，即首先引入对偶变量，通过Hamilton变换将时间导数为二阶的波动方程改写为时间上的一阶方程，然后采用小波分析对波动方程的空间变量进行离散，并结合时域积分方法得到原方程递推形式的半解析解。利用小波分析的多尺度特性与消失矩特性，并结合阚值控制，可以自适应地控制计算精度；利用时域积分方法的半解析特性，可以有效地保证解在时间域上的稳定性。数值结果同解析解进行了对比，表明了本方法的有效性。     

水平井多段压裂非常规裂缝压力动态特征

为了解决复杂地层压裂过程中裂缝关于井筒不对称的试井解释问题,通过点源函数基本理论,建立有限导流垂直裂缝试井解释数学模型,利用压降叠加原理获得水平井多段压裂非常规裂缝试井解释模型,采用积分变换获得该模型的半解析解。对压裂裂缝进行数值离散,结合半解析解与杜哈美原理,根据Stehfest数值反演方法绘制考虑井储和表皮效应的井底压力及压力导数曲线。研究表明:该模型总体上划分为井储、双线性流、早期线性流、第一径向流、第二线性流、过渡流和系统径向流阶段;不对称因子主要影响双线性流阶段持续时间的长短;裂缝导流系数主要影响双线性流阶段和早期线性流阶段井底压力及压力导数曲线特征,导流能力越大,双线性流阶段井底压力导数曲线特征越不明显。     

聚合物驱抽油机井杆柱液体摩擦力的计算方法

假设聚合物驱抽油机井的产出液为幂律流体,应用幂律流体本构方程和动量守恒方程,建立了抽油杆柱与油管环形空间内流体的径向速度分布规律与抽油杆柱液体摩擦力的计算模型,应用拉格朗日乘子最优化算法求解代数方程组的数值解,并结合实例进行了计算。计算结果表明,抽油杆柱液体摩擦力随幂律指数、稠度系数和杆柱运动速度的增加而增加,新模型和目前牛顿层流计算模型相比,其数值大于层流模型的计算结果,与现场实际测试结果相符。     

旋流扶正器作用下环空中气液两相螺旋流场压降研究

目前国内外对于旋流扶正器作用下环空中螺旋流场的研究主要针对单相流体。结合两相流的特点,借助于螺旋角的概念,修正了达西公式中的沿程阻力系数的计算公式,最终得到了环空中气液两相螺旋流场压降的计算方法,并进行了试验验证。运用VB语言编写了环空中气液两相螺旋流计算分析软件,分析了螺旋流场的非线性衰减特征。     

幂律流体偏心环空螺旋流压力梯度的数值计算

为合理设计钻井水力参数,对可视为幂律流体的钻井液偏心环空螺旋流动的压力梯度进行了研究。利用待定系数法对幂律流体偏心环空螺旋流的控制方程进行了变换,得到了压力梯度公式。以可视为幂律流体的CMC水溶液为例,利用有限差分法对该流动的压力梯度进行了数值计算,并分析了内管自转速度、环空偏心度和流量对其的影响。结果表明:环空偏心度和流量是其主要的影响因素。通过比较利用轴向速度数值解求得的压力梯度与利用轴向速度解析解求得的压力梯度,发现二者吻合效果较好,进一步说明文中给出的幂律流体偏心环空螺旋流的压力梯度公式和数值计算方法是正确的,可进一步推广应用。     

幂律流体同心环空螺旋流数值模拟

环空螺旋流是钻井液在钻井作业中常见的一种流型，怎样方便、快速及高精度地计算其流速场与压力梯度是一个重要工程问题。提出直接利用线性化迭代法求解幂律流体在环空中螺旋流的流场及压力梯度，避免了求解非线性方程组而可能出现迭代发散的问题，该线性化迭代算法真实可信，精确度高。使用线性化迭代算法，仅以求解两个三对角线性方程组为一次循环，运算速度快，占用时间少，精度高，收敛性得到可靠保证，是矿场使用的好方法，为矿场作业中水力参数设计提供了科学依据。     

С�ߴ绷������˥�������ٷ���̽��

根据毕托管测速原理,针对油气井同心环空螺旋流三维流动特征,设计制作了一种“拟毕托管测速仪”,结合吊线法,可以用于小尺寸模拟三维流场的流速测量。该法克服了非接触流速测量仪（如激光测速仪）价格昂贵,且受被测流体透明度等的限制,又解决了现有毕托管用于小间隙流道接触式流速测量干扰性大、不能测量三维流场流速的问题。利用所制作的“拟毕托管测速仪”测量了螺旋衰减流流场,分析出了螺旋流流速分布的基本特征。     

旋流扶正器作用下环空螺旋流场压降研究

在油气井固井注水泥顶替技术中，使用旋流扶正器不仅可提高套管居中度，还能改变环空流体流速剖面，使流体做螺旋运动，螺旋顶替方式有利于将环空窄间隙滞留泥浆和井壁附着虚滤饼驱替干净，从而提高固井质量。液体螺旋流动方式改变了轴向流场压降的分布规律，展开螺旋流场压降的研究对注水泥安全施工有着重要意义。文章在实验的基础上，推导出了环空螺旋流场压降的计算公式，实验结果表明：环空螺旋流场的压降呈非线性衰减，且在同等条件下大于一维轴向流场的压降值，注水泥施工设计时应对其予以足够重视。     

FCC进料雾化喷嘴结构对内部流场及混合特性的影响

采用CFD方法,基于欧拉-欧拉方法的mixture多相流模型,对一种内混式催化裂化进料雾化喷嘴的内流场进行数值模拟,研究喷嘴内部气液两相流场的分布状况及其混合特性。为提高喷嘴的雾化效果,对喷嘴的结构进行内置螺旋的改进。对比结构改进前后的模拟结果表明：原结构喷嘴内气液两相分布较集中,且流体的切向速度几乎为零,这使喷嘴的雾化效果下降,喷雾范围受限,不利于原料油与提升管内催化剂的接触;螺旋结构可使流体在混合腔高速旋转,使流体获得切向速度,最大切向速度可达18.49 m/s,增加气液两相流的湍流强度,有效提高流体平均速度,对提高喷嘴的雾化性能有促进作用。     

涡流排液采气的液滴动力学分析与螺旋角优化

井下涡流排液采气是一种新型排采技术,目前对于涡流排液采气井筒旋流场液相受力特性和运动规律的认识仍然不清楚。为此,根据两相流体动力学理论,对井筒旋流场中液滴的受力特性进行分析,得到了液滴沿轴向和径向的运动方程,并对Basset力、虚拟质量力、Magnus力、Saffman力和Stokes力等典型作用力进行了量级比较。同时,以液滴所受垂直向上合力最大为原则,推导了涡流工具最优螺旋角公式;在所建立的液滴受力模型基础上,全面分析了各项作用力的成因、特点和方向。结果表明:1经过量级比较,可以忽略影响较小的视质量力、Basset力和对流体积力;2与常规井筒流场相比,旋流场中液滴在垂向增加了向上的离心力分量,有利于液滴向上运移。进而采用实例分析验证了最优螺旋角公式的可靠性,并且发现:随着井深减小,气体携液能力增强、最优螺旋角增大。该研究成果对于现场井下涡流工具优化设计和涡流排液采气作业具有指导意义。     

宾汉液体的环空螺旋流场

从螺旋流的基本方程式出发,对非纯粘性螺旋流进行了理论分析,导出了刚性流动出现的条件,并在粘度函数中引入了屈服因子,完成了宾汉液体螺旋流场的数值计算,完善并发展了Savins的理论。     

螺旋肋片自支撑换热器壳程性能数值分析

为了分析螺旋肋片强化换热器壳程传热机理，用FLUENT软件分别建立了套管换热器和管束换热器的三维模型，模拟得到了壳程的传热和压降性能。数值结果表明，螺旋肋片强化传热的主要机理是螺旋肋片引起的螺旋流动使流体流速提高并产生二次流，减薄了速度边界层，促进了主流流体和边界层流体的掺混；换热管之间螺旋流动的相互影响进一步提高了换热器的传热系数；螺旋肋片的螺旋角和流体雷诺数对壳程努塞尔数和压降产生显著影响，应将螺旋角和雷诺数限制在一定的范围内。数值模拟结果与试验数据吻合较好。     

螺旋分离器水流动特性的CFD模拟与PIV试验

设计了一种新的螺旋分离器,采用CFD数值模拟技术对螺旋分离器的入口管段、螺旋分离段及出口管段内流体流动速度场及压力损失分布特性进行了分析,结合PIV流场测试试验对分离器的入口管段和出口管段内流体流动速度场进行了测量和对比分析。介绍了螺旋分离器油水分离的工作原理、结构参数及PIV实验流程。结果表明：该螺旋分离器螺旋导流效果明显,在螺旋分离段及出口管段内具有持续时间长、离心分离强的螺旋流分离流场;流体流过螺旋分离段后,在出口管段内可形成稳定的螺旋流场;通过对比分离器内入口管段及出口管段PIV试验速度测量值与数值模拟值,结果吻合良好,验证了模拟结果的可靠性;通过分离器的压力损耗分析,指出了螺旋分离器的主要压力损耗位置,设计工况下的分离器最大压力损耗不超过90 kPa。