稠油定向井扶正器优选及分布设计

有杆泵作为稠油定向井重要的人工举升方式之一,一般需下扶正器来减少斜井段抽油杆与油管之间摩擦,避免油管被磨穿或抽油杆因截面积缩小而产生应力集中被破坏,但过多且密集的扶正器可能出现喉道效应,使其流动阻力急剧增加。文章选取新疆油田常用的3种扶正器,基于计算流体动力学方法模拟了不同稠油黏度、流速条件下的流场分布,总结得出了3种扶正器相应的压降规律,合理选择扶正器;并基于梁弯曲理论设计扶正器间距,综合考虑全角及摩擦力剖面,利用无因次处理方法建立了扶正器合理分布综合评价模型,通过在定向井关键位置布扶正器,在保证抽油杆柱扶正的同时降低了扶正器的数量。其研究成果对于定向井使用有杆泵抽稠具有重要的实用价值。     

螺旋套管扶正器诱导环空流场的数值模拟

为了优化固井设计、确定螺旋套管扶正器的合理安放位置、有效提升水泥浆的顶替效率,对螺旋套管扶正器诱导环空流场进行了理论分析。依据环空流体动力学基本理论,建立了环空流场的理论模型,采用数值模拟方法对螺旋套管扶正器诱导的环空螺旋流动规律进行了研究,并利用室内试验对有限元数值的计算结果进行了验证,有限元数值计算结果和激光测速试验数据吻合较好,证明了有限元数值计算方法的可行性。借助ANSYS软件对不同条件下流场的变化以及有效旋流长度的变化进行了计算,总结了螺旋扶正器螺旋角、屈服应力、流量对旋流速度以及有效旋流长度的影响规律。数值模拟结果表明,螺旋角和流量对旋流速度和有效旋流长度影响很大。      

定向井中抽油杆柱的摩擦力计算和扶正器分布设计

在定向井、水平井中使用有杆泵机械采油方法时，需要在抽油杆柱上安装扶正器。文中通过合理简化，推导了扶正器安放间距的计算公式，提出了一套在定向井中进行抽油杆扶正器分布设计和摩擦力计算的数值计算方法，并编制了相应计算机程序。该方法简便、实用，能满足工程要求。     

PDC钻头静态及旋转流场数值模拟比较研究

为区别PDC钻头在静止时和不同转速时井底流场的异同,文章运用计算流体动力学方法对PDC钻头分别进行了三维井底静态和旋转流场的数值模拟。分析了静态和旋转流场中井底流速及刀翼表面流速的变化情况,并计算了井底各区域的流体湍动能和流速以及刀翼切屑齿表面的平均流速。分析和计算结果表明,井底流场的数值模拟结果随着转速的变化,对井底和切屑齿的流场分布和变化有一定影响,并且对内锥、冠部、肩部及保径部位的影响趋势各不相同,有必要在PDC钻头水力结构的优化设计中采用旋转流场模拟方法进行研究。     

多级套筒调节阀流场数值模拟与流量特性研究

以连续性方程、三维雷诺平均N S方程和基于各向同性涡黏性理论的kε方程组成多级套筒调节阀内部流动数值模拟的控制方程组,依据数值计算要求,设定适当的边界条件,采用结构与非结构网格相结合有限体积法对控制方程组进行离散;应用CFD软件对多级套筒调节阀内部流场进行内三维湍流流动数值模拟,分别对其压力场、速度场和迹线分布进行了分析。结果表明多级套筒结构的设计能较好地改进阀内流动状况,实现压力的渐变,有效地避免汽蚀现象的发生。在设计过程中引入了CFD仿真实验,研究了多级套筒调节阀的流量特性,提高了样机试制的成功率,缩短了开发周期,降低了成本,从而为多级套筒调节阀的设计与研究提供借鉴。     

用能量法研究套管柱在定向井中的变形及挠曲方程

本文针对目前国内有关文献提出的定向井中套管柱挠曲变形方程及其变形量的计算方法,指出了其概念上的差别及计算上存在的较大误差,并采用能量法求解定向井中套管柱的变形量并推导出挠曲变形方程。这对于准确描述套管柱的挠曲变形,精确计算套管挠曲变形量以及合理确定扶正器安放位置等,都提供了科学的依据。     

纵流式换热器壳程层流流动与传热的数值模拟

采用计算流体力学和数值传热学方法 ,对纵流式换热器的运行工况进行简化和假设 ,建立了壳程层流流动与传热的数学模型。为改进收敛性和提高计算精度 ,用算子分裂法和二阶时间精度离散格式等改进算法 ,用三维等参单元导出了离散化非线性控制方程组 ,编制了数值模拟程序。对纵流式换热器壳程的流场和温度场进行了数值模拟研究 ,得到换热器内流体流动状态和热流分布 ,并分析了支撑结构的参数变化对流体流动和传热的影响。数值计算结果和实验数据吻合较好 ,该模型能有效地模拟纵流式换热器壳程流动与传热特性     

扶正器钻具在定向井钻井中的应用分析

扶正器钻具是定向井钻井中较为常用的辅助性工具,扶正器钻具的种类繁多,不同类型的扶正器钻具,在定向井钻井中发挥着不同的作用。基于此,为实现扶正器钻具在定向井钻井中的有效应用,应全面了解扶正器钻具的不同类型、不同作用,并要掌握扶正器钻具在实际应用过程中的相关注意事项,以充分发挥扶正器钻具的作用,提高定向井钻井效率与质量。文章主要对扶正器钻具在定向井钻井中的应用情况进行了分析。     

PDC钻头表面流场的数值模拟

用数值方法解非牛顿流体流动的控制方程来研究PDC钻头表面的泥浆流动,以81/2“钻头为实例计算了钻头表面的流场和压强分布,计算结果和实际情况基本符合.其方法对PDC钻头的布齿设计有实用价值.     

欢西油田杆管防偏磨优化模拟计算

杆管偏磨不仅影响油井产量,而且缩短了检泵周期。为此,在偏磨机理分析和井眼轨迹描述方法的基础上,建立了抽油杆柱力学分析模型,并用Visual Basic6.0开发出设计和分析软件。软件包括井眼轨迹数值模拟及图形仿真演示模块和抽油杆扶正器配置优化设计模块,可求得扶正器合理的配置间距。利用该软件对150-18-10定向井进行计算,模拟计算出该定向井的井眼轨迹,给出了扶正器的配置数量和间距。     

缝洞型碳酸盐岩油藏三维三相数值模拟新方法

针对缝洞型碳酸盐岩油藏的储层空间特征,提出新的数值模拟方法,溶穴、裂缝、孔洞分别建立各自的离散空间,离散空间之间由流动方程控制流量,扩展了多重介质的理论模型。数值计算上用基于控制体积分的有限差分方法来离散处理,各种介质的非线性方程组通过牛顿拉夫松方法全隐式求解。计算结果与解析解对比,验证了其正确性。该模型更加适用于缝洞型油藏的数值模拟研究。     

基于CFD的折流杆换热器流场仿真系统研究

基于计算流体动力学原理,建立了换热器流体流动和传热过程的控制方程组,应用算子分裂法,将换热器控制方程分裂为基本的对流、扩散、Stokes问题;采用8~20节点三维等参单元,推导出有限元离散化方程组。编制了流体流动和传热的数值仿真系统程序,应用仿真系统进行传热数值模拟计算和实验验证,通过对比两者的Nu与Re的关系,可以看出仿真系统的计算值和实验测量值非常接近。实验证明,采用编制的折流杆换热器数值仿真系统进行传热模拟计算是切实可行的。     

粘弹性聚合物溶液微观渗流的有限体积法

针对残余油的微观存在形式,应用收缩流道模型并结合非线性上随体Maxwell本构方程、动量方程、连续性方程及收缩流道的边界条件建立了完整的数学模型.采用有限体积法求解了由UCM本构方程、动量方程、连续性方程和流道的边界条件构成的非线性耦合方程组.为了解决流场计算中的关键问题--不合理压力场的检测,同时保证计算的准确度及对压力的物理特性模拟,在对整个计算域采用交错网格的同时采用乘方格式对动量方程进行离散,进而得出控制方程组的离散方程式.选择交替方向隐式迭代法,并补以块修正技术促进收敛,最终得到了粘弹性流体在收缩流道内流动时的速度场、流函数场.     

基于拟谱法的偏心环空流动模拟

通过坐标变换将笛卡尔坐标系下的N-S方程转化为便于描述偏心环空流动的双极坐标系下的运动方程,采用拟谱法进行数值求解。在径向上采用Chebyshev-Lobatto配置点,周向上采用Fourier配置点求出谱导数矩阵,通过数值计算得到了牛顿流体偏心环空流动的流场;同时发展了偏心环空流动的简化算法。通过与精确解的对比发现,拟谱法的数值解的精度要远高于其它方法,并且计算效率较高。在一些特定的情况下,简化方法也能够满足工程精度要求。     

单扶正器钻具组合现场应用效能分析

在常规钻井作业中常采用多扶正器钻具组合来达到控制井斜和方位的目的,但多扶正器钻具组合产生较大的井下负荷,易发生钻具及卡钻事故.通过在陕甘宁地区的钻井施工表明,掌握好扶正器与钻头之间的距离和扶正器与井壁之间的间隙,单扶正器钻具组合能避免多扶正器钻具组合的不足之处,满足定向井井眼轨迹控制的要求.     

地面驱动螺杆泵空心抽油杆系统的优化设计

在对实测井眼曲线进行三次样条拟合和对地面驱动螺杆泵杆柱在定向井中受力与变形进行分析的基础上 ,建立了空心抽油杆系统的优化设计模型。模型以杆柱可靠性最佳和扶正器数目最少为优化目标 ,采用分层优化的求解方法 ,第一层次以扶正器数目最少为目标 ;第二层次以杆柱疲劳寿命最长和静强度安全系数最大为目标 ,由井深最大的设计井段向上逐段求解。根据优化设计方法编制了通用设计程序 ,并对某定向井做了优化设计实例计算 ,给出了该井空心抽油杆杆径、杆长、根数及扶正器布置方案     

河南油田稠油斜直井抽油技术研究与应用

针对稠油斜直井原油粘度和井斜角较大, 生产时率低等技术难题, 河南油田第二采油厂开展了稠油斜直井抽油技术的研究与应用。这种稠油斜直井抽油系统工艺优化设计包括斜直井抽油机的应用、液力反馈式斜井稠油泵的应用、抽油杆柱优化组合设计、抽油杆柱扶正器设计和油管柱优化设计。60口稠油斜直井抽油系统的现场应用表明, 这种抽油技术具有施工工艺简单、有效率高、有效期长、泵效高和成本低等特点, 解决了稠油大斜度定向井采用有杆泵方式抽油的技术难题。     

定向井及水平井抽油村最佳扶正器间距的计算

本文从三维空间中的抽油杆柱受力分析入手，采用纵横弯曲梁这一模型，提出了一种定向井及水平井抽油杆最佳扶正器间距的计算方法，并已编制了计算程序。从理论上阐明了扶正器间距计算的方法，现场应用比较满意，具有一定理论价值和实际应用价值。     

旋转喷射泵集流管内部流动计算

对旋转喷射泵集流管内三维不可压湍流流动进行了数值计算.计算采用连续方程和动量方程以及k -ε紊流模型以及交错网格和Simplec算法.计算结果首次揭示了旋喷泵集流管内部的压力分布、速度分布以及湍流动能的分布规律.研究结果可以用于集流管性能预测,及集流管的优化设计.     

垂直井筒内超临界蒸汽相态变化规律数值模拟——以高升油田高3624块为例

根据高升油田高3624块的储层地质条件及流体特征,结合超临界蒸汽吞吐机理,通过对动量方程、能量方程、散热方程等控制方程的求解,建立超临界蒸汽驱压降及温降的数值模型,计算超临界蒸汽各参数在注气油井中的数值展布,研究垂直井筒内超临界蒸汽吞吐过程中流动的各项热力学参数、压力降和套管温度的变化规律。以计算流体力学为基础,通过改变注入蒸汽压力、蒸汽温度等模拟条件,得到不同位置的温度场、压力场分布云图,进一步加深对超临界蒸汽相态变化规律的研究,为高升油田超临界注汽参数的优化和提高深层稠油采收率提供依据。