氮气泡沫入井液体系研究及应用

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1、StudyandApplicationofNitrogenFoamIncomingWellFluidDissertationSubmittedtoChinaUniversityofPetroleumInpartialfulfillmentoftherequirementsForthedegreeofDoctorofEngineeringByXianyong，Dong(OilandGasFieldDevelopmentEngineering)DissertationSupevisorZhaomin，Li(Professor)2005．03V8443fi9氮气泡沫入井液体系研究及应用(

2、申请中国石油大学工学博士学位论文)学科专业：研究方向：博士生：指导教师：油气田开发工程采油工程理论与技术董贤勇李兆敏(教授)2005年03月摘要氮气泡沫流体为一种可压缩的非牛顿流体，具有低漏失、密度可调、对油层伤害小、强携砂能力以及在地下与天然气混合不易发生爆炸等优良性能。氮气泡沫入井液能够有效解决严重漏失井、低压井漏失污染问题，可以应用于低压、漏失井的冲砂洗井、射孔以及酸化后助排。通过室内实验的方法，对油田常用的几种发泡剂进行了筛选，从发泡能力、抗盐性、抗油性和抗温性等几个方面综合评价，优选出最佳发泡剂和稳定剂体系。推导了石油工业中常用类型的非牛顿流体的圆管和环空流问题，求得屈服

3、假塑性流体在圆管和环空中的流动的速度剖面。并且得出，带有屈服应力的流体的流动情况具有和宾汉流体相同的性质，是一种柱塞流，柱塞的大小与屈服应力成正比，与广义单位管长压力降成反比。在环空流中，结合不同流体模式考虑到了内管的上下往复运动，得出了经过简化后的速度分布表达式，建立了管流压降与流量和平均速度的关系。根据体积平均能量耗散率计算了圆管和环空流的平均剪切率，与截面平均剪切率进行了比较。进一步验证了按截面平均方法计算的剪切率比按体积平均能量耗散率计算的结果要小的多。运用质量守恒和动量守恒定律，结合泡沫流体状态方程和流变模式方程，建立了油管和环空中泡沫流体流动参数的计算模式。设计了耐高压

4、耐腐蚀泡沫发生器，满足了高压以及腐蚀情况下的作业要求。研制了氮气泡沫生成系统，可以广泛的应用于陆上油田及海洋平台，并且采用模糊控制理论实现了对氮气泡沫入井液的实时监控与调整，降低了意外事件发生的可能性。现场应用表明，对于低压低渗地层，采用一般的工作液体无法达到施工要求的情况下，泡沫液体是一种理想的工作流体，具有广阔的应用前景。主题词：氮气泡沫：非牛顿流体；泡沫发生器；入井液StudyandApplicationofNitrogenFoamIncomingWellFluidByXianyong，Dong(Oil＆GasFieldDevelopmentEngineering．Unive

5、rsityofPetroleum，China)DissertationSupevisor：Zhaomin，Li(Professor)Thepurposeofthisstudyistoinvestigatethecharacteristicsofnitrogenfoamanditsapplicationinpetroleumindustry．Nitrogenfoamisacompressiblenon·nowtonianfluid，whichhaslowabsorptionanddamagetoformation，alsohashighsand—carryingcapacityand

6、isnoteasytoexplodewhenitismixedwimthenaturalgasfromreservoirinwell．Nitrogenfoamincomingwellfluidcanbeusedforwellcleanout，perforationandaidingback-flowafteracidizinginabsorptionwellorlowpressurewell．Afoamingagentandastabilizationagentsystemwereselectedfromseveralavailableagentsinoilfieldthrough

7、experimentinlaboratory．Theissueofflowofnon-newtouianfluidinductandannularductswasstudied，whichwaswidelyappliedinthepetroleumindustry，andthevelocityprofileoftheminductandannularductswereobtainedbyvirtueofnumeficalcalculation．Thenumerical