油气井流体力学教学课件PPT固液两相流动

《油气井流体力学教学课件PPT固液两相流动》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三章　环空固液两相流动颗粒沉降速度牛顿流体非牛顿流体钻井液的携带能力Moore关系式Chien模式Walker和Mayes关系式岩屑传输率两层稳定运移模型岩屑运移机理两层运移模型岩屑床厚度经验模式实验研究主要内容1第三章　环空固液两相流动两层不稳定运移模型模型假设与时间相关方程的建立差分离散计算结果Chien模式Walker和Mayes关系式三层稳定运移模型几何模型数学模型的建立传输方式和通用方程模拟结果主要内容2第三章　环空固液两相流动第一节颗粒沉降速度1.1牛顿流体重力W、浮力Fbo和粘性阻力F平衡粘

2、性阻力F与球形颗粒的沉降速度之间的关系(stokes)则颗粒沉速为：适用于雷诺数小于0.1的流动（工程单位）3第三章　环空固液两相流动第一节颗粒沉降速度1.1牛顿流体对于雷诺数大于0.1的流动，引入摩擦系数的概念：颗粒沉降速度公式可用于雷诺数小于0.1的情况。4第三章　环空固液两相流动第一节颗粒沉降速度1.1牛顿流体形状圆球度球体1.0八面体0.85立方体0.81圆柱体h=r/15h=r/10h=r/3h=rh=2rh=3rh=10rh=20r0.250.320.590.830.870.960.690.58

3、5第三章　环空固液两相流动第一节颗粒沉降速度1.1牛顿流体例1钻井液的密度为8.33lbm/gal，粘度为1cp，含沙量约为1%（体积分数）。如果钻井液停止循环30分钟，将有多少砂砾沉降到井底？假定砂砾的平均粒径为0.0025in，圆球度为0.81，比重为2.6,沙砾沉降物的孔隙度为0.4。解：6第三章　环空固液两相流动第一节颗粒沉降速度1.1牛顿流体7第三章　环空固液两相流动第一节颗粒沉降速度1.1牛顿流体例1钻井液的密度为8.33lbm/gal，粘度为1cp，含沙量约为1%（体积分数）。如果钻井液停止循

4、环30分钟，将有多少砂砾沉降到井底？假定砂砾的平均粒径为0.0025in，圆球度为0.81，比重为2.6,沙砾沉降物的孔隙度为0.4。解：=如果钻井液停止循环30min，井筒下方沉降的沙砾高度为303ft。如果那么井底沙砾沉降物的高度为：8第三章　环空固液两相流动第一节颗粒沉降速度1.2非牛顿流体9第三章　环空固液两相流动第一节颗粒沉降速度1.2非牛顿流体微粒直径必须大于例2泥浆密度为9lbm/gal，胶凝作用力为5lbm/100sqft，沙砾比重为2.6。试计算能在钻井液中悬浮的沙砾的最大直径。10第三章

5、　环空固液两相流动第一节颗粒沉降速度1.4Moore关系式非牛顿流体牛顿流体11第三章　环空固液两相流动第一节颗粒沉降速度1.4Moore关系式当流核雷诺数≤3时，流体处于层流状态，对于过渡流雷诺数，12第三章　环空固液两相流动第一节颗粒沉降速度1.5Chien模式对于聚合物钻井液：对于粘土在水中悬浮问题，推荐使用塑性粘度代替表观粘度。在颗粒雷诺数小于100时：13第三章　环空固液两相流动第一节颗粒沉降速度1.6Walker和Mayes关系式Walker和Mayes提出了用磨擦系数来求滑脱速度的关系式，适用

6、于圆片。颗粒雷诺数大于100时，认为流动模式是紊流，并假定f=1.12，则：14第三章　环空固液两相流动第一节颗粒沉降速度1.6Walker和Mayes关系式雷诺数小于100时则用于确定颗粒雷诺数的表观粘度由下式得到：15与=刻度盘读数×1.066=电机速度×1.03第二节岩屑传输率岩屑向地面运移的速度为流体流动速度和颗粒沉降速度之差。传输速度：颗粒相对于地面移动的速度传输率为传输速度与平均环空返速之比：传输率为正值时，岩屑被携带到地面。当颗粒沉降速度为零时，岩屑平均速率与平均环层速率相等，岩屑传输率为整数

7、。随着颗粒沉降速度的增加，传输率减小，岩屑在环空向地面传输途中浓度增大。所以，岩屑传输率是钻井液携岩能力的量度。第三章　环空固液两相流动16第二节岩屑传输率预测岩屑传输率的各种方法对比第三章　环空固液两相流动17第二节岩屑传输率各种方法预测岩屑传输效率的误差直方图第三章　环空固液两相流动18第二节岩屑传输率Moore和Chien关系式预测下滑速度的误差直方图第三章　环空固液两相流动19通过提高泥浆泵排量可以降低环空泥浆平均密度，从而提高岩屑传输效率。但是，随着泥浆泵排量增加到达一定值后，井底压力会随着流量的

8、增加而增大，这是因为在环空产生了过大的磨擦压力损失。同时，由于钻柱中的过大摩擦压力损失，钻头处的喷射冲击力开始随着流量的增大而降低。因此，存在一个最优化流量，在该流量下，钻进每英尺理论费用最小。第二节岩屑传输率第三章　环空固液两相流动20第二节岩屑传输率岩屑传输优化结果实例第三章　环空固液两相流动21第二节岩屑传输率泥浆粘度对优化岩屑传输效率和降低每英尺费用的影响实例调整流体性质（粘度、密度）及增加环空返速可增大