幂律流体偏心环空螺旋流压力梯度的数值计算.pdf

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1、第32卷第2期石油钻采工艺V01．32No．22010年3月OILDRILLING&PR0DUCTIONTECHNOLOGYMar．2Ol0文章编号：1000—7393(2010)02—0011—04幂律流体偏心环空螺旋流压力梯度的数值计算蔡萌(大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江大庆163453)摘要：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

2、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。关键词：幂律流体；螺旋流；环空；压力梯度；待定系数法；数值计算中图分类号：TE21文献标识码：ANumericalcalculationofpressureg

3、radientofhelicalflowofpower-lawfluidineccentricannulusCAIMeng(ProductionandEngineeringResearchInstituteofDaqingOilfieldCo．，Ltd．Daqing163453，Ch／na)Abstract：Thepressuregradientofhelicalflowofdrillingfluidthatcanberegardedaspower-lawfluidineccentricannulus

4、isstudiedinthispapertorationallydesignhydraulicparametersofdrilling．ThegoverningequationsofhelicalflowofpoweMawfluidineccentricannulusarctransformedbytheundeterminedcoeficientsmethod，thepressuregradientformulaforthisflowisobtained．Tak·ingCMCaqueoussolut

5、ionwhichcanberegardedasapower—lawfluidforanexample，thepressuregradientofthisflowisnumericallycalculatedbyusingthefinitedifferencemethodandtheinfluencesoftherotationvelocityofinnercylinder,theeccentricityandtheflowrateonthepressuregradientareanalyzed．The

6、resultsshowtheeccentricityandtheflowratearemaininfluentialfactors．Comparingthepressuregradientcalculatedbythenumericalsolutionofaxialvelocitygiveninthispaperwiththatcalculatedbytheanalysissolution，theycoincidewell，whichshowsthattheformulaandthenumerical

7、calculationmethodofpressuregradientofhelicalflowforpoweMawfluidineccentricannulsarecorrectandcanbeappliedfurther．Keywords：power-lawfluid；helicalflow；annulus；pressuregradient；undeterminedcoeficientmethod；numericalcalculation在钻井旋转钻进的过程中，钻柱常常偏离井眼流体偏心环空螺旋流的

8、流函数和轴向速度的解析轴线，致使井下在一段长度范围内形成了偏心环空。解；张海桥等推导了幂律流体环空螺旋流的视钻井液在旋转钻柱及压力梯度的作用下流过该段环黏度和速度分布函数的解析表达式及流量的计算公空时，便产生了偏心环空螺旋流。关于流体偏心环式；崔海清等推导并计算了幂律流体同心环空空螺旋流，Ballal等给出了忽略惯性力下Newton层流螺旋流的压降，并通过实验验证了该流动的压基金项目：国家自然科学基金项目(编号：50374018)和黑龙江省自然科学基金项