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水平环空流动中重晶石沉降的数值模拟

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Chapter 1 Introduction

1.1Introduction of Barite Sag

1.2 Literature Review

1.2.1API Definition of Barite Sag

1.2.2Boycott Phenomena

1.2.3Influence of Drilling-Process Variableson Barite Sag

1.2.4Influence of Drilling Fluid Properties on Barite Sag

1.2.5Modeling of Particle Settling

1.2.6Modeling and Simulation of Barite Sag

1.3Research Content

1.4 Approach

1.4.1Horizontal Pipe Configuration

1.4.2Annular Configuration

1.5 Study Output

Chapter 2 Theoretical Background

2.1 Introduction

2.2Simulation Methods

2.2.1Computational Fluid Dynamics (CFD)

2.2.2Discrete Element Method (DEM)

2.2.3CFD-DEM Coupling

2.3Horizontal Pipe Configuration

2.3.1Mass Balance

2.3.2Momentum Balance

2.3.3Dispersed Phase Viscosity

2.3.4Interphase Momentum Transfer

2.3.5Solid Pressure

2.3.6 Discretization

2.4 Annular Configuration

2.4.1Governing Equations for Fluid Flow

2.4.2Governing Equations for Particle Flow

2.4.3 DEM Particle Time Scala

Chapter 3 Numerical Simulation

3.1 Introduction

3.2Barite Particle Size Distribution

3.3Horizontal Pipe Configuration

3.3.1Model Geometry and Mesh

3.3.2Simulation Conditions

3.4 Annular Configuration

3.4.1Model Geometry and Mesh

3.4.2Simulation Conditions

Chapter 4 Results and Discussion

4.1 Introduction

4.2Horizontal Pipe Configuration

4.2.1Validation of CFD Model

4.2.2Discussion of the CFD Model

4.3Annular Configuration

4.3.1Discussion of the 3D CFD Model

Chapter 5 Conclusion and Further Works

5.1 Conclusions

5.2Further Works

Nomenclature

Appendices

A.1 Brief on Multiphase Flows

参考文献

Academic Achievements

致谢

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摘要

随着全球能源需求的激增和油气资源的日渐枯竭,各大油公司为降低综合施工成本大量采用定向钻井技术。倾斜或水平井眼可有效增大泄油面积,提高油井产量。但与此同时,钻井液中的加重材料在上述井眼中也容易沉降成床,即重晶石沉降。 本文的研究工作主要分为两部分:(1)基于双欧拉方法建立了管内液固两相剪切流动的控制方程,采用有限单元法对方程组进行了求解,分析了过流断面上固相浓度变化、混合相粘度变化以及重晶石床的特性。(2)基于欧拉-拉格朗日方法建立了环空中重晶石沉降的控制方程,采用有限体积法对方程组进行了求解并分析了不同因素对重晶石沉降的影响规律。 研究结果表明:(1)本文所建立的模型较为准确地预测了重晶石床的形成过程,模拟结果与文献所列结论吻合良好。(2)当钻杆转速偏低、环空返速偏低、钻具偏心的情况下容易产生重晶石沉降。(3)水平环空流动中重晶石沉降的模拟结果与前人实验数据定量吻合,表明本文所建立的方法可用于准确预测重晶石沉降过程。

著录项

  • 作者

    Patrick Kabanda;

  • 作者单位

    中国石油大学(华东);

  • 授予单位 中国石油大学(华东);
  • 学科 油气井工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 王明波;
  • 年度 2017
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 钻井工程;
  • 关键词

    环空流动; 重晶石; 沉降;

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