套管旋流扶正器水力结构的分析及优化

摘要

在固井过程中，顶替效率是衡量固井质量的一个关键因素，而套管居中度与顶替流态是影响泥浆被驱替干净与否的重要影响因素。套管旋流扶正器是一种既能使套管居中，又能改变环空水泥浆流动特征形成螺旋流场，从而达到紊流顶替顶，提高固井质量的机械装置。本文以ANSYS数值模拟为基础，研究套管旋流扶正器结构参数、流体性能参数对旋流的影响，并在此基础之上优化套管旋流扶正器的安放间距。 对套管旋流扶正器流速场的研究表明，套管旋流扶正器能改变环空顶替流场，形成有利于冲洗井壁的交替流速核，且其最大速度偏向于井壁，有利于对井壁泥饼的冲洗。在肋片截面面积相同的情况下，肋片宽度随着径向增大而增大时，其旋流衰减曲线较好；随着肋片截面面积的减小，肋片有效高度的增加，肋片长度和肋片升角在一定范围内增加，旋流长度均增加；以雷诺数为基础，得出了流体性能参数与旋流衰减的关系。 在此基础之上建立包含了套管旋流扶正器结构参数与流体性能参数的套管旋流扶正器的旋流长度公式。综合考虑环空压力损耗和套管旋流扶正器结构参数对旋流的影响，得出套管旋流扶正器安放间距的设计依据，并形成套管旋流扶正器结构参数及安放间距优化设计软件。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章前言

1.1论文的研究意义

1.2各种扶正器概述

1.2.1整体式强力编织套管扶正器

1.2.2套管液压扶正器

1.2.3单双弓形弹簧片套管扶正器

1.2.4滚轮扶正器

1.2.5钢制固井扶正器

1.2.6螺旋式扶正器

1.2.7中空刚性套管扶正器

1.2.8 DCT插入扣合式弹性扶正器

1.3套管旋流扶正器国内外研究现状

1.4本论文的主要研究内容

第2章套管旋流扶正器CFD模拟

2.1数值计算方法简介

2.2 ANSYS数值模拟软件简介

2.3 ANSYS模拟软件CFD模块概述

2.4套管旋流扶正器实体模型的建立

2.5套管旋流扶正器实体模型的网格划分

2.6前处理、后处理与边界条件的处理

2.7求解收敛检测

2.8控制方程

2.9模拟分析参数设置步骤

第3章套管旋流扶正器数学模型

3.1套管旋流扶正器几何描述

3.2套管旋流扶正器入口端之前的流动数学模型

3.3套管旋流扶正器内部流场数学模型

3.4套管旋流扶正器后旋流衰减流场数学模型

3.5环空螺旋衰减流压降模型

第4章套管旋流扶正器参数对旋流的影响

4.1肋片截面形状对旋流衰减的影响

4.1.2肋片截面形状对旋流周向速度衰减的影响

4.1.2平均旋流角

4.2肋片截面面积对旋流衰减的影响

4.3肋片长度对旋流长度的影响

4.4肋片升角对旋流长度的影响

4.5肋片有效高度对旋流长度的影响

4.5.1肋片高度对旋流长度的影响

4.5.2偏心距对旋流长度的影响

4.6排量(环空反速)对旋流长度的影响

4.7流体性能对旋流长度的影响

4.8本章小结

第5章套管旋流扶正器结构及其安放间距的优化设计

5.1套管旋流扶正器安放间距的设计依据

5.2套管旋流扶正器结构参数的优化设计

5.2.1套管旋流扶正器肋片截面形状的选择

5.2.2套管旋流扶正器肋片截面面积的设计

5.2.3套管旋流扶正器肋片长度及有效高度的设计

5.2.4套管旋流扶正器肋片升角的设计

5.3套管旋流扶正器结构及其安放间距设计软件

第6章结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间的研究成果