偏心环空

摘要： 在小间隙环空注水泥固井过程中,当套管偏心严重时,除了在环空两壁面上有钻井液滞留外,在环空窄间隙处可能会出现钻井液的整体滞留现象。为了改善固井质量,从钻井液发生整体滞留条件出发,通过分析流体受力特性,建立了小间隙偏心环空钻井液滞留模型。基于该钻井液滞留模型并结合长庆某区块实例井作业工况,分析套管偏心度、水泥浆与钻井液密度差、钻井液屈服值等因素对小间隙偏心环空内顶替效率的影响规律。分析结果表明:随着套管偏心度的增加,注水泥顶替效率逐渐降低,当套管偏心度大于0.5后,环空窄间隙处发生钻井液的整体滞留现象,顶替效率急剧降低且套管偏心越严重,通过增加顶替压差来改善钻井液整体滞留角的效果越不明显;提高套管的居中度,增大顶替压差和钻井液与水泥浆的密度差,降低钻井液的屈服值均有利于提高小间隙偏心环空内注水泥顶替效率。研究结果可为准确便捷预测小间隙偏心环空内顶替效率提供理论依据。

摘要： 针对煤层气井存在套管不居中和井眼不规则的情况,建立煤层气井偏心环空不规则井眼简化模型,定义顶替接触界面协调性描述方法,应用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法选择流体体积(volume of fluid,VOF)模型对赫巴模式注水泥顶替过程进行控制和求解。结果表明:水泥浆偏心流动上端突进、下端滞后,重力效应对其有一定的抑制作用;顶替流体相对密度与套管偏心度存在最优耦合条件,适当增大顶替流体相对密度有助于改善偏心环空顶替效果;井眼突变产生漩涡流和“顶替死角”,顶替效果随井眼不规则性增强加速下降。因此,改善套管居中度、保证井眼连续性是提高顶替效果的重要措施。

摘要： 在窄安全密度窗口地层下套管过程中,套管柱在井眼中运动产生的波动压力极易诱发井下复杂情况。为保障窄安全密度窗口条件下下套管作业的安全,文章建立了偏心环空下套管瞬态波动压力计算模型,并基于井筒压力平衡关系建立了尾管下入与钻杆送入过程中井筒压力预测与控制模型,分析了作业中井底压力瞬态波动的主要影响因素,开展了现场控压下套管案例研究。研究结果表明,套管下入速度、套管偏心度、钻井液流变参数是影响井底压力波动的主要因素。环空瞬态波动压力随着环空流体流变参数(屈服值、稠度系数、流性指数)、套管下入速度的增大而增大,随着偏心度的增加而减小。并在DB-X井开展了现场试验,建立了控压下套管井筒压力控制图版,计算结果显示当尾管送入速度控制在0.16~0.20 m/s时能有效保障井底安全,该数据指导了本井的现场施工,有效防止了下套管过程中井下复杂的发生。文章的研究结果为下套管速度优化、井底压力控制提供了新思路,对降低窄安全密度窗口地层中下套管施工风险和提高固井质量具有重要意义。

摘要： 为揭示页岩气偏心水平井气侵期间岩屑运移规律,基于欧拉多相紊流计算模型,研究钻井液排量与黏度、气体侵入量、岩屑粒径、入口岩屑含量对气侵期间偏心度为0.75的环空岩屑分布的影响。结果表明,气侵期间上述因素均会对偏心环空岩屑分布造成不同程度的影响,随岩屑粒径与入口岩屑含量的增大、钻井液排量与黏度的减小,环空出口底部岩屑床厚度增加,气体侵入量安全范围内对岩屑分布影响甚微,随其增大,岩屑床厚度稍有上升。

摘要： 柱塞气举利用井底压差推动柱塞沿井筒运动,依靠柱塞与管壁间隙密封举升上部液体至井口,达到排水采气目的.目前,针对柱塞实际运动中发生偏心对气举密封的影响认识不够清晰,导致无法进一步优化柱塞密封结构和工艺参数.为此,利用气液两相分层流动数值计算方法,讨论了紊流槽内相含率和速度场变化规律,并分析其多道密封机理,获得不同偏心距导致的环空间隙差异条件下柱塞密封效果.结果表明:当柱塞与油管轴线处于同心状态作业时,根据特定场合设计的柱塞外壁紊流槽的密封效果可以满足气举要求,但由于柱塞运动时很难保证同心,随偏心距逐渐增大,柱塞与油管间隙增大导致其密封效果逐渐变差.在偏心距为0.9 mm时,窜气量相比同心状态增加140.33％,大量气体发生滑脱;偏心距为1.5 mm时,液体以0.29 kg/s的速度泄露至柱塞下方区域.故偏心状态对气举柱塞密封性能的影响不容忽视,对此修正柱塞偏心环空状态下的运动方程,以探究柱塞偏心后对启动压力和单次循环排液量的影响.

摘要： 为解决常规钻井水力学公式对偏心流场计算结果与实际有所差别的问题,揭示大位移井偏心环空水力行为规律,基于fluent软件对幂律钻井液偏心环空紊流流动进行了数值模拟研究,分析偏心度、稠度系数、流性指数、屈服值、钻杆与钻头组合对流动规律的影响.结果表明,随偏心度、稠度系数、流性指数、屈服值、钻杆与钻头尺寸比例的增大,环空中宽间隙处的流速、压力逐渐增大,而窄间隙处的流速、压力逐渐减小.

摘要： Herschel-Bulkley模型(即屈服幂率模型)可用于研究非牛顿流体的流动特性,并能在大范围剪切速率条件下得到准确的预测结果.为此,采用有限体积方法(FVM),研究了内部管柱旋转及流变参数(屈服应力τ0、稠度系数K和流性指数n)对偏心环空(E=0.5)中Herschel-Bulkley流体层流区域的轴向、切向速度剖面与压降梯度的影响.研究结果表明,内部管柱转速从100 r/min增加至400 r/min时,会引起最大轴向速度增加,增幅为120％;较低的流性指数(n=0.2)会引起偏心环空宽区域出现二次流;内部管柱转速及流变参数的变化对偏心环空宽区域切向速度剖面有不良影响;内部管柱转速从0增加至400 r/min时,会引起不同偏心环空(E=0.2,0.4,0.6和0.8)内幂率流体压降梯度降低,降低幅度为10％.

摘要： 在定向井和水平井钻井过程中,由于岩石和地应力的各向异性,易形成非规则圆形井眼,导致井底压力难以准确预测.鉴于此,建立了基于平板层流假设的椭圆井眼偏心环空赫巴流体层流流动压降模型,开展了椭圆井眼偏心环空赫巴流体层流流动CFD仿真模拟,并利用仿真结果对平板模型进行验证,同时系统分析了环空几何参数、流体流变参数和流量等对压降梯度的影响规律.分析结果表明:压降梯度随流量、屈服值和稠度系数的增大呈拟线性或线性增加,随环空内外径之比和流性指数呈指数性增大,随井眼长短轴之比和偏心率的增大而降低;椭圆井眼对压降影响大于圆形井眼;平板模型预测结果与CFD模拟结果符合较好,误差仅为±5％.建立的椭圆井眼偏心环空平板层流模型为准确便捷预测椭圆井眼中的井底压力提供了理论依据.

摘要： 采用实验或理论方法研究偏心环空注水泥过程较困难,大多采用数值模拟方法,为了解决偏心环空注水泥顶替时存在的窄间隙和顶替界面追踪问题,考虑相界面间的表面张力并将其作为耦合变量,用Navier-Stokes方程描述流体流动,用Cahn-Hilliard方程表征相界面变化,建立了基于相场法的注水泥顶替模型,通过数值方法研究了偏心环空注水泥时的流场及顶替界面演变过程.结果表明:偏心环空注水泥存在宽边顶替液指进、窄边被顶替液滞流现象,容易使水泥浆混浆而降低固井质量;当偏心度、水泥浆、前置液或钻井液性能一定时,采用低排量顶替,有助于降低偏心效应对顶替效率的影响.该方法考虑了表面张力的影响,对于微通道多相顶替问题也适用,可以用于小井眼或裂缝性漏失地层等复杂工况下的注水泥顶替过程模拟;该方法能够观测到被顶替液的"滞流"现象,完善两相顶替控制方程,以更真实地模拟被顶替液"滞留"现象,是下一步数值模拟的研究方向之一.

摘要： 在定向井、水平井钻井及固井作业中,非牛顿流体在偏心环空中的流动是非常普遍的,其在偏心环空中的流态与在同心环空中有很大区别:对于层流或湍流,当流态相同时,偏心环空中的压降更低;但层流过渡到湍流时,偏心环空的压耗更大.因此,忽视特定情况下偏心环空压耗而产生的计算误差可能会导致地层破裂或井控问题.提出了偏心环空中压力损失计算的新方法,实际结果表明,该方法能够有效模拟偏心环空中非牛顿流体的压降.

摘要： 基于双极坐标系下幂律流体在内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的控制方程,推导了在内管做轴向往复运动的偏心环空中流动的幂律流体对内管的作用力的计算公式,并给出了相应的数值计算方法.以HPAM水溶液为例,应用上述计算公式和数值计算方法,计算了在内管做轴向往复运动的偏心环空中流动的幂律流体对内管的作用力,绘制了在内管做轴向往复运动的偏心环空中流动的HPAM水溶液对内管的作用力随时间的变化曲线,并分析了HPAM水溶液的流性指数,内管的偏心度、冲程和冲次对该作用力的影响.

摘要： 根据流体力学理论,以连续性方程和N-S方程为控制方程,利用计算流体力学方法对不同偏心度的赫巴流体环空流动进行系统的数值模拟,揭示了流速及偏心度变化对于环空流场的影响规律:随偏心度不断增大,环空宽间隙处的流速剖面先整体不断增大,在达到临界最大流速剖面后又逐渐整体减小,与此同时还对应存在一个临界最大湍动能剖面和临界最小表观黏度剖面,湍动能和表观黏度的变化都很好地跟随了偏心度的变化.充分理解并运用好这一规律将对偏心环空流动的深入研究具有指导意义.

摘要： 本研究利用待定系数法对Newton 流体偏心环空螺旋流动的运动方程进行了变换，得到了给定流量情况下Newton 流体偏心环空螺旋流动的压力梯度的计算公式。并以水为例，利用上述压力梯度计算公式，采用有限差分法对该流动的压力梯度进行了数值计算。计算结果表明：压力梯度随着环空偏心度的增大而减小，随着流量的增大而增大。

摘要： 给出了双极坐标系中幂律流体偏心环空螺旋流时流体作用在内管外壁上的法向、切向应力分布和扭矩计算公式；以可视为幂律流体的CMC 水溶液为例，利用幂律流体偏心环空螺旋流的流函数分布数值解对该流动的流体作用在内管壁的法向、切向应力分布和扭矩进行数值计算，并分析了内管自转速度、环空偏心度和压力梯度对其影响；以水为例，把利用本研究数值解绘制的法向、切向应力分布和扭矩曲线和解析解绘制的法向、切向应力分布和扭矩曲线进行了对比，两者吻合得较好，可以说明本研究数值计算幂律流体偏心环空螺旋流的流体作用在内管壁的法向、切向应力分布和扭矩的方法是正确的。

摘要： 建立了双极坐标系下牛顿流体的内管做轴向往复运动的偏心环空中非定常流的控制方程、初始条件和边界条件方程,以及瞬时流量计算公式.给出了计算这种流动瞬时流量分布的数值方法.以水为例,对这种流动的流量分布进行了数值计算,绘制了瞬时流量分布曲线.分析结果表明,环空偏心距、内管冲程、内管冲次对瞬时流量分布的影响较为明显.

摘要： 利用共转Maxwell本构模型建立了黏弹流体在内管做轴向运动的偏心环空中定常流动的控制方程,采用控制容积法和ADI方法对流场进行了数值计算,分析了偏心度、内管运动速度以及流体的弹性对速度分布及内管所受径向力的影响,得出了聚驱井抽油杆偏磨加重的原因.

摘要： 本文利用管流的通解和格林函数,导出把速度场在不同坐标中表示的加法定理.运用加法定理和管壁处的边界条件就可以定出级数解的展开系数,并导出了计算偏心环空轴向流流量的一般公式.本文中我们详细计算了外管中心在内管内的各种管流.本文发展的方法不但可以以级数的形式获得偏心环空中轴向流的级数解,而且可以一般地处理由一组圆管平行排列组成的排管中的轴向流.

摘要： 在水平井生产后期，出水问题制约了水平井开发效果。对割缝筛管完井的水平井实施环空化学封隔技术(ACP)，是实施水平井堵水的有效方法。环空化学封隔材料在环空分布与前缘速度密切相关，为求解该速度，首先给出了流变模式，其次进行无量纲化处理，最后给出流速方程及求解方法。计算结果表明：偏心环空窄处流速较小且存在流核。为了提高ACP材料注入效果，应多加扶正器。

摘要： 给出了运动双极坐标系中牛顿流体在内管做行星运动的环空中流动的控制方程；建立了该流动的内管法向、切向应力分布和扭矩计算公式；在采用有限差分法对控制方程进行数值求解的基础上，利用计算公式对内管法向、切向应力分布和扭矩进行了数值计算；绘制了内管法向、切向应力和扭矩的分布曲线，分析了内管自转和公转速度、环空偏心度对内管法向、切向应力分布和扭矩的影响。

摘要： 给出了运动双极坐标系中牛顿流体在内管做行星运动的环空中流动的控制方程；建立了该流动的内管法向、切向应力分布和扭矩计算公式；在采用有限差分法对控制方程进行数值求解的基础上，利用计算公式对内管法向、切向应力分布和扭矩进行了数值计算；绘制了内管法向、切向应力和扭矩的分布曲线，分析了内管自转和公转速度、环空偏心度对内管法向、切向应力分布和扭矩的影响。

摘要： 本发明的一种偏心圆管环空幂律流体流态的测算方法，提出了偏心圆管环空横截面任一间隙雷诺数的计算方法，用以描述偏心圆管环空横截面任一间隙的局部区域的平均流态，同时，还通过研究非牛顿流体偏心圆管环空宽间隙雷诺数与偏心圆管环空综合雷诺数Re之比，偏心圆管环空窄间隙雷诺数与偏心圆管环空综合雷诺数Re之比，偏心圆管环空宽、窄间隙雷诺数之比，较圆满地解释了不同宽、窄间隙出现不同流态的现象。本发明提出的偏心圆管环空间隙雷诺数及偏心圆管环空层流、紊流分区的概念，对偏心圆管环空水泥浆顶替规律和沿环空压降的计算等工程应用方面带来积极的意义。

摘要： 本发明涉及石油钻井领域，具体而言，涉及原始地层温度、空井筒静态温度、环空静态温度以及环空动态温度的测量方法。一种原始地层温度的测量方法，包括：一开钻井后待井筒流体与地层达到热力学平衡，向一开井内下入缆式测温装置，获取一开空井筒静态温度分布；获得二开空井筒静态温度分布；获得三开空井筒静态温度分布；将一开空井筒静态温度分布、二开空井筒静态温度分布以及三开空井筒静态温度分布数据进行拟合，即可获得全井段原始地层温度分布。通过上述测试结果以及计算可推测出原始地层温度、井筒内的动态温度变化以及静态温度，井筒内流体(或钻井液)的温度以及流体的增温量，预测井下不同工况条件下地层与井筒温度的动态变化特征。

摘要： 本发明的一种偏心圆管环空幂律流体流态的测算方法，提出了偏心圆管环空横截面任一间隙雷诺数RepΦ的计算方法，用以描述偏心圆管环空横截面任一间隙的局部区域的平均流态，同时，还通过研究非牛顿流体偏心圆管环空宽间隙雷诺数ReΦw与偏心圆管环空综合雷诺数Re之比，偏心圆管环空窄间隙雷诺数ReΦn与偏心圆管环空综合雷诺数Re之比，偏心圆管环空宽、窄间隙雷诺数之比，较圆满地解释了不同宽、窄间隙出现不同流态的现象。本发明提出的偏心圆管环空间隙雷诺数及偏心圆管环空层流、紊流分区的概念，对偏心圆管环空水泥浆顶替规律和沿环空压降的计算等工程应用方面带来积极的意义。

摘要： 本实用新型涉及天然气水合物钻井技术领域的一种模拟天然气水合物不同转速钻杆偏心对环空携岩影响的实验装置，它主要由电源、调速器、精密电机、减速器、内外管接头、隔水板、岩屑储集室、尼龙颗粒漏斗、岩屑颗粒漏斗、外管、内管、轴承、混合物出口、液固两相分离器、电加热干燥器、尼龙颗粒收集桶、岩屑颗粒收集桶、进水口、实验台、可调底座、液体流量计、水泵、贮水槽和摄像机组成。岩屑储集室设于外管的中部；电源依次与调速器和精密电机相连；精密电机依次与减速器、内管、内外管接头和轴承相连；贮水槽依次与水泵和液体流量计相连。本实用新型使用方便快捷，能很好的模拟天然气水合物钻杆偏心对环空携岩的影响。

摘要： 一种用于油田开采领域，特别是用于油井井下油套连通的井下偏心可投捞套管环空加药装置，包括工作筒(1)，可捞式阀芯总成(2)、O型密封圈(3)，工作筒(1)中装有可捞式阀芯总成(2)，工作筒(1)与可捞式阀芯总成(2)之间设有O型密封圈(3)，不仅不影响油井测试，且在井下装置失效后不需要修井作业，并能根据不同的工艺要求井下的加药、封堵油套环空和油套连通的多种不同的工艺要求。

摘要： 本发明涉及的是偏心环空注水泥附加量确定方法，这种偏心环空注水泥附加量确定方法：一、计算各点的套管偏心度，并确定全井的平均套管偏心度；二、计算环空封固段容积；三、建立长度为100米的有限元物理模型并进行网格划分，输入顶替流体性能和顶替排量进行偏心环空注水泥两相流体顶替数值模拟；四、实时追踪数值模拟过程中顶替界面后缘钻井液的位置，记录顶替界面后缘钻井液的位置与其对应的顶替时间，通过回归拟合的方法得到顶替界面后缘钻井液的位置与顶替时间之间的函数关系；五、计算顶替界面后缘的钻井液到达封固段顶部时所需的顶替时间以及所需的注水泥附加量。注水泥附加量的计算公式为。本发明能够确定合理的注水泥附加量，避免了设计注水泥附加量的随机性和盲目性。

摘要： 本发明涉及的是水平井偏心环空顶替参数优化设计方法，属于水平井固井顶替技术，这种水平井偏心环空顶替参数优化设计方法：一、计算在给定套管下入安全的条件下水平段套管的平均偏心度；二、考虑顶替流体密度差引起的驱动力和宽窄间隙阻力对顶替界面形状的影响，建立水平井偏心环空顶替界面形状计算模型；三、测量水泥浆和钻井液的流变参数及密度；四、进行水平井偏心环空顶替界面形状计算，改变水泥浆与钻井液的密度差分析顶替界面掺混的长度，得出保证最小顶替界面掺混长度时的水泥浆与钻井液的密度差；五、调整水泥浆的密度，使之达到与实现最小顶替界面掺混长度时所需要的密度相等或接近。本发明能够确保固井顶替界面平齐推进，避免发生指进引起的界面失稳现象，降低顶替界面两相流体掺混程度。

摘要： 本发明涉及的是偏心环空注水泥附加量确定方法，这种偏心环空注水泥附加量确定方法：一、计算各点的套管偏心度，并确定全井的平均套管偏心度；二、计算环空封固段容积；三、建立长度为100米的有限元物理模型并进行网格划分，输入顶替流体性能和顶替排量进行偏心环空注水泥两相流体顶替数值模拟；四、实时追踪数值模拟过程中顶替界面后缘钻井液的位置，记录顶替界面后缘钻井液的位置与其对应的顶替时间，通过回归拟合的方法得到顶替界面后缘钻井液的位置与顶替时间之间的函数关系；五、计算顶替界面后缘的钻井液到达封固段顶部时所需的顶替时间以及所需的注水泥附加量。注水泥附加量的计算公式为。本发明能够确定合理的注水泥附加量，避免了设计注水泥附加量的随机性和盲目性。

摘要： 本发明涉及的是水平井偏心环空顶替参数优化设计方法，属于水平井固井顶替技术，这种水平井偏心环空顶替参数优化设计方法：一、计算在给定套管下入安全的条件下水平段套管的平均偏心度；二、考虑顶替流体密度差引起的驱动力和宽窄间隙阻力对顶替界面形状的影响，建立水平井偏心环空顶替界面形状计算模型；三、测量水泥浆和钻井液的流变参数及密度；四、进行水平井偏心环空顶替界面形状计算，改变水泥浆与钻井液的密度差分析顶替界面掺混的长度，得出保证最小顶替界面掺混长度时的水泥浆与钻井液的密度差；五、调整水泥浆的密度，使之达到与实现最小顶替界面掺混长度时所需要的密度相等或接近。本发明能够确保固井顶替界面平齐推进，避免发生指进引起的界面失稳现象，降低顶替界面两相流体掺混程度。

摘要： 本发明的一种牛顿流体偏心环空螺旋流动速度的计算方法，其特征在于：采用解析法求解偏心环空螺旋流场，通过将欧氏三维空间中牛顿流体的动量张量方程映射到黎曼曲面二维空间中，将偏心环空的三维螺旋流动简化为环空薄层内的二维流动，最后得到了表达简洁的牛顿流体偏心环空螺旋流动速度的解析解。本发明的牛顿流体偏心环空螺旋流动速度的解析解，可用于预测和量化在石油钻井泥浆顶替水泥浆时的两相流动中，出现的宽、窄间隙水泥浆返高差异和泥浆串槽问题。本发明的方法主要用于对石油钻井工程环空携岩流动规律的研究、井眼环空沿程流动阻力的计算及其计算精度的提高，都有较重要的实际意义。