一种新的水平气井临界携液气流速预测模型

气井中积液现象为井筒中液体的回流和聚集,是气井中严重的生产问题之一,会导致产量降低,甚至造成停产。气井积液预测能力对于保证气井正产生产和优化相关生产工艺具有重要意义。为了及时采取适当的对策防止积液现象的发生,准确预测和识别积液点至关重要。使用空气-水混合物在管径为60 mm的管道中进行了压力为0.2 MPa和0.5 MPa时0~90°倾角的室内实验,分析了在不同角度、压力和液体流量下临界气体流量的变化,随着角度的增大,临界气量先增大后减小,倾斜段是最难携液的井段,且55°倾角是最难携液的角度。在液膜受力分析的基础上,考虑到倾斜气井井壁的液膜分布不均匀,采用SHEKHAR的最大液膜厚度分布关系式进行计算,考虑到气芯中液滴载荷和液膜夹带的平衡,建立了一种新的水平气井临界携液气流速预测模型。利用实验数据和现场数据将新模型与LUO模型、BARNEA模型和LIU模型进行比较,新模型计算结果与现场数据吻合最好,准确率为91%,表明该模型比其他积液预测模型具有更好的性能,可用于对水平气井积液的判断。

离子型稀土开采过程中导流井井周矿体颗粒脱落运移临界流速研究

离子型稀土是我国独具特色、世界罕见的矿产资源,主导了全球的中重稀土供给,具有配分齐全、高科技应用元素多与综合利用价值大的特点。但离子型稀土开采过程中易出现井壁坍塌,进而造成边坡失稳。本文分析了导流井井周矿体颗粒受力状态,建立了矿体颗粒脱落运移临界流速计算模型,研究了不同影响因素下矿体颗粒脱落运移临界流速。结果表明,矿体颗粒脱落运移的临界流速随颗粒半径、排列角度、摩擦系数的增大而增大。静电力受浸矿液浓度的影响,但其对矿体颗粒脱落运移临界的影响不大。此外,浸矿液粘度增大能够显著降低临界流速。本研究能够为离子型稀土安全高效开发提供理论与技术支撑。

大水易淤综放工作面泄水巷煤泥淤积物临界流速研究

高家堡煤矿综放工作面面前淋水,水源主要来自采煤工作面顶板,矿井涌水量达到4000~5000 m^(3)/h。结合开采工作面泄水巷煤泥淤积的特点,利用罗宾诺维奇—莫纳方程和哈根—泊肃叶(Hagen-Poiseuille)等公式,确定了煤泥混合物的流变类型和本构方程;采用大型环管实验法建立了煤—泥—水混合物的流动模型,理论分析了工作面泄水巷煤泥淤积物分别在高低压段和不同剪切速率下的沉降特性;计算得到动水条件下煤泥淤积物发生流动的临界流速为1.1~1.5 m/s,从而得出煤泥淤积物的临界流速。研究煤泥在矿井水流动过程中的淤积机理,可为科学合理的清淤工作提供理论依据。

盾构排浆管道内块石流速分析与沉积临界泥浆流速公式推导

为了明晰排浆管道内各种块石的流速情况,探讨块石沉积形成的管道堵塞和泥浆流速的关系,首先,根据流体力学基本方程推导出泥浆液动力计算式;然后,从运动力学角度对水平、斜向上、斜向下、垂直向上管道内的石块取最难排出的状态进行受力分析;最后,对不同形状、不同粒径石块,在不同倾斜角度的泥浆通道内随泥浆流动,达到受力平衡时和泥浆流速差值计算公式进行推导,进而分析推导出各种块石沉积临界泥浆流速计算公式,并设定工程数据试算。得出以下结论:1)不同尺寸、不同形状、不同密度的块石在不同倾角排浆管道内差速流动、流动速度自动分级、沉积临界泥浆流速不同;2)密度小、体积小的块石运动速度快、沉积临界泥浆流速小;3)相同重量、密度的块石,球形的运动速度最快、沉积临界泥浆流速最小,正方体形的次之,长条形的运动速度最慢、沉积临界泥浆流速最大,长径比越大流速越慢、沉积临界泥浆流速越大;4)同一块石,在向下管道流速最快、沉积临界泥浆流速最小,水平管道次之,在垂直上升管道流速最小、沉积临界泥浆流速最大。重点控制始发井和地面垂直向上管道内的泥浆流速至关重要。通过计算以适用经济的泥浆流速来预防排泥管道堵塞。

基于灰色支持向量回归的起伏管线临界携液流速预测模型

延安气田起伏的地理形貌特征,致使其内部采气管线在低点及上倾段容易产生积液问题,制约气田正常生产,开展起伏管线临界携液流速的预测对保障采气管线流动安全和指导地面采气管线布线具有重要价值。为此,基于扩展双流体分相模型和PR气体物性方程,采用最小压力梯度法结合均匀设计构建了临界携液流速样本数据集,同时采用灰色关联计算了样本标签权重,并将其引入支持向量回归算法,构建了临界携液流速的回归预测模型,随后利用网格寻优算法,通过采用K-CV(交叉验证)对模型中超参数进行了优化设计,最后采用延安气田现场运行数据进行了模型准确性验证。研究结果表明:管径大小对临界携液流速影响最大,其次为上坡倾角、含水率和运行压力,其他因素的影响差距相对较小,网格分段寻优对比遗传、粒子群算法在模型超参数优化上具有较强稳定性。该预测模型对延安气田内部采气管线的临界携液流速预测具有较强准确性,可对其积液预测和防治提供理论支撑。

基于ISSA-ELM模型的起伏管道携液临界流速计算方法研究

受温度、压力及起伏地形的影响,在管道低点及上倾管段容易产生积液,对生产造成不利影响。为避免这一情况,基于扩展双流体模型和最小压降法确定携液临界流速,结合拉丁超立方抽样完成实验设计,通过改进初始化种群和加入余弦权重因子实现常规SSA算法的优化,利用ISSA-ELM组合模型计算携液临界流速,并依据实际管道的起伏高程、路由情况、起伏次数等数据实现对模型的持续修正。结果表明,ELM模型的最佳结构为6-11-1型,激活函数应采用Tanh函数;与其余模型相比,ISSA-ELM模型的预测值与计算值的吻合性最高;临界携液流速随起伏次数的增加呈幂指数减小趋势,随着总起伏高程的增加呈波动上升趋势;模型修正后,修正值的保守性更强,准确率可达83.3%。研究结果可为管道防积液工业参数的设定提供参考。

集输管道临界携液流速计算模型研究

为预防管道低洼处积液带来的生产安全问题,采用最小压降梯度模型和双流体模型确定临界携液流速,通过单因素实验模拟不同影响因素下的临界携液流速,并通过均匀实验设计获取因素间的交互作用强度,最终利用随机森林模型完成非线性数据回归和现场结果验证。研究结果表明,压力与临界携液流速呈幂函数关系,温度、管径与临界携液流速呈线性正相关,含水率、上倾角与临界携液流速呈对数关系;单因素中上倾角对临界携液流速的影响最大,其次为含水率和系统压力,二次项因素中系统压力和上倾角的交互作用最强;在20口气井集输管道的验证中,随机森林模型的符合率为90%,陈建磊模型、王旭模型的符合率分别为55%、65%,证明了随机森林模型可以用于临界携液流速的预测和判断。

临界携液流量与流速沿井筒分布规律研究

随着大牛地气田的不断开发,气井压力逐渐降低,气井积液越来越严重,准确预测气井的临界携液流量与流速对气井的配产以及积液判断有着重要的意义。除了寻找适合本气田的临界携液流量模型外,还要考虑最大携液流量在井筒中出现的位置。为此,文中通过建立气井临界携液流量模型与井筒压力、温度分布模型,以流压测试数据为基础,对临界携液流量与流速沿井筒的分布规律展开研究。结果表明:当压力梯度小于临界压力梯度时,临界携液流量随井深增加而减小,当压力梯度大于临界压力梯度时,临界携液流量随井深增加而增加;温度梯度为分别为1.5,2.0,2.5,3.0℃/100 m,临界压力梯度分别为0.04,0.05,0.06,0.07 MPa/100 m。

微分求积法分析具有弹性支承输液管的临界流速

将微分求积方法推广到分析输液管的临界流速 ,这是一个新的尝试。与其它数值方法相比 ,该法极易处理具有弹性边界的输液管。另外 ,由于避免了一系列数值积分的计算 ,且最终须求解的方程的阶数较低 ,故计算量较少 ,精度令人满意。在此基础上 ,本文还研究了各参数对临界流速的影响。

高浓度全尾砂充填料浆临界输送流速研究

以某地下矿山超大规模充填开采发展趋势为背景,结合矿山环境保护的迫切需要,充分考虑粒级组成、料浆黏度、料浆与载体密度、物料密度、管径、管壁粗糙度、管道安装质量、物料加权平均沉降速率等复杂因素,以管道输送阻力损失最小为原则研究高浓度全尾砂充填料浆在不同直径管道内的临界流速,构建高浓度全尾砂充填料浆临界输送流速模型,分析管径和浓度对临界输送流速的影响规律。经验证,高浓度全尾砂充填料浆临界输送流速模型的计算结果可靠,模型计算得出的临界输送流速随管径、浓度等因素的变化表现出明显的规律性。研究结果表明:随着管径的增大,高浓度全尾砂充填料浆临界输送流速呈按幂函数增大的变化特征;随着浓度的增大,高浓度全尾砂充填料浆临界输送流速呈按三次多项式减小的变化特征。

两端支承输流管道的稳定性和临界流速分析

推导两端支承梁弯曲振动的频率方程和振型函数的解析表达式。利用频率方程讨论两端扭转弹簧刚度变化对梁的前两阶弯曲振动特征值的影响。以两端支承梁的振型函数为假设振型导出两端支承输流管道在定常流作用下临界速度的解析表达式,为今后分析这类系统的动态响应提供理论依据。利用临界流速公式系统地分析和讨论扭转刚度、重力系数和轴向预紧力对管道临界流速的影响特性。研究结果表明,量纲一扭转弹簧刚度在0到50区间内变化时对临界流速的影响较大,但大于50时影响明显减弱。当重力系数和轴向预紧力增大时,临界流速也随着增大。一般而言,两端扭转弹簧刚度越大也会增大相应的临界流速值。

无黏性土管涌的临界流速

根据多孔介质中的变截面管模型,分析单个颗粒在孔隙通道中的受力情况,建立力的平衡方程,从而推导出管涌发生时的水流临界流速公式。结合试验对该公式进行了验证,当作用于水流的拖曳力与静水压力的作用大于阻碍其运动的作用时,认为可动颗粒开始起动。算例分析表明,运用临界流速公式能够准确地预测土体的管涌破坏。

浆体管道输送临界流速的研究

全面深入分析了大量物料浆体的试验与运行数据,从物料特性与浆体紊动强度两个重要因素分析浆体浓度对管道临界流速的影响,基于能量守恒提出了合理、实用的浆体管道输送临界流速公式。

中国西部矿区厚松散层的溃沙临界流速与水沙流动特征

以陕北榆横矿区为例,研制全程可视化水沙两相高速流动试验装置,开展颗粒起动试验、溃沙试验和水沙两相流动试验.试验结果表明:细颗粒的流失是溃沙的先决条件,为粗颗粒的运移创造膨胀空间. 0. 3～0. 6 mm风积沙颗粒之间主要以碰撞的形式传递能量,而0. 15～0. 3 mm的风积沙颗粒之间的相互摩擦和挤压作用占优,相比于碰撞作用能量损失较少,相同时间内出沙量随着颗粒粒径的增大呈递减趋势.随着轴向应力的不断增大,风积沙所需要的溃沙临界流速也越来越大.当风积沙粒径d <0. 6 mm时,溃沙时渗流状态为线性层流,临界流速为0. 03～0. 4 cm/s.单位时间内溃沙量与水力梯度成正比,表明含水层水压力是决定溃沙灾害程度的关键因素.

分析输液曲管临界流速的迁移矩阵法

提出了一种分析输液曲管临界流速的方法 .与其它方法相比 ,该方法不但容易处理带任意多个中间支承和变刚度、变曲率的输液曲管问题 ,而且由于对各段位移、内力关系导出了一系列显式 ,故不管离散段数多少 ,最终都只需解一个三阶矩阵方程 ,因此计算量小。

液动锤射流元件喷嘴临界流速预测与验证

应用CFD动态分析技术,对SC71B型液动锤内部流场进行了仿真分析,结果表明,其射流元件临界流速为20.305～22.565 m/s,大大低于凭经验预测的40 m/s。为检验这一理论预测结果,对SC71B型液动锤射流元件临界流速进行了实验测定,为21.83 m/s,表明理论预测结果与实测结果高度吻合,证明了基于CFD动态分析的液动锤射流元件临界流速理论预测方法的可行性;同时通过理论分析和实测获得了至今为止液动锤射流元件临界流速的最低值,可为研制油气钻井用低速射流元件驱动控制的液动锤提供重要参考。

固定约束松动对输流管道稳定性和临界流速的影响

把管道固定端抗转动约束松动情况模拟为受扭转弹簧约束的两端支承管道模型,研究了这种输流管道系统在定常内流作用下的稳定性和临界流速,利用两振型Galerkin离散化方法导出了临界流速的解析表达式。用数值方法分析了系统的失稳特性,确定了此系统的首次失稳为静态失稳。利用所导出的临界流速的解析表达式讨论了扭转弹簧刚度、重力系数和轴向力对管道临界流速的影响。

非直井气体钻井岩屑起动的临界流速

注气量作为气体钻井的关键参数,直接关系到现场钻井的成败。目前用于气体钻井的注气量计算方法均是基于垂直井眼得到的,对于水平井、大斜度井的情况并不适用,从而给气体钻井在水平井、大斜度井的应用造成很大困难。在分析岩屑颗粒运动方式的基础上,假设岩屑颗粒沉积在下井壁,注入气体后对岩屑颗粒进行受力分析,得到不同井斜角情况下岩屑颗粒起动所需的临界流速模型。以此速度作为气体的最小流速,从而得到最小注气量。分析认为,在井斜角为60～70°的情况下,岩屑颗粒起动所需气体速度最大;大粒径岩屑对注气量要求很高,实际钻井过程中应采用适当方法减少大粒径岩屑的数量。

水平井井筒清洁临界流速简化模型

石油钻井作业中井筒岩屑运移影响钻井成本、时间及成井质量，井筒岩屑运移问题已经成为钻井作业中亟待解决的问题。不论在水平井中的直井段还是水平段，流体拖曳力对于岩屑颗粒运移的作用超越其他作用力占据主导地位，井筒清洁临界流速计算的关键是确定拖曳系数计算的经验公式。根据拖曳系数与雷诺数关系的实验数据，对拖曳系数经验计算方法进行优选对比发现Turton的经验公式与实验数据平均误差最小，仅为3．06％；在优选对比拖曳系数的基础上，对岩屑颗粒进行微观受力分析，推导了岩屑颗粒运移临界流速，研究了井斜角对于岩屑颗粒临界运移流速的影响，计算结果发现在50°-70°之间临界运移流速最大，并对建立的数学模型进行了现场应用验证。

粗颗粒物料管道水力输送不淤临界流速计算

近30年来,固体物料的管道水力输送技术应用越来越广泛。在管道水力输送系统设计中,不淤临界流速是首先需要确定的重要参数,对确保管道安全输送具有重要意义。对于细颗粒物料,已有比较成熟的计算方法,但对粗颗粒物料,不同的计算式差异较大,给参数确定带来困难。在对已有的管道不淤临界流速计算进行比较分析基础上,探讨了颗粒浓度、粒径、密度以及管道直径等因素对不淤临界流速的影响,并分析了计算式结构的差异。整理不同学者针对粗颗粒输送的试验数据,重点分析了不淤临界流速随颗粒粒径加大的变化规律。基于量纲分析法,提出了粗颗粒在管道输送中不淤临界流速计算式,其计算结果与试验数据相对误差在10%以下,基本满足不淤临界流速计算的工程要求。