环空幂律液体旋流研究与应用

在油气井固井注水泥顶替技术中,多用一维轴向流顶替方式进行顶替。该顶替方式理论与实践证明不能有效替净环空被顶替液。轴向流顶替存在的最主要的缺点是顶替液对近井壁区的驱动能力弱,对边壁的高粘附钻井液及虚滤饼清除效果差,造成二界面附近难以被替净;对于变径、不规则环空流道,由于存在涡流而滞留的钻井液,轴向流顶替效果更差。而通过使用旋流扶正器不但可以提高套管居中度,而且可以改变液体流速剖面,产生螺旋流,从而增加周向剪切驱动力,这有利于将环空窄间隙钻井液和井壁附着虚滤饼驱替干净,从而提高水泥与地层的胶结质量,提高固井质量。为此,研究了旋流扶正器作用下形成的环空幂律液体螺旋流边壁剪切应力,提出了旋流扶正器安放间距设计的新理念,即根据旋流周向剪切驱动力与近壁滞留钻井液粘滞阻力相平衡的原则确定旋流扶正器安装位置。推导出了旋流扶正器安放间距设计理论公式,该公式简单,利于现场施工应用。

幂律液体圆管螺旋流的稳定性参数

本文是文献[1]的继续。文献[1]建立了幂律液体圆管螺旋流的视粘度分布、速度分布、流量和压降的数学模型。本文在此基础上,给出了判别流态的稳定性参数H值及其最大值的表达式。一般认为当H_(max)值大于404时,幂律液体圆管螺旋流由层流转变为紊流。

幂律液体偏心环空螺旋流层流压降计算

本文依据柱坐标系下流体质点运动方程,推得了在倾斜的同心环空中幂律液体螺旋流层流流场的视粘度函数、速度函数及流动压降的解析式。并引入当量间距的概念,给出了偏心环空中幂律液体螺旋流层流压降的计算公式。最后讨论了偏心环空螺旋流流场中宽、窄间隙处的流速特征。

幂律液体圆管螺旋流的解析解

本文从理论和实验方面研究了石油钻井泥浆常用的幂律液体在钻柱中的螺旋流动规律。推导出了幂律液体圆管螺旋流的视粘度分布、速度分布、流量的解析表达式;进而建立了压降方程和判别流动状态的稳定性参数K及其最大值K_(max)的解析表达式。通过CMC及聚丙烯酰胺水溶液的圆管螺旋流的实验,证明了理论研究的正确性,并确定了稳定性参数的临界值K_(max),c可以取作400。

预测气体-幂律液体水平段塞流的持液率

对水平管中气体－非牛顿幕律液体两相流动的持液率进行了研究，给出的段塞流持液率计算式与实验结果吻合较好。

幂律液体螺旋流场中球形颗粒的最小不上升粒径

根据球形颗粒在幂律液体同心环空螺旋流场中绕流状况及受力特点．给出了颗粒沉降速度公式，导出了计算绕流状态参数公式及状态转变的临界值，依据颗粒极限沉降条件，得出了各不同绕流状态下最小不上升粒径的计算公式，并进行了简要的数值模拟分析。

气体－幂律液体两相水平管流的持液率研究

对气体－幂律液体两相水平管流常见的６种流动型态下的持液车进行了实验研究，给出了适用于全部流动型态的持液率计算公式。

幂律非牛顿流体渗流

本文研究了非牛顿流体驱替牛顿流体一维渗流问题,绘出了非牛顿流相界面运动图。讨论了瞬时压力传播问题,给出了弱压缩非牛顿流体径向不定常渗流的近似解,绘出了不同流态指数的瞬时压力曲线。

假塑性流体液滴撞击壁面上的铺展的格子Boltzmann模拟

流体液滴在壁面上的铺展与沉积在工业应用中存在广泛应用,研究非牛顿流体特性对液滴铺展的影响具有重要的实际意义。基于相场法建立了非牛顿幂律流体与牛顿流体的两相流格子Boltzmann模型,引入包括接触角影响的边界条件,模拟了假塑性流体在幂律指数(n)0.5～1.0以及韦伯数(We)5～45时液滴撞击壁面的铺展过程。结果表明:相对于牛顿流体,幂律流体的非牛顿特性会抑制液滴的铺展,且n越小,越有利于液滴沉积。此外,韦伯数越大,液滴越快地达到稳定。

稠油油藏中水平井试井分析新方法

本文研究了稠油油藏水平井试井中幂律流体的流动規律。利用弹性压力波传播理论,导出了试井计算近似式。并与其它解法进行比较,符合得较好。按该理论方法还可以导出垂直井、压裂井的试井计算式。

Experimental research on breakup of 2D power law liquid film

On account of limited knowledge of the breakup of power law liquid film, the process of its disintegration and atomization was studied by using a planar liquid film. A linear stability analysis was adopted to predict the breakup characteristics of the power law film. The predicting formulas of stripping breakup length and diameter of ligament were put forward presently. Through high-speed photography and laser light sheet illumination,different breakup characteristics of flat power law film under different conditions were derived. The characteristic dimension of breakup regimes were defined and extracted. The effects of several parameters(injection pressure,ambient pressure, nozzle structure and fluid property) on the stripping breakup length and spray angle were investigated. The results revealed that increasing both the velocity of liquid film and the ambient pressure facilitated the breakup of film, reduced the stripping breakup length and enlarged the spray angle in different extents. The comparison between theoretical and experimental results was conducted to validate the feasibility of the linear stability theory.