基于平衡流速的水平井砾石充填α波砂床平衡高度预测与试验

基于Gruesbeck,Oroskar和Penberthy 3种固液两相管流平衡砂床上部平衡流速经验公式,考虑复杂的井底管柱结构和筛管偏置等情况,提出水平井砾石充填α波砂床平衡高度预测方法;利用自行研制的水平井砾石充填全尺寸试验模拟装置进行筛管偏置度、流量、砂体积分数对α波砂床平衡高度影响的试验。结果表明：基于Penberthy与Oroskar平衡流速经验公式的砂床平衡高度计算结果与试验值偏差较大,基于Gruesbeck经验公式的预测模型的计算结果与试验结果比较吻合,进行必要的修正后可用于水平井砾石充填α波砂床平衡高度预测;筛管偏置趋向于增大砂床高度,在实际施工过程中,应尽量避免筛管偏置下垂情况的发生;试验中砂体积分数为2%-8%,属于较低值范围,试验条件下砂床平衡高度随砂体积分数的增大而增大。

水平井及大斜度井砾石充填过程试验

根据水平井及大斜度井砾石充填机制与过程,考虑地层滤失、井筒倾斜、筛管偏置等特殊情况,建立水平井及大斜度井管内砾石循环充填试验模拟装置。利用该试验装置模拟水平井及大斜度井管内砾石循环充填全过程,分析α波及β波充填前沿特征,研究井筒倾角、筛管偏置度、流量、砂体积分数对充填动态及α波砂床平衡高度的影响规律及机制。试验结果表明:α波充填前沿在低流量下规则稳定,在高流量下形状不规则;α波充填结束前沉积砂床平衡高度会整体升高,导致β波充填空间较小;筛管偏置度与井筒倾角对充填动态有明显影响,井筒倾斜会降低砂床平衡高度,而筛管偏置则会加剧沉积砂床的形成并增大平衡高度;流量、砂体积分数是影响α波充填动态的直接因素。

水平固液两相管流平衡砂床高度计算的概率模型

根据水流紊动理论 ,将砂床表面流体瞬时流速视为正态分布的随机变量 ,将颗粒运动状态转换视为随机事件 ,分析了状态转换事件概率及最终状态概率的数字特征。根据最终状态概率代表颗粒运动趋势的原理 ,砂床高度的变化应是床层表面颗粒运动状态转换的结果。根据平衡砂床高度与摩阻流速和平均流速的关系 ,建立了计算水平固液两相管流平衡砂床高度的概率模型。该模型的计算结果表明 ,砂床高度随排量变化的曲线在管子中心点位置处均出现明显的拐点。将计算结果与实验结果进行了对比 ,平均相对误差为 8.4 8% ,能够满足工程计算要求。

水平井及大斜度井砾石充填α波砂床平衡高度随机概率模型及实验研究

α波砂床平衡高度预测是水平井砾石充填过程数值模拟及施工参数优化设计的核心问题之一。根据水流紊动理论,将砂床表面流体瞬时流速视为正态分布的随机变量,将颗粒运动状态转换视为随机事件,分析状态转换事件概率及最终状态概率的数字特征。根据最终状态概率代表颗粒运动趋势的原理,砂床高度的变化是床层表面颗粒运动状态转换的结果。由平衡砂床高度和摩阻流速及平均流速的关系,建立了同时适用于水平井和大斜度井砾石充填的α波砂床平衡高度预测的随机概率模型。利用研制的大斜度井砾石充填全尺寸实验模拟装置,进行井筒倾角、筛管偏置度、流量、砂浓度对α波砂床平衡高度影响的实验研究,对随机概率模型的计算结果进行了对比验证。随机概率模型与实验结果比较吻合,平均误差10.5%,进行必要的修正可以用于大斜度井砾石充填α波砂床平衡高度预测。

耙吸挖泥船沙床高度与土粒径在线估计

沙床高度与土壤土质作为调整耙吸挖泥船疏浚策略的重要依据无法通过传感器直接测得。针对这一问题,结合动态沉积模型对沙床和与土质相关的土壤粒径进行分析,对疏浚过程土质的变化方式进行两种模拟,以"新海凤"号为例利用实测数据对模型进行校正。通过模式搜索离线估算疏浚工况的土壤平均粒径,采用粒子滤波算法在验证沉积模型的基础上对沙床高度与土质粒径进行在线估计。仿真结果表明,对粒径建立随机游走模型更能拟合装载曲线,同时沙床高度也受疏浚土质的影响。理论成果为疏浚工程提供参考,并将应用于挖泥船辅助决策系统中。

沙波推移率公式的改进和验证及其应用

本文把沙波推移率公式g_s=αγ'h_sw_s改进为g_s=0.56γ'A/Δt，使沙波推移率计算更为简便和精确。提出在单宽流量一致时，沙波上游波面推移率分布可用g_s=φγ'A/Δt来表达。对上述公式的验证和应用及推移率计算等方面皆作了论述。

油水两相流携砂能力全尺寸模拟实验研究

渤海疏松砂岩油藏适度出砂开采过程中产出砂粒随稠油进入水平井筒后容易沉积形成砂床,造成油层砂埋、油管砂堵等,因此需要分析研究砂粒在井筒中的运移、沉降规律。本文基于全尺寸井筒多相复杂流动室内试验平台,根据渤海疏松砂岩油藏的基本参数,以白油和水作为试验介质,固相采用不同粒度的砂粒,通过改变含水率、主流流量、壁面入流、砂粒直径等参数,得到了不同流动条件下的流型变化及井筒中砂床高度与井筒压降的变化规律。实验结果表明:井筒砂床高度受主流流量影响比较大,壁面入流对其影响比较小;砂床高度随着粒径的增大而增大;在主流流量大于30 m3/h的条件下,粒径小于20目的砂粒会形成悬浮层;随着井筒流速的增大,悬浮层含砂体积浓度变大,而随着含水率的增大,悬浮层含砂体积浓度变小。本文实验结果可为渤海疏松砂岩油藏适度出砂开采工艺设计提供理论依据。

富水松散沙层下开采安全水头高度研究

现有水沙溃涌灾害预测理论由于预测对象发生改变,大大降低其实用性和可靠性,据此将水沙溃涌作为渗透破坏的一种,以沙体颗粒起动的临界水力坡度为判别条件,将厚度较小的潜水含水层涌水通道视为完整井,运用稳定流的完整井流理论,在求解出涌水通道内的水力坡度公式的基础上,以库萨金公式计算影响半径,利用扎马林公式确定临界水力坡度,将悬伸岩梁分为回转、不回转情况,得出了水沙溃涌判别公式,为网络裂缝带波及的含水沙层水头疏降提供了理论依据,确保开采工作面不发生灾难性水沙溃涌威胁。