深海钻井中井筒内液固两相流动特性数值模拟研究

发布时间：2024-02-29 09:09

　　世界油气资源的大量开采和消耗,海洋油气开发将成为全球能源开发的一个重要领域。由于海底地层较为松散且沉积物较多,使得地层的孔隙压力与破裂压力之间的余量很小,常规的钻井技术很难使环空中的压力保持在两者之间,空心球双梯度钻井方法的出现很好的解决了该问题。由于在环空中的流动难以观测,针对该问题,本文采用欧拉-欧拉双流体模型结合颗粒动理学,采用SST k-ω湍流模型对空心球注入系统进行数值模拟。通过对环空内的压降以及固相运移规律的分析,研究了不同物性参数以及操作参数对空心球双梯度钻井系统(HGS)的影响。研究结果表明,岩屑直径的增大,使得环空内岩屑的整体浓度有所上升;空心球直径的增加会增大隔水管中压降,同样会降低岩屑在环空中的浓度,但降低的幅度非常有限;岩屑浓度的上升,导致环空内固相速度的降低以及颗粒拟温度的上升,由于其发生碰撞的概率升高,动量损失变大,使环空中的压降升高,压降值与入口岩屑浓度呈非线性关系,但在注入空心球后,环空内呈现出更明显的双梯度现象;随着空心球浓度的降低,环空内压降值升高,进而使环空内两种压力梯度的现象越来越不明显;提高钻杆的转速,可以增加固相在环空中浓度,同时增加其运移速...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 深海钻井技术国内外研究现状
    1.3 空心球双梯度钻井
        1.3.1 空心球双梯度钻井原理
        1.3.2 空心球的设计
        1.3.3 空心球注入方案
    1.4 本文主要研究内容
第二章 数值模型与计算方法
    2.1 引言
    2.2 液固两相流动的数学模型
        2.2.1 连续性方程
        2.2.2 动量方程
        2.2.3 湍流模型
    2.3 液固相间耦合
        2.3.1 液相—固相作用力
        2.3.2 固相—固相作用力
    2.4 模型求解方法
第三章 物性参数对双梯度钻井影响的数值模拟
    3.1 引言
    3.2 计算模型建立
    3.3 初始条件与边界条件
    3.4 岩屑直径对环空内流动的影响
        3.4.1 环空内岩屑及空心球的浓度分布
        3.4.2 环空内岩屑及空心球的速度分布
        3.4.3 环空内岩屑及空心球颗粒拟温度分布
        3.4.4 环空内压力分布
    3.5 空心球直径对环空内流动的影响
        3.5.1 环空内岩屑及空心球的浓度分布
        3.5.2 环空内岩屑及空心球的速度分布
        3.5.3 环空内岩屑及空心球颗粒拟温度分布
        3.5.4 环空内压力分布
    3.6 流变参数对环空内流动的影响
        3.6.1 环空内岩屑及空心球的浓度分布
        3.6.2 环空内岩屑及空心球的速度分布
        3.6.3 环空内岩屑及空心球颗粒拟温度分布
        3.6.4 环空内压力分布
第四章 操作参数对双梯度钻井影响的数值模拟
    4.1 引言
    4.2 岩屑流量对环空内流动的影响
        4.2.1 环空内岩屑及空心球的浓度分布
        4.2.2 环空内岩屑及空心球的速度分布
        4.2.3 环空内岩屑及空心球颗粒拟温度分布
        4.2.4 环空内压力分布
    4.3 空心球流量对环空内流动的影响
        4.3.1 环空内岩屑及空心球的浓度分布
        4.3.2 环空内岩屑及空心球的速度分布
        4.3.3 环空内岩屑及空心球颗粒拟温度分布
        4.3.4 环空内压力分布
    4.4 钻杆转速对环空内流动的影响
        4.4.1 环空内岩屑及空心球的浓度分布
        4.4.2 环空内岩屑及空心球的速度分布
        4.4.3 环空内岩屑及空心球颗粒拟温度分布
        4.4.4 环空内压力分布
    4.5 非稳态入口对环空内流动的影响
        4.5.1 环空内岩屑及空心球的浓度分布
        4.5.2 环空内岩屑及空心球的速度分布
        4.5.3 环空内岩屑及空心球颗粒拟温度分布
        4.5.4 环空内压力分布
结论
参考文献
发表文章目录
致谢



本文编号：3914674