连续油管钻井内部流动分析

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连续油管(Coiled Tubing,简称CT)又称挠性油管、盘管,自60年代开始应用于石油工业,连续管钻井(Coiled Tubing Drilling,简称CTD)技术是九十年代以后研究和开发的一项新技术。连续油管钻井主要适用于老井加深、钻新井、定向井、老井侧钻水平井以及欠平衡连续油管钻井等。连续管内流体流动过程,伴有很大的沿程阻力损失。特别是流体流过连续管螺旋管段时,受到不断变化的离心力的作用,产生二次涡流,对流体的阻力很大。因此,清楚连续管钻井过程中管内流动特性,对设计连续管作业时泵的功率、计算井底压力、最大井口压力都非常重要。结合国家科技重大专项(项目36课题6)2011ZX05036-006《连续管装备及应用技术》之研究任务《连续管侧钻与老井加深工艺研究》研究连续油管管内流动具有必要的意义。本论文在前人的研究基础上,通过数值分析与模拟的方法对连续油管内部流动分析进行了分析。在数值分析方面利用边界层理论建立了摩擦系数计算公式的理论方程。数值模拟采用FLUENT模拟软件分别对不同流速、管径、几何形状、流体、流态以及出口压强进行了分析。得出了在同种流体介质情况下摩擦系数与流速、管径、几何形状、出口压强的关系。而对于流体与流态的结合分析,主要侧重在紊流流态下的情况下,牛顿流体以及非牛顿流体的分析。对于牛顿流体的紊流流态下的摩擦系数计算公式与前人建立的数学模型非常吻合。非牛顿流体分别用幂律模型和宾汉流模型进行了分析,通过与国外实验研究得出的经验公式进行对比发现,连续油管钻井摩擦压降与宾汉流模型所进行的数值模拟结果一致。而对于前人建立的经验公式对于不同雷诺数阶段适应性也进行了分析,并给出了一定的范围。其中对于雷诺数与临界雷诺数比值范围在1-2.5之间的低雷诺数区间(其中即含有层流又含有紊流流动)没有适用的计算公式,文中通过对经验公式的系数进行模拟结果的拟合修正,提出了一个适用于此种情形的计算公式。对于实验验证方面文中也做了一定的调研,提取了实验的计划方案。
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