版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領(lǐng)
文檔簡介
1、注水泥流變學(xué)設(shè)計原理與方法,西南石油學(xué)院學(xué)院石油工程學(xué)院 徐璧華,流變學(xué)與固井的關(guān)系,注水泥時井口壓力是否會過大;排量應(yīng)控制到多大才能保證井下不漏;排量應(yīng)控制到多大才能保證井下不竄;哪種情況下使用大排量或是小排量頂替才能提高頂替效率;,關(guān)鍵:確定流體流動時的流動狀態(tài)確定流體流動時的流動阻力,主要內(nèi)容,流體的特點與類型—基本概念流變測量流變模式與流變參數(shù)計算在管內(nèi)或環(huán)空的流動規(guī)律流動計算方法與步驟在固井中影響流變計
2、算的因素 ------溫度、間隙等對計算的影響,1、基本概念,流體流動的特點,特點:流動時分層流動、各層的速度不一樣原因:流體內(nèi)部存在內(nèi)摩擦力,1、基本概念,流體流動的特點,,,,,,,,,,,,,,,,1、基本概念,流體流動的基本概念:剪切速率,,,?,,速度梯度或剪切速率,定義:垂直流速方向上的單位距離流速的變化量。單位:S-1,如果:各位置剪切速率相同,則出現(xiàn)情況……。,1、基本概念,流體流動的基本概念:剪切速率,剪切速率分
3、布情況:沉砂池:10~20 S-1鉆桿環(huán)空:60 ~100 S-1鉆鋌環(huán)空:160 ~300 S-1鉆桿內(nèi):250 ~500 S-1鉆鋌內(nèi):700-1400 S-1常規(guī)套管環(huán)空:160 ~500 S-1小間隙套管環(huán)空:500 ~1200 S-1,1、基本概念,流體流動的基本概念:剪切應(yīng)力,V,F:反映流體內(nèi)摩擦力的大小 V VF ∝S——
4、 F= ?×S——X X? 稱為粘度或粘滯系數(shù),定義:單位面積上內(nèi)摩擦力的大小即為剪切應(yīng)力;記為:?單位:10達因/厘米2 =1帕( Pa )=1000(mPa),1、基本概念,流體流動的基本概念:流變曲線,,,,,,剪切應(yīng)力,剪切速率,1、基本概念,流體流動的基本概念:視粘度,V V
5、 F/S ?F ∝S—— F= ?×S—— ?=———=——X X V/X ?,定義:單位剪切速率(速度梯度)下的剪切應(yīng)力;單位:10達因.秒/厘米2=1帕秒( Pa.S)=1000(mPa.S),粘度是流體本身固有的特性,對于水、汽油等流體
6、,其粘度是不隨流速、流道以及速度梯度變化的。這一規(guī)律稱為:牛頓內(nèi)摩擦定律,1、基本概念,流體流動的基本概念:流體分類牛頓流體:特點:滿足牛頓內(nèi)摩擦定律 ?=??,,,,,,剪切速率,剪切應(yīng)力,,,1、基本概念,流體流動的基本概念:流體分類非牛頓流體:特點:不滿足牛頓內(nèi)摩擦定律,視粘度與速梯、時間有關(guān)系。,,,,剪切應(yīng)力,剪切速率,,,1、基本概念,流體流動的基本概念:流體分類按流變性分:粘彈性流體純粘性流體與時間有關(guān)
7、觸變性流體負觸變性流體與時間無關(guān)有屈服應(yīng)力:塑性流體、屈服—假塑性流體無屈服應(yīng)力:牛頓流體、假塑性流體、膨漲性流體,泥漿、水泥漿、隔離液:屈服—假塑性假塑性塑性,1、基本概念,非牛頓流體的流變性能粘度(視粘度)靜切應(yīng)力動切應(yīng)力觸變性剪切稀釋性,2、流變測量,測量目的了解流體剪切應(yīng)力隨剪切速率變化的規(guī)律測量:剪切速率、剪切應(yīng)力測量儀器粘度計旋轉(zhuǎn)粘度計:同軸、錐板……毛細管粘度計,泥漿、水泥漿用:
8、六速、十二速旋轉(zhuǎn)粘度計,,,2、流變測量,同軸旋轉(zhuǎn)粘度計測量原理結(jié)構(gòu):,,,,,,,,,,R,r,,,,,,,,V,?,M,2、流變測量,同軸旋轉(zhuǎn)粘度計測量原理原理:1、測量內(nèi)筒的扭矩M2、計算內(nèi)筒處的剪切應(yīng)力3、計算內(nèi)筒處的剪切速率,2、流變測量,同軸旋轉(zhuǎn)粘度計測量原理原理:C=.511 (Pa),2、流變測量,流變曲線繪制,,,,,剪切應(yīng)力,剪切速率,3、流變模式與流變參數(shù)計算,流體流變模式概念用于描述流體
9、內(nèi)部剪切應(yīng)力與剪切速率的數(shù)學(xué)方程流變模式是流體內(nèi)部流變規(guī)律的近似反映類型兩參數(shù)模式:冪律、賓漢、 卡森三參數(shù)模式:赫巴、羅斯多參數(shù)模式:……,3、流變模式與流變參數(shù)計算,赫-巴模式: 羅-斯模式: 卡森模式:多項式模式: 冪律模式: 賓漢模式:,3、流變模式與流變參數(shù)計算,3、流變模式與流變參數(shù)計算,3、流變模式與流變參數(shù)計算,泥漿、水泥漿流變模式的選擇流變曲線觀察法F 比值法誤差統(tǒng)計分析
10、法計算各轉(zhuǎn)速的計算剪切應(yīng)力與實測值的誤差,,3、流變模式與流變參數(shù)計算,泥漿、水泥漿流變參數(shù)的計算流變參數(shù)的含義反映流體流動規(guī)律的特征參數(shù),流體一定后在流變模式中是不變的。賓漢模式動切力、塑性粘度冪律模式流性指數(shù)、稠度系數(shù)赫巴模式靜切力、流性指數(shù)、稠度系數(shù),,3、流變模式與流變參數(shù)計算,泥漿、水泥漿流變參數(shù)的計算流變參數(shù)計算原理使用以測量的已知速率下的剪切應(yīng)力反推方法:回歸方法:使用全部粘度計測量數(shù)據(jù)解析法:
11、使用兩個速率下的粘度計測量數(shù)據(jù),,3、流變模式與流變參數(shù)計算,泥漿、水泥漿流變參數(shù)的計算影響因素:計算速率的選擇泥漿:600、300轉(zhuǎn)水泥漿:300、100轉(zhuǎn)為何泥漿與水泥漿不用相同的轉(zhuǎn)速?溫度壓力的影響環(huán)空間隙的影響,,3、流變模式與流變參數(shù)計算,泥漿、水泥漿流變參數(shù)的計算,,,,,,,水泥漿,泥漿,,4、泥漿、水泥漿在井眼的流動規(guī)律,4.1 泥漿、水泥漿的流動狀態(tài),靜止,塞流,層流,層流,紊流,低速,中速,高速,4、
12、泥漿、水泥漿在井眼的流動規(guī)律,4.2 流態(tài)對頂替與流動的影響有利于頂替的流態(tài):塞流紊流平板層流流態(tài)與流動的關(guān)系與流速有關(guān)與流體流變性能有關(guān)與流道有關(guān),4、泥漿、水泥漿在井眼的流動規(guī)律,4.3 流態(tài)判別方法雷諾數(shù)的概念流體流動中流動能與粘滯力的比值流核概念流態(tài)判別方法塞流:核隙比?0>0.8 或 ReRec層流:界于之間,4、泥漿、水泥漿在井眼的流動規(guī)律,4.4 流態(tài)判別方法臨界雷諾數(shù)賓漢流體塞
13、流:考慮核隙比大于0.8紊流:通過赫茲數(shù)計算冪律與赫巴流體紊流:Rec=3470-1370n塞流:Rec=100,4、泥漿、水泥漿在井眼的流動規(guī)律,4.4 流態(tài)判別方法臨界流速,,賓漢流體:塞流臨界流速:環(huán)空返速要求 動塑比要求,4、泥漿、水泥漿在井眼的流動規(guī)律,4.4 流態(tài)判別方法臨界流速,賓漢流體:紊流,,,,,管內(nèi),環(huán)空,4、泥漿、水泥漿在井眼的流動規(guī)律,4.4 流態(tài)判別方法臨界流速,冪律流體:
14、紊流,,,,管內(nèi),環(huán)空,,,4、泥漿、水泥漿在井眼的流動規(guī)律,4.4 流態(tài)判別方法臨界流速,赫巴流體:紊流,,,,,,,5、流動計算方法,流動計算的目的流動阻力流動摩阻與流體的流態(tài)有關(guān)流動摩阻計算的原理流態(tài)判別流動摩阻系數(shù)流動摩阻壓力,,,,,,,5、流動計算方法,,,,,,,,,,,,,,,,L,,V,,,,,,,,,,x,5、流動計算方法,流動摩阻計算的步驟,計算管內(nèi)、環(huán)空的流速,5、流動計算方法,流動摩阻計算的公式
15、見資料注意點:流變模式的使用紊流與層流時的摩阻系數(shù)計算,5、流動計算方法,注水泥流動計算的內(nèi)容總結(jié)設(shè)計頂替臨界排量計算流動壓力計算的舉例,,,,,舉例,H=3202mH1=900mDe1=24.45cmDi1=22.44cmL=3200mDe2=17.78cmDi2=15.7cmH0=30mDw1=23cmDw2=24cm,,,,,,,,,,,,,H,I段,II段,,,,,H1,,,H0,井底破裂壓力P
16、fo=68Mpa井底循環(huán)溫度T=87鉆井液 屬賓漢流體?0m=0.86Pa?pm=0.04Pa.S?m=1.65g/cm3水泥漿密度1.85粘度計讀數(shù):300:59 200:43100:23 6: 133: 8,要求:設(shè)計紊流注水泥計算最終頂替泵壓,舉例,最終泵壓:Pp=(Pha-Php)+(Pfp+Pfa)=11.54MPa,6、在固井中影響流變計算的因素,影響因素套管偏心的影響
17、溫度壓力對流體性能的影響井眼尺寸變化井徑變化不規(guī)則小間隙與小井眼對計算方法的影響,溫度壓力對流變性的影響及考慮方法,高溫高壓對流動計算的影響,溫度壓力對水泥漿與泥漿流變性能的影響規(guī)律,溫度的影響,溫度壓力對水泥漿與泥漿流變性能的影響規(guī)律,壓力的影響,高溫高壓對流動計算的影響,考慮溫度影響后水泥漿與泥漿流變性的計算 計算模型,,,b值的計算通過測定具體水泥漿在常溫和某一溫度下的粘度計讀值計算,高溫高壓對流動計算的影響,,,高溫高
18、壓對流動計算的影響,高溫高壓對流動計算的影響,考慮溫度影響后水泥漿與泥漿流變性的計算 流變參數(shù)計算,考慮溫度影響后水泥漿與泥漿流變性的計算南海地區(qū)水泥漿溫度計算系數(shù),,,高溫高壓對流動計算的影響,考慮溫度影響后水泥漿與泥漿流變性的計算南海地區(qū)水泥漿溫度計算系數(shù),,,高溫高壓對流動計算的影響,考慮溫度后注水泥流動計算方法 使用分段考慮溫度法計算,通過計算機軟件實現(xiàn)其應(yīng)用。,,,,,,,,,,,,,,,,?T,,,Hm,圖3-8 按
19、溫度分段示意圖,,式中: BHCT: 井底循環(huán)溫度; TTOC: 水泥面深度循環(huán)溫度; ?T: 允許溫度變化范圍; n: 井段可分段數(shù); Tm: 第m 井段底部的循環(huán)溫度 ; Hm: 第m井底底部深度。,高溫高壓對流動計算的影響,注水泥過程小間隙流動計算的修正方法,小間隙環(huán)空的流動計算,小間隙環(huán)空流變參數(shù)計算 研究了小間隙中計算流變參數(shù)應(yīng)使用的轉(zhuǎn)速:研究表明在小間隙中,應(yīng)使用
20、600轉(zhuǎn)與300轉(zhuǎn)進行流變參數(shù)計算研究了小間隙下對套管偏心的考慮方法提出了小間隙下判別流態(tài)的修正方法提出了考慮小間隙的流動摩阻系數(shù)計算方法建立了注水泥過程環(huán)空平衡壓力計算的方法,,流變參數(shù)計算小間隙條件下偏心的影響小間隙條件下流態(tài)計算的影響摩阻系數(shù)計算模型,小間隙環(huán)空流動計算分析,,常規(guī)流動計算公式:,小間隙條件下偏心的影響,偏心效應(yīng)系數(shù)R為偏心環(huán)空壓耗與同心環(huán)空壓耗之比:,將同心環(huán)空壓力計算式與偏心環(huán)空壓降計算式帶入后有
21、:(對冪律流體),e 偏心度 e=2?/(Dw-Dc)? 為偏心距,cm;Dw, Dc 為井眼與套管的直徑,cm,對小間隙環(huán)空情況,一般Dc/Dw均小于1.2(如塔里木的幾種典型井身結(jié)構(gòu)),則 M的值應(yīng)為2,這樣有,小間隙環(huán)空流動計算方法研究,小間隙環(huán)空流動阻力的計算式可表達為:,準確計算流動摩阻壓力的關(guān)鍵便是流動摩阻系數(shù)f 的確定。,準確計算小間隙環(huán)空的流動阻力的核心在 于流態(tài)和摩阻系數(shù)的計算方法。,小間隙環(huán)空
22、對流態(tài)的判別標準不宜使用與常規(guī)流動計算中標準,即:Rc=3470-1370n 實際的小間隙頂替過程中,水泥漿雷諾數(shù)一般均在層流或過渡流之間。 有關(guān)研究也表明常規(guī)計算中采用的紊流臨界流量要偏低15%到20%[45]。,大量的文獻和實驗研究表明,流體在環(huán)空流動的紊流臨界雷諾數(shù)的上限可達3800,根據(jù)這一分析,可將常規(guī)環(huán)空中對流態(tài)判別的標準提高15%,作為其小間隙環(huán)空流態(tài)判別的標準,則有,小間隙環(huán)空流態(tài)的判別與雷諾數(shù)計算,①、流態(tài)的判別
23、常規(guī)間隙環(huán)空流動計算中:Rec=3470-1470n,小間隙環(huán)空流態(tài)判別的標準為: Rec=4080-1720n ②、雷諾數(shù)計算按照液體的流動雷諾數(shù)一般概念有:,De——當(dāng)量直徑或水力直徑。,小間隙環(huán)空流態(tài)的判別與雷諾數(shù)計算,借用Crittendon提出的小間隙環(huán)空水力直徑計算公式[5],建立小間隙環(huán)空雷諾數(shù)的計算模型:,式中: Res —— 修正的雷諾數(shù) De——水力直徑, cm,小
24、間隙環(huán)空流態(tài)的判別與雷諾數(shù)計算,用常規(guī)方法與修正后方法計算的雷諾數(shù),①、摩阻系數(shù)理論計算模型 層流:,小間隙環(huán)空摩阻系數(shù)計算方法,紊流:,不同方法計算的不同雷諾數(shù)下的摩阻系數(shù),(n=0.4),小間隙環(huán)空摩阻系數(shù)的現(xiàn)場統(tǒng)計分析,f 的函數(shù)形式:,統(tǒng)計分析摩阻系數(shù)流程,塔里木典型井身結(jié)構(gòu)下摩阻系數(shù)統(tǒng)計,小間隙環(huán)空流動壓力的計算,綜上所述,可對環(huán)空進行分段計算,其計算公式可表達為:,式中:n 非小間隙的環(huán)空所分段數(shù) m
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 眾賞文庫僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 固井注水泥技術(shù)
- 1-流變學(xué)的基本概念
- 磁流變膠泥流變學(xué)特性測試裝置研究.pdf
- 流變學(xué)1
- 高分子材料流變學(xué)-1-緒論
- 8-1-流變學(xué)基礎(chǔ)-8-1-流變學(xué)基礎(chǔ)
- 流變學(xué)
- 流變學(xué)原理和增稠劑選擇的技巧
- 聚合物流變學(xué)1
- 磁流變液流變學(xué)特性檢測方法與實現(xiàn)技術(shù).pdf
- 楊成玉流變學(xué)導(dǎo)論-1
- 固井培訓(xùn)
- 血液流變學(xué)
- 原油流變學(xué)
- 加工流變學(xué)復(fù)習(xí)
- 食品流變學(xué)
- 血流變學(xué)測定
- 高聚物流變學(xué)
- 流變學(xué)基礎(chǔ) 5
- rheology流變學(xué)基礎(chǔ)
評論
0/150
提交評論