泡沫在井筒中流动的水力计算新方法.pdfVIP

卷 期 燕山大学学报 年 月 文章编号：1007-791X (2009) 04-0363-05 泡沫在井筒中流动的水力计算新方法 王冠华，李兆敏 （中国石油大学 泡沫流体研究中心，山东 东营 ） 摘 要：基于机械能守恒原理，考虑加速度压力梯度项，以 二维里系数完善了泡沫流体的状态方程， 结合了合理的假设，通过对理论公式推导和化简，得到了非牛顿流体可压缩流动的关于压力的常微分方程。对 该方程采用 方法进行求解，从而能够获得泡沫流体在井筒流动过程中的各水力参数。此方法物理 数学意义明确，计算量小，编程方便，且不存在计算结果收敛性的问题。以泡沫正冲砂为例，此方法计算所得 结果与文献计算方法所得结果一致，说明此方法具有较高的精度，能够满足工程需要。 关键词：泡沫流体；加速度压力梯度； 二维里系数；可压缩； 方法 中图分类号：TE358 文献标识码：A 引言 循环过程 （反冲洗）。所谓正循环是指洗井液由油 管进入，并携带固体颗粒从环空返出；反循环过程 泡沫流体是可压缩非牛顿流体，并广泛应用于 则与其相反。无论是正循环还是反循环，泡沫流体 石油工业中各个领域，其中泡沫流体冲砂洗井技术 冲砂洗井过程可简化为可压缩非牛顿流体在圆管 较为成熟。为了确定泡沫在井筒及环空中的压力分 和环形空间中的流动。 布，国内外学者做了大量的研究，并提出了许多方 法。其中最常用的是高度增量压力迭代法 。此 方法基于机械能守恒原理，将井筒分为若干井段， 油管 并考 在每个井段当中泡沫的流动参数不变，忽略 加速压力梯度的影响，通过压力试算迭代计算目的 段的水力参数。但由于计算过程采用压力差试算迭 代方法，不能严格保证结果的收敛性，在程序设计 过程中，若压力差初值选取不当，很容易造成程序 进入死循环。 环空 本文的方法同样基于机械能守恒方程，通过适 当假设，以 二维里系数完善泡沫的状 正循环 反循环 态方程，采用 方法进行求解，得到泡 沫流体在井筒中流动的压力及其他参数的分布。此 图 冲砂洗井过程示意图 方法较上述方法简单，计算量小，对实际应用具有 指导作用。 基本假设 物理模型 泡沫在管内流动过程中流动参数的影响因素 很多，为便于研究，作以下假设： 冲砂洗井工艺包括正循环过程 （正冲洗）和反 收稿日期： 作者简介：王冠华 （ ），男，天津人，博士研究生，主要研究方向为泡沫流体提高石油采收率； 通讯作者：李兆敏 （ ）， 男，山东阳谷人，教授，博士生导师，主要研究方向为非牛顿流体及泡沫流体在石油工业中的应用， ： 。 燕山大学学报 ）用于计算的泡沫流体看作单相流体，流动 为均相流，即忽略气液两相间的相对运动； ）泡沫在流动过程中的压缩性仅取决于气体 其中， 为气体摩尔质量， ； 为泡沫基液