水平非牛顿气液两相变质量流流动规律研究

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近年来,随着水平井技术的高速发展,其理论研究和实际应用都得到了国内外学者的广泛关注。在水平井完井段上,沿主流方向,油藏流体不断流入,井筒内流体质量流量不断增加,即形成了水平方向上的变质量多相流。对于水平气液两相变质量流的研究,根本出发点和落脚点均是井筒内混合流体的压力分布,因此,为揭示井筒流体流动本质、合理利用油藏自身能量、选择最优举升方案,对水平完井段内气液两相变质量流沿程压降模型的研究具有重要的理论和实践意义。  迄今为止,为进行水平井产能预测及生产系统动态分析,国内外学者对气液两相变质量流的流动规律已开展了一系列研究,但所建压降模型均是以牛顿流体为基础,而对与原油流变性更相符的幂律型非牛顿流体与气体两相变质量流流动规律尚缺乏有价值的研究成果。且前人对变质量流边壁入流条件的设定往往是以孔眼入流为技术背景,而对于割缝衬管完井方式,即割缝入流的研究还有待完善。  本文以幂律型非牛顿流体的本构特性为基础,从流动机理出发,选择割缝为边壁液相入流方式,确定流型为井筒中最为常见的分层流、间歇流,建立气液两相变质量流压降模型。并将沿程压降划分为综合摩阻压降、流体混合压降、流体加速压降三部分,以气液两相流体力学、非牛顿流体力学为理论基础,所提假设为边界条件,结合流场流体物理学参数及非牛顿流体流变性,从流动的连续性、质量守恒、能量守恒、动量守恒多角度展开建模,确保模型的完整性。  本文随之对该体系进行了实验研究,分别将主流气相流量、主流液相流量、边壁入流液相流量、非牛顿流体粘度、拟割缝完井段缝长及割缝条数作为单一实验变量,将测量结果与模型计算值对比,并对影响压降的各个因素进行敏感性分析,深入讨论水平非牛顿气液两相变质量流流动机理及沿程压降变化规律,提高模型计算精度。  本文从理论和实验两方面进行探索性研究,将压降计算模型和实验测量数据进行对比,得到了较高的一致性,证明了所建水平非牛顿气液两相变质量流沿程压降模型具有较高的准确性、精确性。
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