流水管柱壓力場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型

流水管柱壓力場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型

變化的因素是農(nóng)村外流體壓力為了進(jìn)一步提高中國(guó)油田的開(kāi)發(fā)效果和原油采收率，采用了我國(guó)的注水技術(shù)，并在各油田中廣泛傳播。不同類型的液壓設(shè)計(jì)也出現(xiàn)。市政秘書(shū)處內(nèi)和外管內(nèi)的氣壓力變化直接影響市政秘書(shū)處的機(jī)械操作。這是由于市政秘書(shū)處內(nèi)和外管內(nèi)的支撐力，如鼓脹、螺旋彎曲和激活。精確的解決方案非常重要。筆者通過(guò)直筒內(nèi)單相流體理論,建立了注水管柱壓力場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型,進(jìn)一步得出了注水管柱內(nèi)流體的摩阻系數(shù)及沿程摩阻損失的相關(guān)計(jì)算,為深入分析注水管柱由壓力引起的3種效應(yīng)(活塞、螺旋彎曲、鼓脹)的力學(xué)行為提供準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù),并為開(kāi)發(fā)注水管柱力學(xué)分析仿真軟件奠定理論基礎(chǔ),具有較高的理論意義和實(shí)用價(jià)值。壓力沿井深分布如圖1所示,在注水管柱內(nèi)取微元段dz長(zhǎng)的流體及管柱,微元段流體上下面的壓力分別為p1和p2,流速為v,摩阻系數(shù)為τ,油管內(nèi)、外徑分別為d0、d1,套管內(nèi)徑為d2。根據(jù)注水管柱內(nèi)單相流體的流動(dòng)規(guī)律,建立流體的一維流動(dòng)壓力的動(dòng)量方程為dpdz=dpfdz+dpadz+dpgdz(1)dpdz=dpfdz+dpadz+dpgdz(1)式中,dpfdzdpfdz為由摩阻引起的壓力變化dpfdz=-τ(2)dpfdz=?τ(2)dpadzdpadz為由動(dòng)能變化引起的壓力變化dpadz=U2mA2d(1/ρ)dz(3)dpadz=U2mA2d(1/ρ)dz(3)dpgdz為由重力和井斜角θ引起的壓力變化dpgdz=gρcosθ(4)在注同一種液體的情況下,流體密度的變化極小,可忽略不計(jì),由此可得dpdz=dpfdz+dpgdz=-τ+gρcosθ(5)考慮邊界條件且給定摩阻系數(shù)為常數(shù)時(shí),求得壓力沿井深的分布為p(z)=∫z0(-τ+gρcosθ)dz+p0=-τz+gρzcosθ+p0(6)式中,p0為井口或井底壓力。由于注水管柱內(nèi)水流阻力的影響，水流降低1.流體摩阻系數(shù)在式(6)中,要確定由流體摩阻引起的管柱內(nèi)流體的壓降,必須確定注水管柱內(nèi)流體摩阻系數(shù),在許多文獻(xiàn)中給出了一些流體的摩阻系數(shù)τ的計(jì)算公式,但需要很多流體的物理性能參數(shù)才能計(jì)算,一般都難以可靠精確地求得,所以大多數(shù)是根據(jù)具體問(wèn)題采用經(jīng)驗(yàn)公式確定。對(duì)于常見(jiàn)的清水摩阻系數(shù)τ可參照文獻(xiàn)中的清水摩阻系數(shù)參考表選用。2.流摩阻壓降計(jì)算在不同的工況下,流體的摩阻系數(shù)τ的確定極其復(fù)雜,因此由流體摩阻引起管柱內(nèi)流體的壓降計(jì)算也極其復(fù)雜。在此先通過(guò)計(jì)算注水管柱流體沿程摩阻損失,再間接由流體沿程摩阻損失得出由流體摩阻引起管柱內(nèi)流體壓降的相關(guān)計(jì)算。在采用同心管分層注水管柱注水時(shí),由于日注量大,注入水在同心管內(nèi)、外管流動(dòng)將會(huì)產(chǎn)生水力摩阻壓降,此摩阻壓降的大小將直接影響到同心管分層注水管柱是否能滿足注水開(kāi)采的編制具有十分重要意義。在此,選用比較典型的同心管注水管柱進(jìn)行流體摩阻損失理論分析,進(jìn)一步確定流體摩阻壓降。在同心注水管柱注水過(guò)程中,油管內(nèi)、外管之間以及管接箍處流體流動(dòng)將產(chǎn)生3種摩阻損失:油管內(nèi)流體的摩阻沿程損失、油管外與套管內(nèi)的油套環(huán)空間隙內(nèi)的流體摩阻沿程損失和油管接箍處在油套環(huán)空間隙內(nèi)的流體摩阻局部損失。(1)油管內(nèi)流體的摩阻沿程損失計(jì)算根據(jù)流體運(yùn)動(dòng)分析圖1,對(duì)于油管內(nèi)流體的摩阻損失可采用hf油管內(nèi)=λLdv22g(7)其中沿程損失系數(shù)λ與流態(tài)有關(guān),流態(tài)的判斷是根據(jù)雷諾數(shù)Re范圍值確定。(2)油套環(huán)空內(nèi)流體摩阻沿程損失計(jì)算根據(jù)流體在環(huán)空間即油管外壁和套管內(nèi)壁之間流動(dòng),流態(tài)一般為紊流,引入水力直徑的概念,則有Dh=4π(d22-d21)/4π(d1+d2)=d2-d1(9)對(duì)于油套環(huán)空紊流的流體摩阻沿程損失為hf油套環(huán)空=λLDhv22g(10)(3)油套環(huán)空流體摩阻局部損失計(jì)算由圖2可知,油套環(huán)空內(nèi)的流體摩阻局部損失可分為2部分。第1部分為環(huán)空套管處流入接箍入口及沿接箍和外管的環(huán)空流動(dòng),這部分由于流體斷面突減并沿?cái)嗝婵s小管道流動(dòng),故它的沿程損失由2部分組成,可將該沿程損失表示為hj1=ξv2c2g+(vc-v2)22g(11)其中收縮系數(shù)ε=Ac/A2和ξ須通過(guò)實(shí)測(cè)得到,如表1。第2部分為由接箍的下端部流出所形成的局部阻力,該部分屬于突然擴(kuò)大,由包達(dá)公式變形可得hj2=ξ1v212g(12)其中ξ1=A1/A2-1。注水管柱內(nèi)流體摩阻引起管柱內(nèi)流體的壓降計(jì)算包括2項(xiàng)。(1)油管內(nèi)流體摩阻引起管柱內(nèi)流體的壓降Δp油管Δp油管=ρghf油管(13)(2)油套環(huán)空內(nèi)流體摩阻引起管柱內(nèi)流體的壓降Δp油套環(huán)空Δp油套環(huán)空=ρg(hf油套環(huán)空+hj1+hj2)(14)3.bg油管內(nèi)及bg油管內(nèi)摩阻壓降計(jì)算根據(jù)上述理論分析,利用FORTRAN編制的計(jì)算軟件,計(jì)算長(zhǎng)3800m的?60.3mm(2英寸)UPTBG油管內(nèi)及該種油管與?101.6mm(4英寸)UPTBG套管的油套環(huán)空內(nèi)摩阻壓降,其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。通過(guò)上述理論分析和計(jì)算及與經(jīng)典曲線的對(duì)比,可以得出同心注水管柱在注水時(shí)油管內(nèi)、油套環(huán)空內(nèi)流體摩阻壓降采用上述理論公式計(jì)算結(jié)果較為合理,更加符合生產(chǎn)實(shí)際情況,可以作為生產(chǎn)實(shí)踐中計(jì)算注水管柱油管內(nèi)、油套環(huán)空內(nèi)流體摩阻壓降的可行方法。摩阻系數(shù)的計(jì)算通過(guò)直筒內(nèi)單相流體理論,在給定摩阻系數(shù)τ的情況下,建立了注水管柱壓力場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型;在未給定摩阻系數(shù)τ的情況下,通過(guò)注水管柱摩阻損失的相關(guān)計(jì)算