粘弹性流体偏心环空非定常流的数值计算

论文摘要

聚合物驱油技术可在水驱油的基础上可将原油采收率提高12%以上,在获得巨大经济效益的同时,也出现了诸如抽油杆偏磨加重,检泵周期缩短和抽油杆断杆率增加等问题。抽油杆偏磨已成为油田生产中亟待解决的问题。室内实验表明,聚驱井抽油杆在井筒偏心环空内作周期性往复运动时,由于聚合物水溶液所具有的弹性使抽油杆受到一个垂直于轴线的径向力。这个径向力使抽油杆在下行程运动过程中受压失稳提前,造成聚驱井抽油杆偏磨加重。本文选用共转Oldroyd-Maxwell流体本构方程建立起了粘弹性流体偏心环空内非定常流的流动方程;采用控制体积法对流动方程进行了离散化处理;利用交替方向隐式迭代法求解出了流场的速度分布,详细分析了环空的偏心度和抽油杆的运动参数对速度分布的影响;计算了作用在抽油杆上法向应力和作用在内管上的径向力,分析了流场几何参数、流体的弹性及抽油杆的运动对径向力的影响。结果表明:偏心度和内管运动速度对流动的影响最为明显,偏心度和流体的弹性是产生径向力根本原因,偏心度增大时流量和径向力均增大,内管运动速度增大流量和径向力的峰值也增大;径向力的存在是聚驱井抽油杆偏磨加重的主要原因;预防偏磨应从减小偏心度入手,据此提出了全井抽油杆扶正防偏磨措施,并已应用于大庆油田的6000多口聚驱井,取得了可观的经济效益。

论文目录

• 摘 要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 第一章 前言
• 1.1 流变学研究内容简介
• 1.2 非牛顿流体
• 1.3 非牛顿流体力学
• 1.4 文献综述
• 1.5 本文的研究内容及技术路线
• 第二章 粘弹性流体的本构理论
• 2.1 变形及变形梯度
• 2.2 RIVLIN-ERIKSEN张量
• 2.3 应力张量
• 2.4 本构方程
• 2.4.1 线性模型及简单流体模型
• 2.4.2 Oldroyd-Maxwell 流体本构方程
• 2.4.3 以物理分量表示的本构方程
• 第三章 粘弹性流体偏心环空非定常流的流动方程
• 3.1 以应力张量表示的流动方程
• 3.2 偏心环空流动的流动方程和本构方程
• 第四章 流场数值分析方法
• 4.1 计算流体动力学及商业软件简介
• 4.1.1 流动数值计算方法简介
• 4.1.2 CFD 商业软件简介
• 4.2 流动方程的离散
• 4.2.1 计算网格生成技术
• 4.2.2 坐标变换
• 4.2.3 控制体积法
• 4.2.4 流动方程的离散
• 4.3 离散方程的求解方法
• 第五章 计算结果及分析
• 5.1 定常泊谡叶流动的计算结果及分析
• 5.1.1 流场的速度分布
• 5.1.2 流量
• 5.1.3 径向力分析
• 5.2 定常库特流动的计算结果及分析
• 5.2.1 流场的速度分布
• 5.2.2 流量
• 5.2.3 径向力
• 5.3 非定常库特流动的计算结果及分析
• 5.3.1 无量纲速度分布的空间视图
• 5.3.2 流量
• 5.3.3 径向力影响因素分析
• 5.3.4 聚驱井抽油杆的受力分析及防治偏磨的措施
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致 谢
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