【摘要】：由于連續(xù)油管直徑小以及滾筒上螺旋段的存在,相比普通油管連續(xù)油管的摩擦壓耗較大�，F(xiàn)場施工多關(guān)注連續(xù)油管的井下工況,而對地面螺旋管內(nèi)的工況研究較少,通過文獻調(diào)研發(fā)現(xiàn)目前對螺旋段流動特性的研究較少且不夠精細。目前,連續(xù)油管螺旋段中流體摩擦阻力預(yù)測還是工程學(xué)上的挑戰(zhàn)之一,本文基于理論和實驗對連續(xù)油管螺旋段的流動進行深入分析與研究,著重揭示冪律流體在連續(xù)油管螺旋段中的流動特性,從而為現(xiàn)場選擇配套設(shè)備和確定施工參數(shù)提供理論基礎(chǔ)。根據(jù)流體力學(xué)基本原理,以連續(xù)性方程和納維-斯托克斯方程為控制方程,應(yīng)用邊界層理論和數(shù)量級分析法,解決了連續(xù)油管冪律流體的層流流動問題。在理論分析和數(shù)值解的基礎(chǔ)上,以Dean數(shù)和曲率為自變量,充分考慮流性指數(shù)、曲率以及管路的幾何尺寸作用下所產(chǎn)生離心力對摩阻系數(shù)的影響,得到了層流摩擦系數(shù)公式。邊界層的近似分析方法也適用于連續(xù)油管中冪律流體湍流的分析。首先,要對連續(xù)油管的流動模型進行簡化,將橫截面劃分為無粘核心區(qū)和粘性薄邊界層。然后,通過數(shù)量級簡化核心區(qū)和邊界層的流動方程。將簡化的邊界層動量方程對邊界層厚度積分,得到動量積分方程。在假定邊界層流速分布的適當(dāng)形式后,將動量積分方程轉(zhuǎn)化為常微分方程組,求得速度場的數(shù)值解。與螺旋管冪律層流的情況類似,建立了湍流條件下考慮離心力對摩阻系數(shù)影響的湍流摩擦系數(shù)公式。新的摩擦系數(shù)公式與HUBS數(shù)據(jù)有很好的一致性。本文公式與MashelkarDevarajan公式、Ito公式以及HUBS數(shù)據(jù)進行了對比,結(jié)果發(fā)現(xiàn)本文公式的計算精度比MashelkarDevarajan公式更高,本文公式的計算結(jié)果與Ito公式計算結(jié)果和HUBS數(shù)據(jù)非常接近。實驗研究包括一系列不同的管徑、長度和曲率的螺旋管,不同濃度的冪律流體(黃原膠、聚丙烯酰胺,瓜爾膠,羧甲基纖維素和羥丙基瓜爾膠)。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),連續(xù)油管曲率增加對摩擦壓力影響顯著。連續(xù)油管和直管之間摩擦系數(shù)的最大差值可以高達200%,連續(xù)油管和直管之間摩擦系數(shù)的差異主要受油管直徑的大小、冪律流體濃度和廣義雷諾數(shù)的影響。對于牛頓流體(水),連續(xù)油管和直管之間的摩擦系數(shù)的差別不像冪律流體那樣顯著,摩擦系數(shù)的差異為30%。摩擦壓力的數(shù)據(jù)分析表明,連續(xù)油管中冪律流體的減阻效應(yīng)比直管的要低,而且隨著曲率比的增大,連續(xù)油管中冪律流體的減阻效應(yīng)也降低。曲率比對連續(xù)油管摩擦系數(shù)有顯著影響,隨著曲率比的增大連續(xù)油管的摩擦系數(shù)增大。同時曲率比的影響大小也取決于流體濃度。最后根據(jù)測得的摩擦系數(shù)數(shù)據(jù),與本文公式計算值進行對比,在很寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)該公式預(yù)測值與實驗數(shù)據(jù)基本相符,大多數(shù)的誤差在10%以內(nèi),證明本文公式的計算結(jié)果具有較高的可靠性。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE931.2
【圖文】：

油管最重要的特點是整個連續(xù)油管管柱連續(xù)且無接頭連接。逡逑為了使連續(xù)油管下入井筒或從中起出，需要相應(yīng)的連續(xù)油管裝置。逡逑圖１．１國際連續(xù)油管協(xié)會給出的連續(xù)油管裝置組成中給出的連續(xù)油管裝置組成中包逡逑括：逡逑１邋？盤管總成邋Ｃｏｉｌｅｄ邋ｔｕｂｉｎｇ邋ｒｅｅｌ；逡逑２．

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本文編號：2758303