液-固兩相流的一些理論和應(yīng)用在許多工程領(lǐng)域都有所涉及。如水力除砂,深海揚(yáng)礦以及石油工業(yè)油層水力壓裂支撐劑的運(yùn)移和環(huán)空內(nèi)流體與巖屑的流動(dòng)等。水平井和大位移井的鉆進(jìn)過(guò)程中,環(huán)空內(nèi)巖屑運(yùn)移不充分會(huì)導(dǎo)致巖屑的積累,會(huì)引起高摩阻和高扭矩、卡鉆和憋鉆等安全事故的發(fā)生。近些年來(lái),國(guó)內(nèi)外逐漸興起螺旋葉片式巖屑清潔工具的設(shè)計(jì)與研究工作。通過(guò)在鉆桿管體上加工若干形狀的葉片,通常葉片直徑與鉆桿接頭接近并與鉆桿連接使用,通過(guò)鉆桿的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下誘導(dǎo)環(huán)空內(nèi)產(chǎn)生螺旋流來(lái)破壞和清除巖屑床。然而巖屑清潔工具運(yùn)行受相關(guān)的影響制約因素眾多,不同因素之間相互作用關(guān)系復(fù)雜,因此對(duì)巖屑清潔工具所誘導(dǎo)環(huán)空內(nèi)的螺旋流流場(chǎng)及其內(nèi)部液固兩相流動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行研究具有重要意義。本文基于歐拉雙流體模型(TFM)結(jié)合顆粒動(dòng)力學(xué)理論(KTGF)研究液固兩相流動(dòng)問(wèn)題,采用Huilin-Gidaspow模型計(jì)算相間作用力,使用滑移網(wǎng)格方法來(lái)實(shí)現(xiàn)葉片域的旋轉(zhuǎn),最終實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)空內(nèi)巖屑清潔工具流場(chǎng)的三維數(shù)值模擬分析。針對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和水力參數(shù),選取不同的旋轉(zhuǎn)速度,不同的葉片高度,不同的葉片螺旋角,不同的旋轉(zhuǎn)方向,并對(duì)單相鉆井液條件下螺旋葉片誘導(dǎo)螺旋流的衰減規(guī)律以及液固兩相流動(dòng)特性展開數(shù)值模擬研究。研究結(jié)果表明,在鉆井液?jiǎn)蜗嗔鲃?dòng)情況下葉片后方誘導(dǎo)螺旋流的旋流強(qiáng)度呈指數(shù)型規(guī)律衰減,初始旋流強(qiáng)度隨旋轉(zhuǎn)速度和葉片高度的增加顯著增強(qiáng);在葉片逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)情況下,初始旋流強(qiáng)度隨螺旋角的增加逐漸減弱,而順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)則產(chǎn)生相反的規(guī)律現(xiàn)象。不同條件下葉片誘導(dǎo)螺旋流的攜巖能力均隨軸向位移的增加而減弱,旋轉(zhuǎn)速度和葉片高度的增加可以顯著增強(qiáng)葉片后方巖屑顆粒的懸浮能力。逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),隨著螺旋角的增加,葉片誘導(dǎo)螺旋流對(duì)巖屑的攜巖能力逐漸減弱,順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)所得到規(guī)律則相反。研究結(jié)果可以為將來(lái)設(shè)計(jì)出更合適,更高效的巖屑清潔工具提供一定的指導(dǎo)。
【學(xué)位單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE927
【部分圖文】：

第一章 緒論特性研究現(xiàn)狀丘和沙波運(yùn)動(dòng)平均流速較低，不能將井底產(chǎn)生的巖屑迅速帶離井底速形成較大砂丘。同時(shí)，由于大砂丘減少了環(huán)空流動(dòng)鉆井液在大砂丘表面處平均流速增大，攜帶大砂丘表最終實(shí)現(xiàn)大砂丘整體沿井筒緩慢向前運(yùn)移，見圖 1.1

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本文編號(hào)：2829149