水泥漿水化過程中將產(chǎn)生大量鈣離子,當(dāng)這些鈣離子與鉆井液發(fā)生混合時(shí),易形成粘稠團(tuán)塊狀絮凝物質(zhì),這將造成水泥漿頂替不到位、水泥石抗壓強(qiáng)度和膠結(jié)強(qiáng)度大幅降低,嚴(yán)重影響固井質(zhì)量。為避免水泥漿與鉆井液接觸,注水泥過程需要在水泥漿與鉆井液之間泵入一定量的隔離液。目前現(xiàn)場(chǎng)常用的隔離液用量計(jì)算方法主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定,并沒有考慮實(shí)際頂替過程兩相流混漿長(zhǎng)度影響。本論文以Taylor分散理論為基礎(chǔ),對(duì)隔離液與水泥漿混漿長(zhǎng)度進(jìn)行了分析計(jì)算,主要研究如下:(1)采用頂替界面微元力學(xué)方法分析了徑向流速產(chǎn)生機(jī)理,提出了徑向分散系數(shù)Er來描述徑向物質(zhì)輸運(yùn)能力;以冪律流變模式作為固井工作液的流變模式,分析了直井條件下套管與同心環(huán)空層流頂替軸向流速分布,利用軸向流速分布與徑向分散系數(shù)Er,建立了適用于管內(nèi)及同心環(huán)空軸向分散模型,闡明了水泥漿在軸向上分散的機(jī)理,并得出了混漿長(zhǎng)度的理論計(jì)式。分析了冪律流體流變指數(shù)、平均流速、套管半徑及環(huán)空間隙、無量綱數(shù)ξ對(duì)分散系數(shù)及混漿長(zhǎng)度的影響;通過離子擴(kuò)散方程得出塞流頂替狀態(tài)下的混漿長(zhǎng)度。(2)以冪律流變模式作為固井液工作的流變模式,研究了紊流狀態(tài)下直井環(huán)空紊流流速分布,得出了直井同心環(huán)空紊流最大流速、平均流速之間的關(guān)系,并利用紊流流速分布建立了適用于紊流條件下直井同心環(huán)空的分散模型,得出了紊流狀態(tài)下直井同心空的混漿長(zhǎng)度計(jì)算式,并分析了環(huán)空間隙、環(huán)空平均流速、流體流變指數(shù)對(duì)混漿分散系數(shù)及混漿長(zhǎng)度的影響。(3)通過數(shù)值模擬的方式,得出了徑向流速與密度差的關(guān)系,并通過模擬計(jì)算,分析了密度差對(duì)混漿長(zhǎng)度的影響;通過實(shí)驗(yàn)研究了鈣離子擴(kuò)散系數(shù)與溫度、隔離液種類的關(guān)系,并驗(yàn)證了套管內(nèi)層流頂替混漿長(zhǎng)度計(jì)算式;將混漿長(zhǎng)度計(jì)算公式與固井實(shí)際工程結(jié)合,得出不同流態(tài)下的理論隔離液用量計(jì)算新方法,并利用新方法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)固井施工隔離液用量進(jìn)行了理論計(jì)算。通過上述理論與試驗(yàn)研究,分析了層流、紊流頂替各參數(shù)對(duì)混漿長(zhǎng)度的影響,提出了考慮頂替混漿長(zhǎng)度后隔離液用量的推薦計(jì)算方法,并考慮井斜、偏心等因素的影響,為固井施工頂替參數(shù)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TE256
【部分圖文】：

圖３－１不同ｎ值圓管流速分布圖??

圖３－２？／?ｉＴ與《關(guān)系圖??．２．２

圖３－３流體ｎ值對(duì)混漿長(zhǎng)度的影響
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2892822