往复式泥浆脉冲发生器中转子水动力特性多相流数值模拟

发布时间：2017-03-30 11:21

  本文关键词：往复式泥浆脉冲发生器中转子水动力特性多相流数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现代油气钻井系统要求在利用有限能源的情况下,高速、实时、准确地将井下数据传递到井上。连续波脉冲发生器是现代油气钻井系统的核心部件之一,脉冲发生器主要部件是其中的定子和转子,定、转子的相对运动会导致通过其中的钻井液产生复杂的变化。定转子附近流动区域复杂,钻井液流速快,有明显的湍流现象,而且实际钻井液主要是由水和细砂组成的多相流混合物,故而在定转子附近的水力特性十分复杂,有必要开展基于多相流的研究工作。本文首先介绍国内外随钻测量与随钻测井技术的发展情况,同时简要叙述多相流理论的发展动态,指出对于脉冲发生器水力特性的研究需要考虑多相流的影响。其后,本文介绍流体力学的控制方程具体在本研究中的应用,同时对脉冲发生器中转子的稳态水力转矩进行理论上的介绍。在分析过程中,从多相流的角度进行分析,区别其与工作介质为纯水的不同之处。最后,通过数值仿真对水力特性进行计算研究,并与纯水状态下水力特性进行对比分析,在进一步研究水力转矩的同时,探讨多相流对往复式泥浆脉冲发生器中水力特性的影响。
【关键词】：多相流 水力转矩 往复式泥浆脉冲发生器 数值模拟
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE927
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 研究背景及意义9-11
• 1.2 国内外MWD/LWD系统研究现状11-15
• 1.2.1 国外MWD/LWD系统发展及研究现状11-13
• 1.2.2 国内MWD/LWD系统发展及研究现状13-15
• 1.2.3 脉冲发生器的研究现状15
• 1.3 多相流理论及应用概述15-18
• 1.3.1 多相流的研究方法和理论模型的选择16-17
• 1.3.2 多相流理论的工程应用17-18
• 1.4 课题背景及研究内容18-20
• 1.4.1 课题背景19
• 1.4.2 研究内容19-20
• 1.5 本章小结20-21
• 2 水动力理论分析21-29
• 2.1 分析原始模型介绍21
• 2.2 流体运动的控制方程21-25
• 2.2.1 流体运动基本控制方程21-23
• 2.2.2 多相流运动的基本方程23-25
• 2.3 颗粒动力学25-28
• 2.4 本章小结28-29
• 3 脉冲发生器中转子的数值模拟29-53
• 3.1 分析软件介绍29-30
• 3.2 钻井液分析30-32
• 3.2.1 钻井液中细砂30-31
• 3.2.2 钻井液流动状态分析31-32
• 3.3 脉冲发生器计算模型的简化32-33
• 3.4 脉冲发生器的流道模型33-38
• 3.4.1 模型三维模型建立33-34
• 3.4.2 模型的网格划分及技巧34-38
• 3.5 脉冲发生器模型的数值计算38-52
• 3.5.1 数值计算模型分析39-41
• 3.5.2 数值计算结果41-46
• 3.5.3 转子水力转矩的计算46-51
• 3.5.4 网格收敛性分析51-52
• 3.6 本章小结52-53
• 4 转子水动力力学特性研究53-69
• 4.1 多相流的影响分析53-56
• 4.2 旋转速度的影响分析56-58
• 4.2.1 纯水时旋转速度影响分析56-57
• 4.2.2 二相流与水的对比分析57-58
• 4.3 入流速度的影响分析58-64
• 4.3.1 二相流时入流速度影响分析58-60
• 4.3.2 二相流与水的对比分析60-62
• 4.3.3 水力转矩与来流速度关系62-64
• 4.4 定子、转子间隙影响分析64-68
• 4.4.1 二相流时定转子间隙影响分析64-65
• 4.4.2 二相流与水的对比分析65-68
• 4.5 本章小结68-69
• 5 细砂对水动力特性的影响分析69-76
• 5.1 细砂体积分数的影响分析69-71
• 5.2 细砂直径影响分析71-74
• 5.3 钻井液动力粘度分析74-75
• 5.4 本章小结75-76
• 6 总结与展望76-79
• 6.1 研究总结76-77
• 6.2 存在问题77
• 6.3 工作展望77-79
• 参考文献79-83
• 作者简介83
• 基本信息83
• 攻读硕士学位期间发表的论文83

【参考文献】

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本文编号：277002