粘弹性表面活性剂流体携砂流动机制研究
发布时间：2021-10-14 12:47
某些具有较长碳链的粘弹性表面活性剂（Viscoelastic Surfactant,简称VES）在反离子作用下,内部可形成长达微米级的蠕虫状胶束。在表面活性剂浓度超过其临界胶束浓度时,这些胶束相互缠绕,宏观上表现出类似高分子聚合物的粘弹性。其相比聚合物的主要优点在于其粘弹性在经历高剪切后可自行恢复,称为活聚合物。另外,VES的粘弹性还随温度、pH值等环境因素的变化而变化,是一种新型智能响应型流体。当VES用于油田压裂液时,无需破胶剂、施工摩阻小、对地层污染小、携砂能力强,是一种新型环保型压裂液。VES是一种复杂的粘弹性流体,使得支撑剂颗粒在VES中的沉降和运移规律变得复杂。以十八烷基三甲基氯化铵（OTAC）和反离子水杨酸钠（NaSal）形成的表面活性剂流体为研究对象,通过实验和数值模拟相结合的方法研究支撑剂颗粒在VES中的沉降和运移规律。首先对OTAC/NaSal的流变特性进行研究,研究了不同浓度配方下,VES的剪切粘度随剪切速率的变化关系以及粘性和弹性模量随角频率的变化关系,并以考虑流体粘弹性的Giesekus本构方程对流变实验数据进行了拟合。其次,采用基于Giesekus本构方程的...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地层裂缝的砂堤运移压裂液的作用包括造缝、携砂、降温，压裂液的好坏直接决定开采质量
9n(x,t)——单位浓度，其数值为1；f(r)——Perterlin函数，=trCr；Cij——表面活性剂分子的变形张量；ijδ——克罗内克符号，i=j时，值为1，i≠j时，值为0。对于粘弹性流体，变形张量Cij的输运方程为：[]ijkjikkjikkjikkikjkjikkijkijfCCCrfCrxuCxuCxCutCδαδαδααλ)1()()1()(1++=+（2-4）式中，α——迁移因子；λ——松弛时间，s；对于Giesekus模型，α的取值一般为0.5<α<1，f(r)一般取值为1。2.1.2Polyflow软件分析流程Polyflow软件的操作涉及到很多模块，Polyman创建工程项目，Polydata设置具体的模型、流体参数、边界条件等，Polyflow对求解模型进行计算，CFD-Post输出图像后处理结果，软件模块的组织结构如图2-1所示。图2-1Polyflow软件模块示意图2.2表面活性剂流体携砂流动数学模型及数值模拟方法2.2.1多相流模型选取表面活性剂携砂流动属于典型的固液两相流，由于Polyflow软件不能够模拟多相流
17并且产生第一与第二法向应力差。由于第一法向应力差的作用方向与流线方向垂直，因此颗粒的沉降不受影响，第一法向应力差的作用方向与流线平行，与颗粒沉降方向相反。设λ为松弛时间，则弹性阻力可表示为：svFληπε03=（2-28）其中，GG′′=10λ颗粒在粘弹性流体中沉降时，粘滞阻力与弹性阻力都随着颗粒速度的增加而增加，当颗粒受力平衡时，速度达到平衡状态，此时的颗粒沉降速度公式为：()01832480.75/4ppsppysddgdvλρρτηλ++=（2-29）2.4裂缝内砂堤形态表征参数支撑剂随着压裂液进入裂缝时，受到自身的重力、压裂液与支撑剂由于重力作用产生的浮力、压裂液自身性质对支撑剂产生的曳力、壁面对颗粒的摩擦力颗粒以及颗粒之间的相互作用力的影响，使颗粒群沉降后在裂缝底部形成的砂堤形态产生差异，并且随着更多的颗粒群堆积，其压裂液的过流面越来越小，从而导致压裂液流速增加，当砂堤的高度随着时间不再变化时，则表明砂堤的形体已经达到平衡状态，定义达到平衡状态时裂缝内的流体流速为平衡流速，所对应的砂堤高度称为平衡高度，当砂堤内的砂堤高度达到平衡高度的90%时所对应的时间即称为平衡时间。图2-2裂缝中支撑剂浓度在缝高上的分布示意理想的表面活性剂压裂液够将支撑剂靶向泵入所需要的复杂裂缝中，压裂液的携砂
【参考文献】：
期刊论文
[1]湍流方管中颗粒分散和沉降行为的数值模拟[J]. 王艳芝,赵彦琳,姚军. 工程热物理学报. 2019(04)
[2]管内单颗粒沉降的直接模拟研究[J]. 张治坤,彭德其. 化工设计通讯. 2018(11)
[3]颗粒沉降问题的SPH数值模型研究[J]. 邵家儒,杨瑜,黄志涛,邹麟. 重庆理工大学学报(自然科学). 2018(10)
[4]水力裂缝内支撑剂输送沉降行为数值仿真[J]. 刘春亭,李明忠,郝丽华,郭天魁. 大庆石油地质与开发. 2018(05)
[5]支撑剂颗粒沉降速度的影响因素[J]. 聂玲,师煜凯,程任. 云南化工. 2018(02)
[6]等温条件下球形颗粒沉降的轨迹特性[J]. 常建忠,张莹,刘汉涛. 过程工程学报. 2018(01)
[7]支撑剂在滑溜水中的运移规律研究[J]. 赵俊,赵银明,陈仙江. 长江大学学报(自科版). 2017(17)
[8]滑溜水压裂主裂缝内支撑剂输送规律实验及数值模拟[J]. 周德胜,张争,惠峰,师煜涵,赵超能,周媛. 石油钻采工艺. 2017(04)
[9]支撑剂在滑溜水中沉降规律探讨[J]. 张林强. 当代化工. 2017(04)
[10]单裂缝中携砂液流动规律研究[J]. 李鹏,苏建政,张岩,张旭辉,鲁晓兵. 力学与实践. 2017(02)
硕士论文
[1]压裂裂缝内滑溜水携砂输送规律研究[D]. 张争.西安石油大学 2018
[2]压裂液携砂性能和交联过程流变动力学研究[D]. 黄彩贺.华东理工大学 2015
[3]粘弹性流体基纳米流体流变学物性研究[D]. 徐鸿鹏.哈尔滨工业大学 2013
[4]秸秆裂解炉开发与炉管内的温度场模拟[D]. 冯小芹.青岛科技大学 2011
[5]压裂用粘弹性表面活性剂的合成及其结构与性能研究[D]. 李圣涛.西南石油大学 2006
本文编号：3436183
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地层裂缝的砂堤运移压裂液的作用包括造缝、携砂、降温，压裂液的好坏直接决定开采质量
9n(x,t)——单位浓度，其数值为1；f(r)——Perterlin函数，=trCr；Cij——表面活性剂分子的变形张量；ijδ——克罗内克符号，i=j时，值为1，i≠j时，值为0。对于粘弹性流体，变形张量Cij的输运方程为：[]ijkjikkjikkjikkikjkjikkijkijfCCCrfCrxuCxuCxCutCδαδαδααλ)1()()1()(1++=+（2-4）式中，α——迁移因子；λ——松弛时间，s；对于Giesekus模型，α的取值一般为0.5<α<1，f(r)一般取值为1。2.1.2Polyflow软件分析流程Polyflow软件的操作涉及到很多模块，Polyman创建工程项目，Polydata设置具体的模型、流体参数、边界条件等，Polyflow对求解模型进行计算，CFD-Post输出图像后处理结果，软件模块的组织结构如图2-1所示。图2-1Polyflow软件模块示意图2.2表面活性剂流体携砂流动数学模型及数值模拟方法2.2.1多相流模型选取表面活性剂携砂流动属于典型的固液两相流，由于Polyflow软件不能够模拟多相流
17并且产生第一与第二法向应力差。由于第一法向应力差的作用方向与流线方向垂直，因此颗粒的沉降不受影响，第一法向应力差的作用方向与流线平行，与颗粒沉降方向相反。设λ为松弛时间，则弹性阻力可表示为：svFληπε03=（2-28）其中，GG′′=10λ颗粒在粘弹性流体中沉降时，粘滞阻力与弹性阻力都随着颗粒速度的增加而增加，当颗粒受力平衡时，速度达到平衡状态，此时的颗粒沉降速度公式为：()01832480.75/4ppsppysddgdvλρρτηλ++=（2-29）2.4裂缝内砂堤形态表征参数支撑剂随着压裂液进入裂缝时，受到自身的重力、压裂液与支撑剂由于重力作用产生的浮力、压裂液自身性质对支撑剂产生的曳力、壁面对颗粒的摩擦力颗粒以及颗粒之间的相互作用力的影响，使颗粒群沉降后在裂缝底部形成的砂堤形态产生差异，并且随着更多的颗粒群堆积，其压裂液的过流面越来越小，从而导致压裂液流速增加，当砂堤的高度随着时间不再变化时，则表明砂堤的形体已经达到平衡状态，定义达到平衡状态时裂缝内的流体流速为平衡流速，所对应的砂堤高度称为平衡高度，当砂堤内的砂堤高度达到平衡高度的90%时所对应的时间即称为平衡时间。图2-2裂缝中支撑剂浓度在缝高上的分布示意理想的表面活性剂压裂液够将支撑剂靶向泵入所需要的复杂裂缝中，压裂液的携砂
【参考文献】：
期刊论文
[1]湍流方管中颗粒分散和沉降行为的数值模拟[J]. 王艳芝,赵彦琳,姚军. 工程热物理学报. 2019(04)
[2]管内单颗粒沉降的直接模拟研究[J]. 张治坤,彭德其. 化工设计通讯. 2018(11)
[3]颗粒沉降问题的SPH数值模型研究[J]. 邵家儒,杨瑜,黄志涛,邹麟. 重庆理工大学学报(自然科学). 2018(10)
[4]水力裂缝内支撑剂输送沉降行为数值仿真[J]. 刘春亭,李明忠,郝丽华,郭天魁. 大庆石油地质与开发. 2018(05)
[5]支撑剂颗粒沉降速度的影响因素[J]. 聂玲,师煜凯,程任. 云南化工. 2018(02)
[6]等温条件下球形颗粒沉降的轨迹特性[J]. 常建忠,张莹,刘汉涛. 过程工程学报. 2018(01)
[7]支撑剂在滑溜水中的运移规律研究[J]. 赵俊,赵银明,陈仙江. 长江大学学报(自科版). 2017(17)
[8]滑溜水压裂主裂缝内支撑剂输送规律实验及数值模拟[J]. 周德胜,张争,惠峰,师煜涵,赵超能,周媛. 石油钻采工艺. 2017(04)
[9]支撑剂在滑溜水中沉降规律探讨[J]. 张林强. 当代化工. 2017(04)
[10]单裂缝中携砂液流动规律研究[J]. 李鹏,苏建政,张岩,张旭辉,鲁晓兵. 力学与实践. 2017(02)
硕士论文
[1]压裂裂缝内滑溜水携砂输送规律研究[D]. 张争.西安石油大学 2018
[2]压裂液携砂性能和交联过程流变动力学研究[D]. 黄彩贺.华东理工大学 2015
[3]粘弹性流体基纳米流体流变学物性研究[D]. 徐鸿鹏.哈尔滨工业大学 2013
[4]秸秆裂解炉开发与炉管内的温度场模拟[D]. 冯小芹.青岛科技大学 2011
[5]压裂用粘弹性表面活性剂的合成及其结构与性能研究[D]. 李圣涛.西南石油大学 2006
本文编号：3436183
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