提高界面顶替效率的冲洗液体系及相关理论研究

发布时间：2017-09-02 07:11

  本文关键词：提高界面顶替效率的冲洗液体系及相关理论研究

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【摘要】：胶结质量的好坏直接关系到油气井寿命,良好的顶替效率才能充分保障水泥浆与套管壁及井壁的胶结质量。所以,提高顶替效率是提高油气井寿命的关键之一。本文针对固井作业中边层流影响顶替效率至今研究较少,现场应用措施不明确的问题,基于工程流体力学的边层流理论,模拟计算了冲洗液边层流厚度,并结合室内冲洗液顶替效率评价方法设计出了一种隔离型冲洗液,并进行了模拟驱替效率实验分析,旨在得出冲洗液边层流厚度与其对驱替效率影响的关系。主要研究内容及取得的主要成果如下：(1)用油田提供的材料和新型冲洗液评价装置及方法,通过冲洗效率模拟实验,对表面活性剂中的阴离子、两性离子和非离子表面活性剂进行了优选,研究出了一种新型复配表面活性剂CMY,并以此为主材料,结合可溶性盐等其他材料,研究出了一种密度1.01～1.10g/cm3新型隔离型冲洗液体系CMY,并提出了判定隔离型冲洗液的方法。(2)利用边层流理论和边层流厚度模型,以及油田实际钻井液,用清水模拟实验分析了钻井液边层流厚度对其驱替效率的影响,结果表明：钻井液边层流厚度越薄,钻井液越容易被驱替干净、被驱替干净所用的时间越短、驱替所用冲洗液用量越少。(3)用研究出的密度1.01～1.10g/cm3的CMY隔离型冲洗液,结合室内冲洗液驱替效率模拟实验,分析了隔离型冲洗液边层流厚度对其驱替效率的影响。结果表明：冲洗液边层流厚度越小,其驱替效率越高、驱替干净所用时间越短、冲洗液用量越少,这与清水冲洗结果相似。(4)基于边层流厚度模型及流体绕流模型,研究了井壁粗糙度对顶替效率的影响,通过设计两种模拟井壁粗糙度的情况,室内驱替效率模拟实验结果表明,井径越规则,井壁泥饼驱替效率越高,所用冲洗液用量越少；冲洗液返速越大,规则井壁驱替干净泥饼所用时间越短。且在相同粗糙度条件下,井壁泥饼驱替模拟粗糙度颗粒排列距离越大,井壁泥饼驱替效率越高,即粗糙排列间距为绝对模拟粗糙度颗粒高度的3倍时,井壁泥饼驱替效率高于间距为2倍的情况。
【关键词】：隔离型冲洗液 边层流厚度 粗糙度 泥饼驱替效率
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE256
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 问题背景10
• 1.2 研究的目的及意义10-11
• 1.3 国内外研究现状11-14
• 1.3.1 国内研究状况11-13
• 1.3.2 国外研究状况13-14
• 1.4 研究思路及主要内容14-16
• 1.4.1 研究思路14-15
• 1.4.2 研究的主要内容15-16
• 第2章 隔离型冲洗液设计研究16-32
• 2.1 隔离型冲洗液设计理念16-18
• 2.1.1 冲洗液作用机理16-17
• 2.1.2 隔离液作用机理17
• 2.1.3 隔离型冲洗液设计理念17-18
• 2.2 CMY隔离型冲洗液室内研究18-29
• 2.2.1 CMY表面活性剂研究18-26
• 2.2.2 CMY隔离型冲洗液表面活性剂加量设计26-28
• 2.2.3 CMY隔离型冲洗液加重剂优选28-29
• 2.2.4 加重剂加量优选29
• 2.3 隔离型冲洗液判定方法29-30
• 2.4 隔离型冲洗液近井壁流动分析30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 钻井液边层流厚度及其对驱替效率的影响32-49
• 3.1 钻井液边层流厚度计算32
• 3.2 管内流雷诺数计算32-33
• 3.2.1 实际雷诺数计算32-33
• 3.2.2 两个临界雷诺数的计算33
• 3.3 环空流雷诺数计算33-34
• 3.3.1 管近似法环空流动雷诺数计算33
• 3.3.2 窄缝近似法环空流动雷诺数计算33-34
• 3.4 套管及环空平均返速计算34
• 3.4.1 套管内钻井液平均流速计算方法34
• 3.4.2 环空中钻井液平均流速计算方法34
• 3.5 钻井液流性指数及稠度系数计算34-35
• 3.6 钻井液流态划分35
• 3.7 摩阻系数的计算35-36
• 3.7.1 钻井液塞流、层流摩阻系数计算35-36
• 3.7.2 钻井液紊流摩阻系数计算36
• 3.8 钻井液边层流厚度的计算36-37
• 3.9 不同钻井液在不同环空返速下的边层流厚度计算37-38
• 3.10 不同钻井液的清水驱替效率38-45
• 3.10.1 钻井液驱替效率计算38-39
• 3.10.2 钻井液驱替效率39-45
• 3.11 钻井液边层流厚度与驱替效率45-47
• 3.12 本章小结47-49
• 第4章 冲洗液边层流厚度及其对泥饼驱替效率的影响49-71
• 4.1 流变模式的判别方法49
• 4.2 宾汉流变模式冲洗液边层流厚度计算49-54
• 4.2.1 宾汉流变模式冲洗液边层流厚度计算50
• 4.2.2 宾汉模式冲洗液雷诺数计算50-51
• 4.2.3 宾汉模式冲洗液在套管及环空中平均流速计算51
• 4.2.4 宾汉模式冲洗液动切力及塑性黏度计算51
• 4.2.5 宾汉流变模式冲洗液流态划分51-52
• 4.2.6 宾汉模式冲洗液赫兹数计算52-53
• 4.2.7 宾汉模式冲洗液临界核隙比αc算法53
• 4.2.8 宾汉流变模式冲洗液摩阻系数计算53-54
• 4.3 宾汉模式冲洗液边层流厚度影响因素分析54-57
• 4.3.1 宾汉模式冲洗液边层流厚度影响因素54
• 4.3.2 平均环空返速对边层流厚度的影响54-55
• 4.3.3 冲洗液密度对边层流厚度的影响55
• 4.3.4 冲洗液流变性对边层流厚度的影响55-57
• 4.4 宾汉模式冲洗液边层流厚度计算实例57
• 4.5 幂律流变模式冲洗液边层流厚度计算57-60
• 4.5.1 幂律流变模式冲洗液边层流厚度计算57
• 4.5.2 冲洗液在井底环空中雷诺数计算57-58
• 4.5.3 冲洗液在套管及环空中平均流速计算58
• 4.5.4 幂律流变模式冲洗液流性系数及稠度系数计算58-59
• 4.5.5 幂律流变模式冲洗液在井底环空中流态的划分59
• 4.5.6 幂律流变模式冲洗液在井底环空中摩阻系数计算59-60
• 4.5.7 幂律流变模式冲洗液边层流厚度计算实例60
• 4.6 赫-巴模式冲洗液边层流厚度计算60-63
• 4.6.1 赫-巴模式冲洗液边层流厚度计算61
• 4.6.2 赫-巴模式冲洗液的雷诺数计算61
• 4.6.3 赫-巴模式冲洗液几个流变参数的计算61-62
• 4.6.4 赫-巴模式冲洗液在套管及井底环空中平均流速计算62
• 4.6.5 赫-巴模式冲洗液层流(塞流)的摩阻系数计算62
• 4.6.6 赫-巴模式冲洗液紊流摩阻系数计算62
• 4.6.7 赫-巴模式冲洗液边层流厚度计算实例62-63
• 4.7 不同冲洗液在不同环空返速下的边层流厚度计算63-64
• 4.8 不同冲洗液在不同环空返速下的驱替效率计算64-67
• 4.9 冲洗液边层流厚度与泥饼驱替效率67-70
• 4.10 本章小结70-71
• 第5章 粗糙度对泥饼驱替效率的影响研究71-78
• 5.1 井壁表面粗糙度影响泥饼驱替效率机理71-72
• 5.2 井壁表面粗糙化处理方案72-73
• 5.3 粗糙度对泥饼驱替效率的影响73-77
• 5.5 本章小结77-78
• 第6章 结论及建议78-79
• 6.1 结论78
• 6.2 建议78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-83

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