泡沫流体温度分布规律的研究

泡沫流体温度分布规律的研究

1泡沫洗井能量和恒定方程1.1t、s1—油管内的能量守恒方程由于管道中的液体仅通过环空灰浆交换热量，因此如下所示。式中:Rti—油管的管内半径,m;T1、T2—油管内、环空泡沫液温度,℃。本文根据文献中的公式进行计算,计算的误差在16%之内,其使用条件为:泡沫质量范围为0.24~0.66;温度范围为25~100℃;压力范围为20~40MPa。得到油管内泡沫液温度的微分方程:1.2地层温度分布模型在油套环空中,泡沫流体与油管内的泡沫流体发生热量交换的同时,还与地层发生着热量交换,油套环空中的泡沫流体与地层的热交换为:式中:Rti—套管的半径;h2—油套传热系数;gT—地层温度梯度,℃/hm;T0—地面温度;W2—环空混合流体流量;ft—时间函数。由质量守恒定理,泡沫流体在井筒内及环空内流动的温度分布模型及边界条件得:当:L=0时,T1=T10;L=Zw时,T1=T2。2泡沫洗井脉冲方程2.1流体在安氏原螯虾上的压力微元物理模型如图1所示,泡沫流体在油管内由上至下流动。由于泡沫流体中只有气、液两相,因此,假设是稳态流动,泡沫流体在微元段上是不可压缩的。由动量守恒原理得,这些力的代数和等于控制体动量变化值,即:式中:WF—泡沫流体的质量流量,kg/s。当不可压缩流体处于稳态流动时,通过相等直径圆管的动量损失为0:式中:D—油管的内径,m;ρF—泡沫流体密度,kg/m3;Δp—流动单元体的压力降,Pa;fF—泡沫流体范宁摩擦系数,无因次;VF—泡沫的流速,m/s;L—流动单元体长度,m。2.2砂粒的流体特性微元物理模型如图2所示,泡沫流体在环空内由下至上流动。泡沫流体中有三相,在此把泡沫当成均匀分布的一相。根据动量守恒原理得,这些力的代数和等于控制体动量的变化值,即:不可压缩流体稳态流动时,通过等直径环空时动量损失亦为零。当砂粒从加速到匀速运动,也处于稳定流动状态,动量损失为零(末端效应可以忽略):式中:ρm—泡沫流体混合物的密度;fm—泡沫流体混合物的范宁摩擦系数;Vm—泡沫流体混合物的流速;D1、D2—套管内、外径。3井深和压力对泡沫排水剂的性能影响油井的基本数据见表1。(1)硬胶泡沫流动压降最大、不稳定泡沫的流动压降最小。不稳定泡沫和硬胶泡沫在井深3000m处的井底压力分别为18.27、30.19MPa。(2)不稳定泡沫密度与井深关系如图5所示。硬胶泡沫密度与井深关系如图6所示。由于两种泡沫压力降的不同,从而导致其井下密度变化不一样,硬胶泡沫的井下压力最大。在井深3000m处,硬胶泡沫井底密度为867kg/m3,而不稳定泡沫为758kg/m3。(3)不稳定泡沫质量与井深关系如图7所示。硬胶泡沫质量与井深关系如图8所示。压力越大,泡沫内气体压缩越严重,泡沫质量越小;井深增大,压力越大,泡沫质量变小,气相所占比例越小,原因是泡沫中气相的压缩性。但是,两种泡沫流体在温度变化基本相同的条件下,泡沫质量只受压力影响。井下泡沫质量最小,不稳定泡沫质量最大。(4)不稳定泡沫流速与井深关系如图9所示。硬胶泡沫流速与井深关系如图10所示。随着井深增大,压力越大,泡沫速度变小,体积流量变小。在相同深度上,泡沫流体在油管内速度总是小于其在环空内的速度。在井深3000m处,不稳定泡沫和硬胶泡沫在井底流速分别为0.98m/s和0.92m/s。两项流速都符合文献中列出的井底安全携砂的条件:针对0.4mm颗粒,安全携砂流速应大于0.9m/s。4泡沫速度和压力分布的关系(1)通过应用动量守恒定律、质量守恒及能量守恒定律,完成了泡沫流体冲砂洗井的数学模型建立。研究不稳定泡沫和硬胶泡沫在流动条件下井内压力分布、密度分布、泡沫质量分布、泡沫流速分布之间的关系。(2)在