流水管柱压力场数值计算模型

流水管柱压力场数值计算模型

变化的因素是农村外流体压力为了进一步提高中国油田的开发效果和原油采收率，采用了我国的注水技术，并在各油田中广泛传播。不同类型的液压设计也出现。市政秘书处内和外管内的气压力变化直接影响市政秘书处的机械操作。这是由于市政秘书处内和外管内的支撑力，如鼓胀、螺旋弯曲和激活。精确的解决方案非常重要。笔者通过直筒内单相流体理论,建立了注水管柱压力场数值计算模型,进一步得出了注水管柱内流体的摩阻系数及沿程摩阻损失的相关计算,为深入分析注水管柱由压力引起的3种效应(活塞、螺旋弯曲、鼓胀)的力学行为提供准确的原始数据,并为开发注水管柱力学分析仿真软件奠定理论基础,具有较高的理论意义和实用价值。压力沿井深分布如图1所示,在注水管柱内取微元段dz长的流体及管柱,微元段流体上下面的压力分别为p1和p2,流速为v,摩阻系数为τ,油管内、外径分别为d0、d1,套管内径为d2。根据注水管柱内单相流体的流动规律,建立流体的一维流动压力的动量方程为dpdz=dpfdz+dpadz+dpgdz(1)dpdz=dpfdz+dpadz+dpgdz(1)式中,dpfdzdpfdz为由摩阻引起的压力变化dpfdz=-τ(2)dpfdz=−τ(2)dpadzdpadz为由动能变化引起的压力变化dpadz=U2mA2d(1/ρ)dz(3)dpadz=U2mA2d(1/ρ)dz(3)dpgdz为由重力和井斜角θ引起的压力变化dpgdz=gρcosθ(4)在注同一种液体的情况下,流体密度的变化极小,可忽略不计,由此可得dpdz=dpfdz+dpgdz=-τ+gρcosθ(5)考虑边界条件且给定摩阻系数为常数时,求得压力沿井深的分布为p(z)=∫z0(-τ+gρcosθ)dz+p0=-τz+gρzcosθ+p0(6)式中,p0为井口或井底压力。由于注水管柱内水流阻力的影响，水流降低1.流体摩阻系数在式(6)中,要确定由流体摩阻引起的管柱内流体的压降,必须确定注水管柱内流体摩阻系数,在许多文献中给出了一些流体的摩阻系数τ的计算公式,但需要很多流体的物理性能参数才能计算,一般都难以可靠精确地求得,所以大多数是根据具体问题采用经验公式确定。对于常见的清水摩阻系数τ可参照文献中的清水摩阻系数参考表选用。2.流摩阻压降计算在不同的工况下,流体的摩阻系数τ的确定极其复杂,因此由流体摩阻引起管柱内流体的压降计算也极其复杂。在此先通过计算注水管柱流体沿程摩阻损失,再间接由流体沿程摩阻损失得出由流体摩阻引起管柱内流体压降的相关计算。在采用同心管分层注水管柱注水时,由于日注量大,注入水在同心管内、外管流动将会产生水力摩阻压降,此摩阻压降的大小将直接影响到同心管分层注水管柱是否能满足注水开采的编制具有十分重要意义。在此,选用比较典型的同心管注水管柱进行流体摩阻损失理论分析,进一步确定流体摩阻压降。在同心注水管柱注水过程中,油管内、外管之间以及管接箍处流体流动将产生3种摩阻损失:油管内流体的摩阻沿程损失、油管外与套管内的油套环空间隙内的流体摩阻沿程损失和油管接箍处在油套环空间隙内的流体摩阻局部损失。(1)油管内流体的摩阻沿程损失计算根据流体运动分析图1,对于油管内流体的摩阻损失可采用hf油管内=λLdv22g(7)其中沿程损失系数λ与流态有关,流态的判断是根据雷诺数Re范围值确定。(2)油套环空内流体摩阻沿程损失计算根据流体在环空间即油管外壁和套管内壁之间流动,流态一般为紊流,引入水力直径的概念,则有Dh=4π(d22-d21)/4π(d1+d2)=d2-d1(9)对于油套环空紊流的流体摩阻沿程损失为hf油套环空=λLDhv22g(10)(3)油套环空流体摩阻局部损失计算由图2可知,油套环空内的流体摩阻局部损失可分为2部分。第1部分为环空套管处流入接箍入口及沿接箍和外管的环空流动,这部分由于流体断面突减并沿断面缩小管道流动,故它的沿程损失由2部分组成,可将该沿程损失表示为hj1=ξv2c2g+(vc-v2)22g(11)其中收缩系数ε=Ac/A2和ξ须通过实测得到,如表1。第2部分为由接箍的下端部流出所形成的局部阻力,该部分属于突然扩大,由包达公式变形可得hj2=ξ1v212g(12)其中ξ1=A1/A2-1。注水管柱内流体摩阻引起管柱内流体的压降计算包括2项。(1)油管内流体摩阻引起管柱内流体的压降Δp油管Δp油管=ρghf油管(13)(2)油套环空内流体摩阻引起管柱内流体的压降Δp油套环空Δp油套环空=ρg(hf油套环空+hj1+hj2)(14)3.bg油管内及bg油管内摩阻压降计算根据上述理论分析,利用FORTRAN编制的计算软件,计算长3800m的⌀60.3mm(2英寸)UPTBG油管内及该种油管与⌀101.6mm(4英寸)UPTBG套管的油套环空内摩阻压降,其计算结果见表2。通过上述理论分析和计算及与经典曲线的对比,可以得出同心注水管柱在注水时油管内、油套环空内流体摩阻压降采用上述理论公式计算结果较为合理,更加符合生产实际情况,可以作为生产实践中计算注水管柱油管内、油套环空内流体摩阻压降的可行方法。摩阻系数的计算通过直筒内单相流体理论,在给定摩阻系数τ的情况下,建立了注水管柱压力场数值计算模型;在未给定摩阻系数τ的情况下,通过注水管柱摩阻损失的相关计算