翻转板式水力振荡套管鞋的水力特性分析及应用

论文摘要

翻转板式水力振荡套管鞋作为一种有效井底脉冲振动固井技术,应用于大庆油田,已获得明显的振动固井效果。利用翻转板式水力振荡套管鞋可以产生一个作用于水泥浆和套管的周期性激振力,对固井质量的提高有显著作用,且造价低廉,便于应用推广。虽然对翻转板式水力振荡套管鞋的研究已经取得了很大成果,但其加工制造方面仍需进一步规范化和精密化。因此,进一步开展翻转板式水力振荡套管鞋水力特性的研究,会为其结构参数的优选及设计、改进提供进一步的理论依据,从而使其更好的提高固井质量。本文根据翻转板周期性的改变水嘴处过流断面面积的原理,利用等效圆面积法分析了水嘴的出流特性。利用自由淹没射流理论分别在层流射流情况下和紊动射流情况下对经翻转板式水力振荡水嘴的流体流动进行了分析,推导出动压力计算公式,并以水为例,对其进行数值计算,分别分析了层流射流和紊动射流时射流断面上动压力分布及射流轴线上的动压力波动,同时分析了层流射流条件下翻转板直径对动压力波动的影响,及紊动射流条件下翻转板直径、流量及翻转板转动角速度对动压力波动的影响。根据牛顿第二定律、质量守恒定律及牛顿流体的本构方程,推导出环空中牛顿流体一维压力传播的波动方程,并以井底压力波动作为已知条件,以水为例,对方程进行数值求解,并对计算结果进行了分析。在大庆油田40口井的固井现场试验和应用翻转板式水力振荡套管鞋,结果表明:翻转板式水力振荡套管鞋使通过其的水泥浆产生压力波动,且这种压力波动对提高固井质量效果显著。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 一、水力脉冲振动固井研究的目的与意义
• 二、国内外发展概况
• 三、本文进行水力特性分析的目的和意义
• 第一章 井底动压力波动分析
• 1.1 翻转板式水力振荡水嘴的出流特性分析
• 1.2 层流射流轴向动压力
• 1.2.1 粘性流体运动的基本方程和层流边界层的基本方程
• 1.2.2 层流射流速度分布
• 1.2.3 层流射流轴向动压力
• 1.3 紊动射流轴向动压力
• 1.3.1 紊动射流的一般特性
• 1.3.2 紊动射流轴向动压力
• 1.4 井底动压力计算结果分析
• 1.4.1 层流射流井底动压力
• 1.4.2 紊动射流井底动压力
• 第二章 环空中压力波动传播分析
• 2.1 环空中压力波动方程的推导
• 2.2 当量体积弹性模量
• 2.2.1 井眼附近的应力及径向位移
• 2.2.2 井眼岩石、流体及套管的当量体积弹性模量
• 2.3 初始条件和边界条件
• 2.3.1 初始条件
• 2.3.2 边界条件
• 2.4 环空中压力波动传播的波动方程计算及结果分析
• 2.4.1 区域剖分
• 2.4.2 波动方程的离散
• 2.4.3 初始条件的离散
• 2.4.4 边界条件的离散
• 2.4.5 计算结果及分析
• 第三章 现场试验及应用
• 3.1 现场试验
• 3.2 效果分析
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要