油井中磨料射流割缝固液两相流场的数值模拟

论文摘要

磨料射流割缝技术是八十年末发展起来的一项用于解除近井地层污染及扩大低渗油层渗透率的新工艺,具有穿透深,无二次污染,泄流面积大,施工效果显著等特点。但仍存在不少问题,与空气中的自由水射流相比,在水下射流的理论与实验研究还较少。尤其是对淹没条件下,高速非自由两相射流理论需要进一步的研究。对于油井中磨料射流割缝,流体在缝体的流动情况、固体颗粒的运动情况、两相流体随时间的变化情况、二次回流对射流的影响以及流体随着割缝方向沿程速度衰减情况研究较少。针对以上问题,本文采用了理论研究与数值模拟相结合的研究方法。运用两相射流理论和计算流体力学等基础知识,分析油井中磨料射流割缝两相流体运动机理。应用Gambit前处理软件,根据地面及地下试验结果建立缝体的二维和三维模型。基于FLUENT软件对二维情况进行了数值模拟,为磨料射流割缝工艺提供一定的理论基础与实验依据。本文主要完成如下工作:①介绍了磨料射流及其数值模拟研究的历史和发展现状。②阐述了油井中磨料射流割缝工艺原理和现场施工流程。③以两相射流理论和计算流体力学为基础,建立了油井中磨料射流固液两相流体的数学模型。④用有限体积法对上述方程进行了离散化,介绍了运用SIMPLE算法对离散方程求解的方法。⑤基于地面试验和地下试验结果,运用Gambit软件建立了三维缝体模型。具体给出Gambit建模步骤及应用FLUENT对二维模型进行数值模拟的方案优化。⑥对两条互成180度的长缝内和井壁内,两相流体的流动情况进行了数值模拟。以FLUENT模拟结果为基础,研究并分析了其在淹没条件下,磨料射流两相流体的流动情况和运动规律。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 油井中磨料射流割缝的历史和研究现状
• 1.2.1 国内外油井中磨料射流割缝技术的应用历史和研究现状
• 1.2.2 磨料射流数值模拟研究进展
• 1.3 油井中磨料射流割缝工艺原理和现场施工流程
• 1.3.1 油井中磨料射流割缝工艺原理
• 1.3.2 油井中磨料射流割缝现场施工流程
• 2 磨料射流固液两相流体的数学模型
• 2.1 FLUENT 湍流模型的选择
• 2.1.1 雷诺应力模型（RSM）的选择
• 2.1.2 雷诺应力的边界处理
• 2.1.3 附壁湍流流动的近壁面处的处理方法
• 2.2 连续相模型的数学建模
• 2.2.1 FLUENT 通用多相流模型
• 2.2.2 连续相VOF 法数学模型
• 2.3 离散相模型的数学建模
• 2.4 FLUENT 中离散相与连续相耦合计算数值模型的建立
• 2.5 本章小结
• 3 磨料射流固液两相流动方程组的求解
• 3.1 有限体积法的基本思想和特点
• 3.2 磨料射流流场离散方程的建立
• 3.2.1 离散格式概述
• 3.2.2 连续性方程的离散
• 3.2.3 动量方程的离散
• 3.3 SIMPLE 算法
• 3.4 本章小结
• 4 油井中磨料射流割缝数值模拟方案和结果分析
• 4.1 FLUENT 软件简介
• 4.1.1 FLUENT 软件程序结构
• 4.1.2 典型的FLUENT 解决问题的步骤
• 4.2 缝体模型尺寸形态参数的确定
• 4.3 应用Gambit 前处理模拟方案
• 4.4 应用FLUENT 计算步骤和参数确定
• 4.5 油井中磨料射流割缝数值模拟结果研究
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 在学期间从事的科研工作
• 学位论文数据集