缩扩管内携砂压裂液的压力损失实验与数值模拟

论文摘要

携砂压裂液在缩扩管内形成的湍流流动和颗粒群动力学耦合是产生压力损失的根源。通过建立实验系统,研究了携砂胍胶压裂液在缩扩管内的压力损失,得到了缩扩管降阻比随流量、变径比增加呈指数下降,并随支撑剂质量浓度(砂比)增大呈线性增加的变化规律,拟合出了携砂胍胶压裂液在缩扩管内的降阻比计算公式。考虑非牛顿流体的湍流流动和颗粒群碰撞、堆积的动力学耦合,建立了缩扩管内携砂压裂液固液两相耦合的数值分析模型和计算方法,其数值模拟结果与实验得到的压力损失误差均不大于10%,验证了数值模型和计算方法的准确性。经数值模拟研究表明:缩径和扩径端面区域存在流体速度大于颗粒速度以及高颗粒碰撞率和滞逸率现象,扩径端面存在较大旋涡区,且随支撑剂质量浓度增加旋涡流速增大;当支撑剂质量浓度从0增加到700kg/m3(砂比56%)时,缩扩管压力损失的增加幅度达15%,与实验得到的16%基本一致,其中突缩管和突扩管压力损失的增加幅度分别为22%和12%。

论文目录

• 1 缩扩管内携砂压裂液压力损失实验
•   1.1 实验系统与方案
•   1.2 实验工况
•   1.3 实验结果分析
•     1.3.1 实验系统准确性验证
•     1.3.2 缩扩管压力损失
• 2 缩扩管内携砂压裂液压力损失的数值模拟
•   2.1 数值分析模型与计算方法
•   2.2 数值模拟结果
•     2.2.1 数值模型准确性验证
•     2.2.2 颗粒群运动特性与压力损失机理
• 3 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 刘巨保,姚利明,李星月,岳欠杯,张强,张晓川,张宏岩,王海涛

关键词: 压裂液,缩扩管,压力损失,颗粒群,两相流

来源: 石油学报 2019年01期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 石油天然气工业

单位: 东北石油大学机械科学与工程学院,大庆油田有限责任公司采油工程研究院,大庆油田有限责任公司第九采油厂

基金: 国家自然科学基金项目(No.11502051),黑龙江省国家自然科学青年基金培育基金项目(2017PYQZL-09),黑龙江省高校青年创新培养计划项目(UPYSCT-2018045),东北石油大学研究生创新项目(YJSCX2015-023NEPU)资助

分类号: TE357.12

页码: 86-98

总页数: 13

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