[发明专利]一种牛顿流体偏心环空螺旋流动速度的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种牛顿流体的测算方法，特别是关于一种牛顿流体偏心环空螺旋流动速度的计算方法。

背景技术

偏心圆管环空流态的判别和研究一直是石油钻井工程中环空水力学的基础研究内容。在大斜度井和水平井钻井作业中，内管由于重力下沉，形成偏心环空通道，携岩的钻井泥浆及水泥浆流体在这种通道流动时，由于流场分布不均，在流速低的窄边位置容易使泥浆、水泥浆中的岩屑及固相颗粒向窄边沉降，造成窄边岩屑堆积，阻碍了环空通道的畅通。因此，研究在大位移井和水平井钻井时的偏心环空螺旋流动，具有重要意义。

偏心环空螺旋流动的理论分析，是一项非常复杂的流体力学问题，过去几十年来，国内外学者进行了不少的研究。现有方法中，用复变函数方法将偏心环映射到双极坐标上，得到偏心环空牛顿液层流轴向流动的解析解，其结果十分复杂。近年来虽然有学者对牛顿流体偏心环空螺旋流动的分析方法进行了一些改进，但远未达到应用的程度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种变量之间的关系简洁，便于应用和分析的牛顿流体偏心环空螺旋流动速度的计算方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种牛顿流体偏心环空螺旋流动速度的计算方法，其特征在于：偏心环空螺旋流动周向速度的解析解的表达式：

u(θ)=riωe3h-1(e3h-e3r)]]>

其中h为所述偏心偏心环空的间隙，h=ϵcosθ+ro1-ϵ2ro2sin2θ-ri,]]>其中ε、r_i和r_o分别表示偏心距、内管的外半径和外管的内半径；θ、z和r分别表示所述偏心环空的周向、轴向和径向极坐标分量；ω为所述内管的转动角速度；

偏心环空螺旋流动轴向速度的解析解表达式：