[发明专利]基于井筒环空瞬态多相流流动特征的环空瞬态水击模型

摘要

本发明公开了基于井筒环空瞬态多相流流动特征的环空瞬态水击模型，包括以下步骤：S1、建立气侵关井引发的井筒环空瞬态水击压力物理模型；S2、根据质量、动量守恒定律，建立井筒环空瞬态多相流数学模型；S3、建立环空瞬态水击数学模型；S4、利用扩散差分法对环空瞬态水击数学模型求解；S5、根据步骤S4中数学模型的解确定的水击波前沿位置，利用自适应网格法对该位置进行网格加密，提高局部区域的计算精度。本发明利用建立的模型及方法分析关井过程中气侵、关井时间、井深以及气侵时间对水击压力影响，以便根据井深、气侵时间等参数选择合适的关井方式。

主权项

1.基于井筒环空瞬态多相流流动特征的环空瞬态水击模型，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立气侵关井引发的井筒环空瞬态水击压力物理模型；S2、根据质量、动量守恒定律，建立井筒环空瞬态多相流数学模型；气相质量守恒方程为(产气层)：气相质量守恒方程为(非产气层)：液相质量守恒方程为：混合动量守恒方程为：式中，q_g—气侵速度，kg/(m.s)；ρ_g—气体的密度，kg/m³；u_g—气体速度，m/s；H_g—截面含气率，无量纲；A—环空截面积，m²；ρ_l—钻井液的密度，kg/m³；u_l—钻井液流速，m/s；H_l—持液率，无量纲；F_r—摩阻压降，Pa；P—环空压力，Pa；g—重力加速度，m/s²；t—时间，s；z—轴向距离，m；S3、建立环空瞬态水击数学模型；环空水击运动方程：其中，非恒定摩阻系数λ为：环空水击连续性方程：其中，含气量水击波速a_m式中，ρ—混合流体密度，kg/m³；u—混合流体流速，m/s；E_d—钻杆弹性模量，Pa；δ₁—套管壁厚，mm；δ₂—钻杆壁厚，mm；λ—非恒定摩阻系数；Re—雷诺数，无量纲；D_i—环空内径，mm；D₀—环空外径，mm；E_l—液相弹性模量，MPa；E_g—气相弹性模量，MPa；E_p—套管弹性模量，MPa；a_m—水击波速，m/s；g—重力加速度，m/s²；s—空间坐标，m；P—环空压力，Pa；H_g—截面含气率，无量纲；t—时间，s；S4、利用扩散差分法对环空瞬态水击数学模型求解；S5、根据步骤S4中数学模型的解确定的水击波前沿位置，利用自适应网格法对该位置进行网格加密，提高局部区域的计算精度。