大斜度井礫石充填數(shù)值模擬研究.pdf

1、大斜度井礫石充填受井斜角的影響，其充填機(jī)理與垂直井和水平井完全不同，充填過程更為復(fù)雜。目前關(guān)于礫石充填的研究依然集中在水平井礫石充填，而大斜度井礫石充填的研究基本上以小型物理模擬為主，數(shù)模研究相對(duì)比較薄弱，并且僅有的一些研究也主要集中在局部的分析模型上。由于目前尚缺乏深入的機(jī)理研究和完善的數(shù)學(xué)模型，難以建立有效的參數(shù)優(yōu)化方法，其充填作業(yè)中易發(fā)生砂堵現(xiàn)象，使作業(yè)失敗。因此，針對(duì)上述問題有必要開展對(duì)大斜度井礫石充填系統(tǒng)深入的研究工作。

2、 本論文首先研究了大斜度井礫石充填機(jī)理和特征。在此基礎(chǔ)上，將砂床表面礫石顆粒的運(yùn)動(dòng)分為靜止、推移和懸移三種形式，考慮井斜角的影響，引入顆粒無因次沉沒度隨機(jī)變量，通過顆粒的力矩平衡分析，研究了顆粒運(yùn)動(dòng)形式之間相互轉(zhuǎn)換的臨界條件，建立了考慮顆粒起動(dòng)隨機(jī)性的臨界流速公式，包括臨界起動(dòng)條件、止動(dòng)條件以及基于顆粒群體沉速的懸浮條件。利用臨界起動(dòng)流速公式，首次推導(dǎo)了給定參數(shù)下能夠形成穩(wěn)定α波平衡砂床的臨界井斜角計(jì)算模型，該模型可用于判斷已知井斜角

3、和各施工參數(shù)下充填過程中能否形成穩(wěn)定砂床。 應(yīng)用隨機(jī)分析理論研究了砂床表面顆粒的狀態(tài)概率及其數(shù)字特征。根據(jù)顆粒狀態(tài)概率代表其運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的原理，將平衡砂床高度的變化歸結(jié)為顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的結(jié)果，建立了特定水流條件和給定井筒傾角下平衡砂床高度的計(jì)算模型。利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)上述模型進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果吻合較好。 考慮攜砂液向地層的濾失，推導(dǎo)了斜井礫石充填篩套環(huán)空、沖篩環(huán)空兩個(gè)流動(dòng)系統(tǒng)中流體與礫石的質(zhì)量和動(dòng)量守恒方程。研究攜砂液向地層的濾失