【文章內(nèi)容簡介】 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 35 兩層穩(wěn)定模型 ① 假設(shè)在一定環(huán)空返速下 ， 因傾斜或水平環(huán)空內(nèi)的快速沉降而使絕大多數(shù)巖屑顆粒聚集在環(huán)空底部形成巖屑床；只有少數(shù)顆粒在液流中作懸浮運(yùn)動(dòng) 。 ② 假定巖屑床的厚度均勻 ， 且其中巖屑體積濃度為 52%。 ③ 假定巖屑床面以上顆粒作懸浮運(yùn)動(dòng) ， 不產(chǎn)生滾動(dòng) 、 翻轉(zhuǎn) 、 滑脫 。 ④ 固液體系介質(zhì)均不可壓縮 ， 且固液兩相無質(zhì)量交換 。 ⑤ 巖屑顆粒具有相同的直徑和圓球度 。 ⑥ 鉆桿偏心但不旋轉(zhuǎn) 。 兩層模型示意圖 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第三節(jié) 兩層穩(wěn)定運(yùn)移模型 36 連續(xù)性方程： ttabbbsdsdsd UCAUCAUCA ??ttabbbsdsdsd UCAUCAUCA )1()1()1( ?????運(yùn)動(dòng)方程： g s diisdsdsd FSSLpA ?????????? ? ??gbbiibbb FFSSLpA ??????????? ? ??巖屑擴(kuò)散方程： ???????? ??? )(s i ne x p)(bphb yyCyC???pfpep de ????????????? ? 4 4 5 011 9 4 4 ????????? ?? ?fppde ??mph C )1( ?? ?? 39。 ?? pNm ? ?5 0 01 R e 39。 ?? pN?m ? ?500Re 39。 ?pN受阻顆粒沉速： Cph e ????第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第三節(jié) 兩層穩(wěn)定運(yùn)移模型 兩層穩(wěn)定模型 37 水動(dòng)力摩擦力： ? ? ? ???? ?????? ???? ?????? 2s i 2DgCF bfpdf ? ? ????????? ??? ??? 2s in2122d???? tan iifSF ?fdfb FFF ???2R e 39。 )1(bpobff CdVCNLp????????? ??? ?))(1( bsdbo UUCV ???巖屑床中流體流動(dòng)壓降： 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第三節(jié) 兩層穩(wěn)定運(yùn)移模型 兩層穩(wěn)定模型 38 理論巖屑床厚度與環(huán)空返速間的關(guān)系圖 在相同環(huán)空返速下，環(huán)空壓降與井斜角間的關(guān)系圖 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第三節(jié) 兩層穩(wěn)定運(yùn)移模型 兩層穩(wěn)定模型 39 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第三節(jié) 兩層穩(wěn)定運(yùn)移模型 巖屑床厚度經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ? 22 0 0 NUeNUH tt ??????NeUNeeUNUe ttt 2 ?????43 )1 0 0 0(0 2 5 1 vvptf EEU ?????? ??40 模型假設(shè)： (1)底層為巖屑床 (巖屑由于重力的作用而沉積在環(huán)空低側(cè) )。 此層中的巖屑 體積濃度假定為 52%； (2)頂層為懸浮層 ， 巖屑顆粒的徑向擴(kuò)散瞬時(shí)達(dá)到平衡； (3)在底層與頂層中 ， 固液兩相之間均無滑脫 ， 固液兩相之間無質(zhì)量交換； (4)固液體系均為不可壓縮介質(zhì) ， 固體顆粒具有相同的直徑和圓球度； (5)底層與頂層的界面高度不變 ， 橫截面上的流體壓力視為靜壓分布； (6)鉆柱偏心但不旋轉(zhuǎn) 。 模型示意圖： 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第四節(jié) 兩層不穩(wěn)定運(yùn)移模型 模型假設(shè) 41 ????????? c o s1 gASASxxptSSIISSSSSSSS ????????????BBIIBBBBBBBB ASASxxpt ???????? ??????????? 1??? c osgVCAAF sBBBBB???BsBBBBBB C Vx AtA ???? ??????? )()(BsSBSSSSS C VCx AtA ???? )1()()( ????????連續(xù)性方程 運(yùn)動(dòng)方程 輔助方程 幾何關(guān)系式 、 各種剪切應(yīng)力 、 摩擦系數(shù) 、 以及各層密度的關(guān)系式 懸浮層顆粒濃度的求法同前 。 邊界條件 fve n d pgLpp ???? ?fssBTB QCAA ???42bs dROPQ ?第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第四節(jié) 兩層不穩(wěn)定運(yùn)移模型 模型方程 42 nsmP ak .? ?n nsmPak .? ?n低粘度的鉆井液在井眼中達(dá)到穩(wěn)態(tài)大約需 1200s左右 ， 而高粘度的鉆井液在 2022s后還在沖蝕巖屑床 。 從圖中也可以看出 ， 高粘度的鉆井液在穩(wěn)態(tài)時(shí)所形成的巖屑床比低粘度的鉆井液所形成的巖屑床低一些 。 巖屑床高度 巖屑床高度 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第四節(jié) 兩層不穩(wěn)定運(yùn)移模型 計(jì)算結(jié)果 43 smT /?? smT /??低速下只有部分巖屑被除去 。 隨著鉆井液流速的增加 (右圖 )， 巖屑床可以完全被除去 。 從圖中可以看出巖屑的沙丘傳輸機(jī)制 。 在 6000s后 ， 井段的大部分巖屑均被除去 。 因此 ， 在一定流速條件下 ， 長時(shí)間循環(huán)鉆井液可以完全除去巖屑床 。 巖屑床高度 巖屑床高度 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 第四節(jié) 兩層不穩(wěn)定運(yùn)移模型 計(jì)算結(jié)果 44 由于研究和計(jì)算的問題較為復(fù)雜，因此對模型作了如下假設(shè)： （ 1）鉆井液為不可壓縮流體，除懸浮層外，不考慮其它各層內(nèi)固液兩相之間的滑動(dòng)； （ 2）鉆井液和巖屑物性連續(xù)； （ 3）懸浮層巖屑濃度相對很小，且符合擴(kuò)散定律； （ 4）均勻?qū)訋r屑體積濃度為 55%，分散層濃度為均勻?qū)訚舛鹊?。 第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 45 連續(xù)性方程 ( ) ( )s s h s s h s E s D sC A C A Uts???? ? ? ? ? ???( ) ( )f f h f f h f E f D fC A C A Uts???? ? ? ? ? ???( ) ( )d d d d d D s D f E s D f d bA A Uts???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???( ) ( )b b b b b dbA A Uts????? ? ? ???動(dòng)量方程 ( ) ( ) c o ss s h s s s h s ss h s h ss h s h w s h d h d s f d E s s D sC A U C A U U PC A C A gt s sC S C S F U U?? ?????? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ?( ) ( ) c o sf f h f f f h f ff h f h f f h f h wf h d h d s f d E f f D fC A U C A U U PC A C A g C St s sC S F U U?? ? ? ???? ?? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?( ) ( ) c o sd d d d d d dd d d hd hdd dw dw db db db s D sf D f d E s d E f b dbA U A U U PA A g St s sS F S F UU U U U?? ? ? ????? ?? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?( ) ( ) c o sb b b b b b bb b b d b d bd b b b w b w b d bA U A U U PA A g St s sF S F U?? ? ? ???? ?? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ?sC sU fU dU bU dy by P第三章 環(huán)空固液兩相流動(dòng) 46 動(dòng)量方程 連續(xù)性方程 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 1 1 111 1 1