顶替效率范文

顶替效率范文（精选4篇）

顶替效率 第1篇

1 流体流动模型的建立

首先假设: (1) 直井、水泥浆与泥浆直接接触; (2) 泥浆和水泥浆均属宾汉流体, 层流顶替, 且顶替过程中壁面无滑移; (3) 忽略界面处的混搀、扩散及水泥浆、钻井液接触后的化学作用等因素对顶替流动的影响[7]; (4) 流体不可压缩、无热交换[8]。图1为环空水泥顶替剖面图。其中R1为环空内径, R2为环空外径。

2 环空顶替效率与流量的关系式推导

由参考文献[9]可知, 顶替效率

式 (1) 中:R1为环空内径, m;R2为环空外径, m;ηs为顶替效率, %;Δp/ΔL为压力梯度, Pa/m;τ0i为动切力, Pa;ρ为水泥浆密度, kg/m3;ρ1为泥浆密度, kg/m3;g为重力加速度, N/kg;Φ为剖面周向角, rad。

由式 (1) 可知, 在环空外径、环空内径、密度、泥浆动切力在井底为常数, 因此压力梯度直接影响着顶替效率的大小。根据参考文献[10]所述:由于钻完井工程中的流量很小, 因其压力梯度公式比较精确, 其中式 (3—108) 可知

式 (2) 中:ηB为塑性黏度, Pa·s;Q为流量, m3/s。

式 (2) 可推出压力梯度Δp/ΔL与流量Q的的关系式

由式 (1) 、式 (3) 可以得出顶替效率

对式 (4) 积分整理可得

对比式 (3) 、式 (4) 可知, 式 (4) 中仅有流量为变量, 其余的参数均为常数。因此在其他参数为常数的情况下, 环空顶替效率仅受到流量的影响。

3 流量对顶替效率的影响实例分析

设初始数据:环空外径R2=0.107 95 m, 环空外径R1=0.069 85 m, 塑性黏度ηB=0.03 Pa.s, τ0=6Pa, τ0i=30 Pa, π=3.14, g=9.8 N/Kg, ρ=1 300kg/m3, ρi=1 200 kg/m3。将数据代入式 (5) 整理得

对不同流量情况下的顶替效率进行了计算, 计算结果如图2所示。

由图2可知, 环空顶替效率随着水泥浆的流量增加而提高, 理想情况下, 当流量增加到一定时泥浆的顶替效率可超过100%, 由于本公式适用于与宾汉流体层流状态, 因此流体速度有限制, 而流体速度又决定了水泥浆的流量, 由参考文献[10]可知

式 (7) 中:V为流体速度, m/s;Re为雷诺数, 1;D为环空间隙, m;F (ξ) 为常量, 1。

众所周知, 层流分界线雷诺数Re≤2 320, 并且环空间隙D=R2-R1=0.038 1 m, 由参考文献[10]计算得F (ξ) =0.42, 则由式 (7) 可知v=3.345 7 m/s, 则排量

从式 (6) 、式 (8) 可算出在层流条件下的最大顶替效率为92.174 2%, 因此, 为更进一步提高顶替效率可采用过渡流或者是紊流流态[11]。

4 结论

(1) 本文推出了环空宾汉层流的顶替效率与流量的关系式, 在宾汉层流条件下它们满足线性关系, 随着流量的增加顶替效率提高。

(2) 为提高固井质量需设定合适的水泥浆流量, 以提高泥浆的顶替效率, 对固井工程具有重要的指导意义。

(3) 水泥浆在宾汉层流条件下, 对提高环空顶替效率有限, 因此在注水泥时可以采用过渡流或者紊流流态, 以提高环空顶替效率。

参考文献

[1] 李兆敏, 王渊, 张琪.宾汉流体在环空中流动时的速度分布规律.石油学报, 2005;23 (2) :87—91

[2] 彭明旺, 夏宏南, 陶谦, 等.利用壁面剪应力提高固井水泥浆顶替效率的研究与应用.断块油气田, 2006;13 (6) :68—70

[3] Hanks R W, Brigham Y U.On the flow of bingham plastic slurries in pipes and between parallel plates.Society of Petroleum Engineers Journal, 1967;SPE 1682:342—346

[4] 郑永刚, 郝俊芳.固井中水泥浆顶替泥浆的运动规律研究.西部矿探工程, 1995;7 (3) :29—31

[5] 韩树江, 艾池, 孙玉学.提高斜直井固井顶替效率.大庆石油学院学报, 1995;19 (2) :120—122

[6] 孙宝江, 高永海, 刘东清.水泥浆流变性分析及其环空流动的数值模拟.水动力学研究与进展, 2007;23 (3) :317—324

[7] 高永海, 孙宝江, 刘东清, 等.环空水泥浆顶替界面稳定性数值模拟研究.石油学报, 2002;26 (5) :119—122

[8] Melrose J C, Savins J G, Foster W R, et al.A practical utilization of the theory of bingham plastic flow in stationary pipes and annuli.Petroleum Transactions.AIME, 1958;SPE876—G:316

[9] 冯福平, 艾池, 杨丰宇, 等.偏心环空层流顶替滞留层边界位置研究.石油学报, 2010;31 (5) :858—862

[10] 陈家琅, 刘永建, 岳湘安.钻井液流动原理.北京:石油工业出版社, 1997

古代科举不敢“顶替” 第2篇

有人将科举考规总结为七句话:“锁院 (提前封锁考院和出题考官) 以防漏题, 搜检以防夹带, 监考以防偷看, 糊名誊录 (考卷上交后, 由专人誊写再送阅, 以防阅卷官通过笔迹辨认考生) 以防关节, 内外帘隔以防串通, 场后复试以防冒名, 考官回避以防徇私。”

古时, 秀才的录取名额, 是按各地文化发展的差异分配的, 文化发达的地方名额多些, 如江浙一带;一般地方名额相对少些;不发达地方则会给予照顾, 如贵州。但是, 名额多的地方, 考生也多, 如果江浙人把户籍变为贵州 (类似今天的高考移民) , 考取的机会大大增加。有人试图找人“替枪”应试, 但是, 操作性很低, 考生的姓名、相貌等信息, 要在户籍地发榜公布, 有的地方要求考生出示族谱, 在“熟人社会”里, “冒籍”和“冒名”容易被发现。

考生的实名担保制度, 盛行了很长时间。致力科举文化研究的近代名人齐如山, 在《中国的科名》中介绍, 考生听到学政 (省里主管教育的长官) 点名, 不但要大声应答, 还须走到学政面前, 喊“某人保”。保人通常是考生花钱请来的廪生 (明清两代经考试入府、州、县的学者, 由公家给以膳食。通名生员, 习称秀才) , 这廪生也要接着应答“某人保”。有的地方还要层层作保, 甚至每层都要多人担保。考生如有“冒籍”“冒名”, 保人是要革除功名并下大狱的, 因此, 买通保人找“替枪”, 十分困难。

考生科场作弊, 统统取消资格;考中的则取消名额, “执送刑部问”甚至“禁锢终身”。考官没有尽责, 导致考生“冒籍”“冒名”成功, 轻者降级调用, 重者革职查办, 直至流放、问斩。

被流放的犯人, 多是充军和苦役, 没有朝廷特许, 不准回来, 往往意味着就此终老。清代东北的流放地很多。最有名的是位于黑龙江省海林与宁安的宁古塔。那时, 宁古塔尚未开化, 气候严寒, 人烟稀少。据史载, 仅在顺治年间, 因科场案、浙东通海案 (祁班孙兄弟等的复明抗清被捕案) 等被流放到宁古塔的, 多达数千人。尸骨永埋宁古塔的流人, 不知凡几。可见科场舞弊, 罪同谋逆。

惩处虽重, 仍有人抵不住功名诱惑, 1000多年来, 科举舞弊案源源不断, 手法屡见翻新。在政治清明时代, 科举风气总体上较为端正, 到了明末, 官吏腐败, 科场舞弊风越吹越烈。清王朝恢复科举取士, 科场积弊随之沿袭下来, 在顺治年间达到顶峰, 酿成丁酉系列舞弊大案, 大狱四起, 株连甚广。

顺治十四年, 岁次丁酉, 顺天考场爆发大型科场舞弊案。主考官李振邺、张我朴等人, 公开受贿, 致众议沸腾, 考生集体到文庙哭庙。诛官任克溥上疏:“北闱榜发之后, 途谣巷议。到处都有不满怨言, 此中弊窦甚多。”吏部、都察院会审, 审出李振邺赃证有据;吏科给事中 (行使稽查六部职责的官员) 陆贻吉与居间博士蔡元禧、进士项绍芳, 以及行贿中试举人田耜、邬作霖等舞弊属实。7人俱立斩, 家产籍没, 另有108人流徙宁古塔。

影响较大的还有康熙五十年的辛卯江南乡试案———中试者多为扬州盐商子弟而被质疑, 其中, 吴泌、程光奎等人文理不通, 舆论大哗。结果, 涉案的两江总督噶礼、江苏巡抚张伯行被解职;副主考赵晋与同考官王曰俞、方名私受贿赂, 斩立决;吴泌、程先奎等均绞监候 (死刑, 监禁等候再审) ;主考左必蕃失察革职。

咸丰八年的戊午顺天乡试案, 主考官大学士柏葰听从家人嘱托, 替人换卷, 副主考程庭桂之子程炳采收受关节条子, 交家人带入场内。结果, 5人先后被斩, 数十人被流徙、革职、降级调用、罚俸。柏葰成了清代科场案中唯一被斩的一品大员, 也是科举史上死于科场案职位最高的官员。

固井环空水泥浆顶替流动机理研究 第3篇

关键词：固井质量,顶替效率,水泥浆,流体流动

0 引言

固井质量的好坏直接影响到完成后续工艺的效果, 影响油井原油采收率。为了获得高质量的固井作业, 水泥浆顶替效率和界面的胶结强度是两个非常重要的因素。为此, 人们一方面对注水泥的顶替机理研究作了很多的工作, 试图找出影响水泥浆顶替效率的各种因素以及它们之间关系。以保证注水泥井段的环形空间中钻井液应全部被水泥浆顶替干净, 无窜槽现象存在。G.C.Howard和J.B.Clark进行了注水泥顶替模拟试验, 首先认识了泥浆性能的重要性, 并指出降低泥浆粘度有利于提高注水泥顶替效率。R.C.Haut和R.J.Crook提出了泥浆不流动系数的概念。理论研究所作的一些假设很不精确, 因而一些实验数据无法得到正确的解释。理论上假设了界面速度剖面可以用单一流体的速度剖面建立模型。B.Nelson指出活动套管能提高顶替效率, 并给出了活动套管的冲程和旋转套管的转速。本文提出了水泥浆流体在套管环空的计算, 并分别计算了不同粗糙表面水泥浆的的流动规律, 为后续固井质量的研究提供了理论支持。

1 泥浆顶替原理与顶替水力计算

流体在环形空间流动时流速剖面如图1所示。

根据流体流变特性, 流体动塑比与流核存在以下关系式:

以a表示流核宽度占环形间隙的比, 常称核隙比。即:

式中为水泥浆顶替的平均速度, m/s;D2为环空直径, m;D1为套管直径, m;δ为流核宽度, m。

2 水泥浆顶替流动状态的确定

根据相似原理知道雷诺数是表示惯性力和粘滞力对比关系。雷诺数较小, 说明惯性力较弱, 粘滞力居主导地位, 流动呈层流状态;雷诺数较大, 表明惯性力占主导地位, 流动呈紊流状态。在工程上一般取圆管的临界雷诺数:

当Re燮2000时, 流动为层流, 当Re叟2000时, 即认为流动已经为紊流。雷诺数的表达式:

式中FD为流体绕流的压差阻力;V∞为流体的流动速度;为球体的直径。

3 实例研究

已知:Re=196mm, Rh=245mm, 水泥浆密度ρc=1.2g/cm3, 泥浆密度ρm=1.2g/cm3, nm=nc=0.5, Km=Kc=0.8PaS2, T=6min, 粘砂砂粒2~4mm, 4~6mm, 用逐步逼近的方法 (Jacobi迭代法) 求解方程, 数值解结果如图2:

计算结果得出:随着顶替速度的增大, 顶替效率在逐渐增大, 当速度达到某一值时, 顶替效率突然增大, 此时的顶替速度称为临界顶替速度。当顶替速度达到再继续增加时, 对光滑套管而言, 顶替效率基本达到100%, 而表面粗糙套管顶替效率达到80%左右, 而且顶替效率并不随着顶替速度的增大而持续增大, 表明剩余的泥浆无法顶替。

通过对顶替效率的研究得出, 由于顶替效率的影响, 表面粗糙套管井的环空窜槽间隙比光滑套管井的顶替效率大一个数量级, 为油气窜槽提供了一个有利的通道。影响固井质量。

理论研究表明, 水泥浆上返时呈紊流状态是提高顶替效率和防止水泥浆窜槽的前提条件, 套管粘上砂子以后, 砂子在套管壁形成一定厚度的绕流物体, 附面层与绕流固体发生分离现象, 由于套管壁附近泥浆具有粘性和流变性, 分离时要克服一定的粘滞阻力, 消耗水泥浆的流动动能, 根据能量守恒原理, 水泥浆的动能减小, 即速度降低, 顶替效率减小。并且理论推导表明, 水泥浆顶替效率的大小受砂子粒径、粘砂密度、等因素的影响。

4 结论

(1) 计算结果得出:顶替效率的变化与顶替速度有直接的关系, 随着顶替速度的增大, 顶替效率在逐渐增大, 当速度达到某一值时, 顶替效率突然增大, 说明顶替流态进入紊流状态, 此时的顶替速度称为临界顶替速度。 (2) 对光滑套管而言, 顶替效率能够达到100%, 而表面粗糙套管而言, 顶替效率最大达到80%左右, 在粗糙面剩余的泥浆无法顶替。 (3) 室内实验和理论计算结果相对误差基本小于10%, 理论计算和室内实验结果吻合。

参考文献

[1]万仁溥.现代完井工程[M].北京石油工业出版社, 1996.

[2]刘大为.现代固井技术[M].辽宁科学技术出版社, 1994.

顶替效率 第4篇

水平井固井顶替作业中, 顶替液与被顶替液的密度差是影响顶替效率和固井质量的关键因素之一, 由于顶替效率涉及影响因素较多, 如地层条件、井身结构、流体流变参数等, 国内外学者对水平井顶替进行了大量的研究, 取得了很多成果, 大幅提高了固井质量。本文应用Fluent软件对水平井顶替进行数值实验, 采用100米长的物理模型, 顶替液为水泥浆, 被顶替液为钻井液, 系统研究不同密度差对界面长度和顶替效率的影响, 为密度差的优选提供了参考。

1物理模型

利用Gambit软件建立水平井固井顶替三维物理模型, 忽略井眼不规则与扶正器的影响, 环空尺寸:井眼直径为215.9mm, 井径扩大率以8%计算, 则环空直径为233.172mm, 套管外径139.7mm, 计算长度取100 m, 居中度0.667 (更接近现场情况) , 计算区域内模拟的顶替流体为水泥浆, 其密度为1300kg/m3、1400kg/m3、1500kg/m3、1600kg/m3、1700kg/m3、1800kg/m3;被顶替流体为钻井液, 其密度为1300kg/m3。

2数学模型和边界条件

水平井固井顶替过程为非牛顿流体在偏心环空中的液液流动, 流动规律满足流体力学方程组, 包括基本方程组、湍流方程、组分方程等。边界条件:水平井偏心环空顶替流场包括入口边界、出口边界、环空内外壁面边界、以及对称边界。

入口边界条件:采用速度入口边界条件, 在入口位置直接对法向速度赋值。

出口边界条件:采用质量出口边界, 利用相邻内部流场节点数据计算, 满足质量守恒条件。

对称边界条件:在水平井环空左右两侧可以采用对称边界条件, 这样模型求解半个流场即可。

壁面边界条件:在套管壁面和井筒壁面上, 采用无滑移壁面边界条件。

3数值模拟及结果分析

水泥浆顶替钻井液, 为正密度差条件下的液液两相流动, 在宽窄边效应、重力作用、质量扩散等多种因素耦合影响下, 表现出特有的顶替界面特征。基于水平井段偏心环空两相流体力学数值实验模型, 应用商业CFD软件Fluent模拟水泥浆对钻井液的顶替过程, 其中界面长度是指顶替时间为100s时界面发展的长度, 数值实验得出的结果如下 (见表1) 。

通过数值实验结果可以知道:密度差越大, 界面长度发展越缓慢, 顶替效率则越高, 界面长度发展规律性与顶替效率保持一致。

4结语

(1) 针对水平井固井顶替问题, 建立了合适的两相流体力学数值实验模型, 为水平井固井顶替提供了有效的研究手段。

(2) 水平井固井顶替中顶替界面长度越长, 顶替效率越低, 两者规律性保持一致。