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1流体力学挑战及技术综述1

1.1 概述1

1.2 控压钻井流体研究面临挑战7

1.3 控压钻井流动模拟器：稳态、二维、单相流11

1.4 控压钻井流动模拟器：瞬态、二维、单相流22

1.5 控压钻井流动模拟器：瞬态、三维、多相流28

2一般理论和物理模型构架36

2.1 圆柱坐标系下牛顿流体流动36

2.2 剪切稀释性和非牛顿流体流动的影响40

2.3 无旋转条件下，一般非牛顿流体在高度偏心环空流动的曲线网格划分46

2.4 旋转条件下，一般非牛顿流体偏心环空流动曲线网格划分57

3数值分析和算法开发策略60

3.1 偏心环空流网格生成60

3.2 单连接管道流映射68

3.3 固相沉积建模及应用69

3.4 应用有限差分法分析环空流动问题96

4稳态、二维、非牛顿、单相、偏心环空流动100

4.1 偏心环空牛顿流体流动应用100

4.2 偏心环空幂律流体流动103

4.3 湍流模型和幂律流体对比112

4.4 偏心环空，非牛顿流体压力梯度与流量曲线计算112

4.5 沿井眼轨道，非旋条件下偏心环空，非牛顿流体流入和流出的影响116

4.6 循环或非循环（无旋转）条件下，偏心环空，稳定的抽吸和激动对幂律流体的影响117

4.7 钻柱旋转且微小轴向运动条件下，偏心环空，稳定抽吸和激动对幂律流体的影响127

4.8 钻柱旋转且轴向运动条件下，偏心环空，稳定抽吸和激动对赫—巴流体的影响127

4.9 稳定状态的瞬时抽吸和激动140

4.10 等效循环密度（ECD）计算140

5更多稳态流动应用142

5.1 钻柱或套管有轴向运动、无旋转，同心环空牛顿流体流动142

5.2 阻碍流体流动的密度分层（重力凹陷）和回旋环空涡流144

5.3 钻柱或套管轴向静止、无旋转，同心环空赫—巴流体流动155

5.4 钻柱或套管有轴向运动、无旋转，同心环空广义赫—巴流体流动160

5.5 弯曲井眼中稳态非牛顿流体流动163

5.6 钻柱或套管旋转，但轴向静止时，同心环空牛顿和幂律流体流动169

5.7 斜井中岩屑运移规律192

5.8 不稳定流导致的岩屑床的增长200

5.9 卡钻和震击解卡时定点流体评价203

5.10 矩形管道牛顿流流动205

6瞬态、二维、单相流动模型210

6.1 瞬态流动控制方程210

6.2 旋转引起的矛盾212

6.3 不同操作方法对瞬态旋转算法的影响213

6.4 瞬态压力梯度和体积流量213

7受钻柱或套管往复运动和旋转影响的瞬态流动分析215

7.1 运行验证：幂律流体，稳态、无旋转、同心环空流的3种方法215

7.2 运行验证：牛顿流体，瞬态、无旋转、同心环空流动217

7.3 运行验证：牛顿流体，瞬态、无旋转、偏心环空流动218

7.4 稳定旋转对同心环空、层流、幂律流体流动的影响219

7.5 稳定转动对偏心环空、牛顿流体流动的影响221

7.6 稳定旋转对高度偏心心环空、低密度（泡沫）幂律流体流动的影响224

7.7 稳定转动对高度偏心心环空、高密度钻井液幂律流体流动的影响226

7.8 钻柱不旋转和旋转不同情况下提高或降低钻井泵泵速的影响227

7.9 旋转速度及加速过程的影响229

7.10 钻柱轴向运动的影响232

7.11 旋转和正弦往复运动的综合影响234

7.12 对于屈服应力流体，增加钻井泵泵速以及旋转、正弦往复运动的综合影响236

8水泥浆与钻井液多相流瞬态顶替239

8.1 长偏心环空，不稳定、三维牛顿流体混相流动239

8.2 偏心环空，管柱旋转引起的瞬态、二维、单相非牛顿流体流动241

8.3 长偏心环空，管柱旋转和往复运动引起的瞬态、三维、非牛顿混合流体流动243

8.4 非牛顿流体对流模型245

8.5 多种非牛顿流体混相简易模型246

9瞬态、三维、多相管流和环空流动248

9.1 管柱和井眼内单一流体，计算一般非牛顿流体总压耗248

9.2 管柱和偏心井眼内多种流体，界面跟踪和计算总压耗249

9.3 计算环空和钻杆内压耗270

9.4 赫—巴管流分析275

9.5 无旋转牛顿流体瞬态、三维、偏心、多相流分析276

9.6 无旋转牛顿流体瞬态、三维、偏心、多相流分析（模拟器模拟）281

9.7 无旋转一般非牛顿流体瞬态、三维、偏心多相流分析（模拟器模拟）287

9.8 钻柱轴向运动、无旋转，一般非牛顿流体的瞬态、三维、偏心、多相流分析（完全静止管柱条件下，运行验证）289

9.9 无轴向运动，旋转幂律流体的瞬态、三维、偏心、多相流分析300

9.10 钻柱轴向运动、旋转，一般牛顿流体瞬态、三维、偏心、多相流分析（在恒定速度旋转、轴向运动条件下，运行验证）300

10结束语308

参考文献312

单位换算315