套管旋流扶正器水力结构的分析及优化

在固井过程中,顶替效率是衡量固井质量的一个关键因素,而套管居中度与顶替流态是影响泥浆被驱替干净与否的重要影响因素。套管旋流扶正器是一种既能使套管居中,又能改变环空水泥浆流动特征形成螺旋流场,从而达到紊流顶替顶,提高固井质量的机械装置。本文以ANSYS数值模拟为基础,研究套管旋流扶正器结构参数、流体性能参数对旋流的影响,并在此基础之上优化套管旋流扶正器的安放间距。 对套管旋流扶正器流速场的研究表明,套管旋流扶正器能改变环空顶替流场,形成有利于冲洗井壁的交替流速核,且其最大速度偏向于井壁,有利于对井壁泥饼的冲洗。在肋片截面面积相同的情况下,肋片宽度随着径向增大而增大时,其旋流衰减曲线较好;随着肋片截面面积的减小,肋片有效高度的增加,肋片长度和肋片升角在一定范围内增加,旋流长度均增加;以雷诺数为基础,得出了流体性能参数与旋流衰减的关系。 在此基础之上建立包含了套管旋流扶正器结构参数与流体性能参数的套管旋流扶正器的旋流长度公式。综合考虑环空压力损耗和套管旋流扶正器结构参数对旋流的影响,得出套管旋流扶正器安放间距的设计依据,并形成套管旋流扶正器结构参数及安放间距优化设计软件。