井下聚合物溶液机械降解数值模拟研究

计划分3840个网格。

第三步：边界条件定义

左边高线定义为注入边界Inlet，上下宽线定义为壁Wall，右边高线定义为出口边界Outlet。

第四步：输出文件

保存并输出.mesh文件，供下一步操作使用。

②Fluent计算管内流体流动状态。

第一步：读入上一步输出的.mesh文件

第二步：检查网格是否符合要求

确保网格最小体积为正值，否则重新划分；

第三步：单位长度与求解模型

长度单位定义为cm，压强单位为Pa，求解模型设置为k-epsilon湍流模型。

第四步：选择流体属性

自定义流体密度1.5g/cm3，黏度0.39Pa·s。

第五步：设定边界条件

流速1.5m/s，湍流强度4.86%，流出压强2×105Pa，其他条件不变。

第六步：求解定常流动

初始化流场后设置残差监视器，离散方法选择SIMPLE，然后保存case文件。设置1000次迭代次数，52步开始收敛，残差曲线如图1所示。

第七步：显示井筒定常流动速度矢量图如图2所示

结果分析：聚合物溶液在井筒中流动时，各个部位的流动速度不同，上文说到了聚合物对剪切的敏感性，速度梯度的存在就为剪切提供了可能性，因此就产生了机械剪切，导致聚合物发生降解，黏度减小。由速度云图可以很清楚地看到，轴向上流速随井筒深度增加而不断增加，经分析是重力导致速度的增加；径向上速度变化大，轴心处流动速率最大，靠近井筒壁流动速率逐渐减小。轴心处速度梯度大，因此靠近轴心处的聚合物溶液机械降解程度就大，黏度最小。

2.2 模拟聚合物在炮眼处流动并分析机械降解

建模过程与2.1中的方法类似，此处不再赘述。

①Gambit建立炮眼模型并划分网格，开孔处大径16mm，小径8mm。

②Fluent计算炮眼处流动状态。

设置1000次迭代次数，68次开始收敛，残差曲线如图3所示。

显示炮眼定常流动速度矢量图如图4所示。

结果分析：炮眼处流体流态变化剧烈，这也对应了聚合物在炮眼处机械降解严重。速度急剧变化主要集中在炮眼附近，且越靠近炮眼速度越大，速度梯度越大，在出口处，速度达到最大值。通过速度云图还可以看出流向的变化，在套管孔眼、油层部位炮眼壁和压实带等几个部位机械降解最严重。

③模拟聚合物在孔喉处流动并分析机械降解。

过程同①和②，显示孔喉定常流动速度矢量图如图5所示。

结果分析：通过速度云图可发现：聚合物溶液通过孔喉时速度梯度变化明显，主要原因在于缩颈导致的剪切速率的突然增加。孔喉中心处流体速率最大，速度变化最为剧烈，机械降解最严重。

3 数值模拟的作用及意义

通过上文的数值模拟过程，我们很容易发现数值模拟在验证聚合物机械降解理论所发挥的重要性。Fluent软件可以模拟各种复杂的流场，将我们肉眼无法识别到的流体的流动方向及速率大小直观地表示出来，这带给研究极大的便利性。这样，上文关于聚合物溶液在注聚过程中的机械降解理论就有了现代化软件分析的支持，结果更为可靠。

参考文献：

[1]Sharma A， Delshad M， Huh C， et al. A Practical Method to Calculate Polymer Viscosity Accurately in Numerical Reservoir Simulators[C]//SPE Annual Technical Conference and Exhibition. 2011.

[2]姜瑞忠，王公昌，马栋，刘明明.聚合物溶液在渗流过程中机械降解数学模型[J].东北石油大学学报，2012（06）.

[3]刘学智.影响聚合物溶液黏度的主要因素[J].油气田地面工程，2013（02）.

[4]卢大艳，白俊，唐劲松.渤海湾注聚油田聚合物降解和保粘工艺[J].石油化工应用，2015（09）.

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