三元复合溶液在偏心配注器喷嘴中流动流场的数值分析

１数学模型
１．１
罴（ｐｖｕ）十务（Ｐｕ２）＋云（ｐｖｃｔ，）一耋＋鲁＋斋＋
监一－Ｆ
沈ｏ
１
７
（４）
式中，ｒｘｙ为Ｘ方向的剪切应力在Ｙ方向的分量， Ｐａ；ｒ＂为Ｙ方向的剪切应力在Ｙ方向的分量，Ｐａ忍，
为ｚ方向的剪切应力在Ｙ方向的分量，Ｐａ；Ｆ，为质量 力在Ｙ方向的分量。
流变方程
三元复合溶液为剪切变稀流体，其本构方程可
物分子量与油层渗透率的合理匹配，提高油层动用程度。通过ＦＬＵＮＥＴ数值模拟软件对三元复合溶液 在偏心配注器喷嘴中流动的流场进行了数值计算，分析了喷嘴直径与流场速度分布、压力分布及视黏度 分布的关系。数值结果表明，喷嘴直径是影响分质注入工具性能的主要影响因素。数值分析结果为工具 优化提供了重要理论依据。
了科研人员的研究兴趣。段宏等［１］研究了适用于大
庆油田一类油层三元复合驱偏心分注技术，缓解了 层问矛盾，但该分注工艺不能实现水驱和三元复合
熹（ｐｕｚ）＋昙（ｐｕｕ）＋量（ｐｕⅢ）一一塞＋誓＋
冬＋冬＋Ｒ
ｃＯ＇（，］在其研究基础上， 发展完善了适用于二类油层的三元复合驱分注技 术，实现了分层注入量的对应控制，但对分质技术尚 未进行研究。为此，从三元复合溶液的流变方程出
ｕ
２．２数值计算
采用有限体积法对微分方程进行离散；采用二
（８）
ｌ。：ｏ—ｃ，ｖ Ｉ。一ｏ＝０
阶迎风格式离散对流项，采用中心差分格式离散扩 散项；采用ＳＩＭＰＬＥＣ算法数值计算速度压力耦合 方程‘６・７１。
式中，Ｃ为入Ｅｌ断面的平均速度，ｍ／ｓ。 １．４．２出口边界条件
亟ａｎ！ｌ。：。＝：：Ｉ。；。一ｊａ五ｋ Ｉ。：。一亲ｌ。：。＝＝ｏ，ｐ。＝。
２０１６年第１、２期
吴阚等
三元复合溶液在偏心配注器喷嘴中流动流场的数值分析１４１
聚合物易发生机械降解，在此基础上设计出了
１．３湍流标准”‘模型建立 湍动能ｋ方程为： 图１。
喷嘴结构的分质注入工具，喷嘴结构剖面示意图见 为了对喷嘴结构进行数值计算，采用非均匀加 密网格对其进行网格划分；由于几何模型关于喷嘴 轴线对称，因此把计算区域设定成圆柱腔室的一半。
发，对三元复合溶液在偏心配注器中喷嘴流动的流
式中，Ｐ为压力，Ｐａ；ｒ。为ｘ方向的剪切应力在Ｘ 方向的分量，Ｐａ；ｒｙｘ为Ｙ方向的剪切应力在Ｘ方向的 分量，Ｐａ；己。为ｚ方向的剪切应力在ｘ方向的分量，
Ｐａ；Ｆ。为质量力在ｘ方向的分量。
场进行数值计算，分析分质工具的影响因素，实现分 子量的对应控制，满足不同渗透率的注入要求，最大 程度地提高油层动用程度。
按幂律模式描述［３］：
ｒ＝ｋｐ
（１）
丕（ＰａＯＵ）＋妻（掣）＋三（舻）＝一塞＋素＋
式中，ｒ为剪切应力，Ｐａ；ｋ为稠度系数，Ｐａ・Ｓ“；
？为剪切速率，ｓ～；１２为流变性指数（ｎ＜１）。
１．２控制方程的建立 连续性方程为：
鲁＋卺托
（５）
式中，ｒ。为Ｘ方向的剪切应力在ｚ方向的分量，
Ｐａ；‰为ｙ方向的剪切应力在ｚ方向的分量，Ｐａ；ｒ２ｚ为
从图３、图４可以看出：三元复合溶液进入喷嘴 后发生剪切作用，形成涡流；并且轴心速度随着喷嘴 直径的增大而减小，射流速度衰减随着喷嘴直径的 变大而变缓。
（舅＋塞Ｈ艺＋警）２＋（塞＋舅）２｝
湍动能耗散率ｅ方程为：
塞（ｐｕ￡）＋昌（Ｐｕｅ，＋毫（㈣一量（ｒ塞）＋另
（ｒ妾）＋三（ｒ宝）＋专（ｃ。Ｇ－－Ｃ。ｐ￡）
式中，Ｃ１＝１．４４ｉＣ２—１．９２；。 １．４边界条件
图２喷嘴计算域示意图
（７）
１．４．１进口边界条件进口边界条件即为Ｘ向速度 ｕ、ｙ向速度ｖ的取值，具体取值如下。
Ｉ。：Ｌ
ａｎ
Ｉ。；Ｌ
孤ｌ。：Ｌ
ｍ
ｐＬ
～“
。
（９）
３数值计算结果 利用ＦＬＵＥＮＴ软件对三元复合溶液流经喷嘴 的流场进行数值模拟。计算参数为：Ｄ＝２０．０ｍｍ、Ｌ
＝５５．０ｍｍ、Ｌ１＝１０．０ｍｍ、Ｌ２＝５．１ｍｍ、Ｌ３—６．
式中，ｎ为出口面的法向向量；ｐ。为出口相对外界压
力，Ｐａ。 轴线处应满足对称性条件为：
由于喷嘴流道尺度变化较大，采用了正交化非均匀 加密网格［４五］，喷嘴计算域如图２所示。
未（ｐｕｋ）＋考（ｐｕｋ）＋乏（Ｐｃｔ，ｋ）＝未（ｒ耋）＋昙 Ｃ Ｉ、考）＋三（ｒ亳）＋Ｇ—Ｐｅ
散系数；￡为湍动能耗散率。
ｃ６，
式中，ｋ为单位质量湍动能，ｒｉｌ３／ｓ；ｒ为广义扩
Ｇ邓｛２［（塞）２＋（舅）２＋（警）２］＋
４ｍｍ、０＝３０。；流量Ｑ一４０．０ｍ３／ｄ、密度ｐ＝９９８．２ｋｇ／ ｍ３。喷嘴直径Ｄ１分别为：２．８ｍｍ、３．４ｒａｍ、４．０ｍｍ、
ｃ・ｏ，
４．６ｍｍ、５．２ｍｍ。
考ｌ，：。＝考ｌ，：。一ｏ，Ｖ Ｉ，；。＝ｏ
２数值计算
２．１
３．１速度分布与喷嘴直径的关系
几何模型的建立
加…缎≤：
彩锄
图１ 喷霭直径：口—喷嘴扩散角
１４０
内蒙古石油化工
２０１６年第１、２期
三元复合溶液在偏心配注器喷嘴中流动流场的数值分析
吴
阏，陈鑫初，李啸峰，王海龙，李海成，高光磊，唐俊东
（大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江大庆１６３４５３）
摘要：为了解决三元复合驱由于二类油层层问差异大，注入同一种分子量聚合物的三元复合溶液 易导致中低渗透层堵塞的问题，研制了喷嘴结构分质注入工具对聚合物分子量进行剪切，从而实现聚合
关键词：三元复合流体；淹没喷嘴；数值模拟；分子量调节范围 中图分类号：ＴＥ３５７．４６＋３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９８１（２０１６）１、２一０１４０—０４ 为Ｚ方向的速度分量，ｍ／ｓ。
动量方程为：
随着油田开发的不断深入，二类油层成为三元 复合驱的主要开发对象，为缓解层间渗透率差异导
致的矛盾，分注技术成为必不可少的手段之一，引起
（２）
赛＋塞（ｐｕ）＋妻（ｐｕ）＋兰（ｐ（１＇）一ｏ
Ｚ方向的剪切应力在ｚ方向的分量，Ｐａ；Ｆ：为质量力
在ｚ方向的分量。
式中，Ｐ为密度，ｋｇ／ｍ３；ｔ为时间，ｓ；ｕ为ｘ方向
的速度分量，ｍ／ｓ；ｖ为Ｙ方向的速度分量，ｍ／ｓ；Ｗ
若只有重力，且ｚ轴向上，则Ｆ。＝０，Ｆ，＝０，Ｆ：＝
一ｐｇ。
．
收稿日期：２０１５—１ｌ一１２ 作者简介：吴阚（１９８９一），女，助理工程师，２０１１年７月毕业于哈尔滨工程大学机械设计制造及其自动化专业，现就职于 大庆油田采油工程研究院分层开采工艺测试研究室，主要从事三元复合驱分质分压注入技术研究。