基于LBM方法的石油筛管双梯形缝流动研究.pdf

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1、石油机械CHINAPETROLEUMMACHINERY2011年第39卷第5期专题研究基于LBM方法的石油筛管双梯形缝流动研究李夯刘永红王亚洲李山徐艳迪(中国石油大学(华东)机电工程学院)摘要双梯形缝隙结构与传统的缝隙结构相比具有更大的流通容积，并且与同样流通容积的矩形缝隙和梯形缝隙相比流动阻力更小，可进一步提高采油效率。利用格子boltzmann方法对双梯形缝隙内的流场进行研究，采用D2Q9离散速度模型，并采用具有二阶精度的Guo格式处理边界的分布函数，将边界节点的分布函数分为平衡态和非平衡态。结果表明，扩散角度越大，涡旋脱离越明显，并且越大的

2、扩散角，脱离涡旋的尺度越小；随着筛管径向长度的增大，速度均值整体上呈减小的趋势；转折处宽度越大，速度均值越小，总体压力均值越小。关键词双梯形缝格子bohzmannGuo格式LBM模型流动研究0引言1双梯形缝LBM模型随着现在对油气田开发步伐的加快，油井的出1．1双梯形缝的结构砂量逐渐增加，实施防砂措施将不可避免。。机筛管双梯形缝结构示意图如图1所示。图中，械防砂作为防砂的重要手段，是现今应用最广泛的为第1个梯形的扩散角；为第2个梯形的扩散防砂方式之一。割缝筛管作为机械防砂的基础设角；为人口处梯形缝宽度；f为双梯形缝转折处备，其缝隙流通特性对油田开

3、采非常重要。一般来宽度；f’为出口处梯形缝宽度；h为双梯形缝的长说，就筛管的缝隙结构而言，筛管可分为矩形缝隙度，即筛管的厚度。若考虑筛管的厚度为定值，则和梯形缝隙，由于梯形缝容积较矩形缝大，原油通上述参数决定了筛管的结构。若设转折处即2个梯过时不容易造成堵塞，并且具有自洁功能，因此在形的交接处距离人口为h，则a与可由、Z、实际应用中更有利于原油的开采。近年来，一种双Z和h表示，即f0、Z、Z：和h决定了筛管的梯形结构的新型复合缝被提出J，与传统的缝隙结构结构相比，双梯形缝具有更大的流通容积，并且与同样流通容积的矩形缝隙和梯形缝隙相比，双梯形缝隙的

4、流动阻力更小，可进一步提高采油效率，提高开采的经济适用性。笔者利用格子boltzmann方法对双梯形缝隙内的流场进行研究。格子boltzamnn方法基于分子动理论，在许多传统模拟方法难以胜任的工程计算领图1筛管双梯形缝结构示意图域(如微尺度流动换热、多孔介质等)，该方法都1．2LBM模型可以进行有效地模拟计算，成为一种重要的科格子bohzmann方法的离散化速度模型为：学研究手段。(r+e6，t+)一(r，t)=$基金项目：国家自然科学基金项目“可自适应膨胀防砂筛管及其应用技术基础研究”(50874115)；国家“863”计划项目“3000／rl

5、深水防喷器组及控制系统的研制”(2007AA09A101)。2011年第39卷第5期李夯等：基于LBM方法的石油筛管双梯形缝流动研究采用具有二阶精度的Guo格式处理边界的分一l(r，t)一(r，t)I／丁(1)布函数，其基本思想是将边界节点的分布函数分为其中，(r，t)和(r，)是与第OL个方向上的平衡态和非平衡态，平衡态部分由一个虚拟的平衡速度e相对应的粒子速度分布函数和平衡态分布函态分布函数代替，而非平衡态部分由相邻流体节点数，丁表示无量纲的松弛时间，6是时间步长。的非平衡态部分插值获得。e表示离散速度矢量，采用D2Q9离散速度模型，如图2所

6、示。o流体节点·固体节点-固体的边界节点＼·物理边界上节点／＼图4模型边界描述边界节点上待定的分布函数表示为：=(，t)+’(r，t)(7)式(7)中右边第1项表示平衡态部分，第2项表示非平衡态部分，“+”表示碰撞后。对于平衡态可表述为：(，t)=f2(P6，“6，t)(8)未知值可由如下式子进行插值获得：当g≥q时，P()=P(rs)(9)“6：一(t1I0U)当q

7、)-f(ri，t)(13)当q

8、涡线图。从图7、图8可以看出，不同m的流体流过人口处采用速度边界条件，边界采用Guo曲双梯形缝时流场略有不同，随着船的增大，中部线边界条