深层—超深层油气勘探开发是常规油气的重点攻关方向。深部地层多为海相碳酸盐岩地层，具有高温高压、缝洞发育等特征，安全钻井液密度窗口窄，实钻体现为非漏既溢或溢漏共存，井底压力的精准控制是确保此类地层安全高效钻井的重要手段，环空流动压降的准确便捷预测是井底压力精准控制的基础。现阶段针对非牛顿流体环空流动压降预测主要集中在规则圆形井筒中，钻头+非均质岩石力学特性参数和地应力的多重影响下形成不规则椭圆形井眼，亟需进一步建立非牛顿流体在椭圆井眼同心环空中螺旋层流流动压降。西南石油大学汤明副教授团队从环空流动压降的理论和实验出发，建立了幂律流体在同心椭圆环空中的螺旋层流流动数值模型；开展了不同参数对压力梯度的影响规律研究；形成了椭圆环空无量纲流动压降拟合模型，最终实现幂律流体在同心椭圆环空中的螺旋层流流动压降的准确便捷预测。相关研究认识刊登在《石油学报》第45卷第3期。
研究建立的幂律流体在同心椭圆环空中的螺旋层流流动数值模型与现有实验结果相比，误差介于±5%，能够实现环空流动压降的准确预测。
研究团队开展了不同参数对椭圆同心环空螺旋层流流动压力梯压力梯度的影响规律研究，明确了：压力梯度随流体稠度系数的增加呈线性增大，随流体流性指数和环空内外径比率增大呈指数数型增大，随轴向平均速度增大呈对数型增大，随椭圆长短轴之比和内管转速增大呈指数型降低。
由于数值模型在求取压力梯度时需要大量的数值运算，因此利用最小二乘法将数值模型转化为拟合模型，适用参数范围为0.8m/s≤vx≤1.4m/s，40r/min≤ω≤120r/min，0.5≤Kd≤0.8，1.0≤η≤1.2和0.5≤n≤0.8。椭圆井眼同心环空螺旋层流无量纲压力梯度拟合模型能够实现流动压降的准确便捷预测。
论文链接：http://www.syxb-cps.com.cn/CN/10.7623/syxb202403008
