排液采气涡流工具结构参数优化实验研究

目前对涡流排液采气的机理认识不清,且鲜有分析涡流工具结构参数对排液效果的影响方面的研究报道,无法有效指导现场应用。为此,基于相似原理建立了涡流排液采气物理模拟实验装置,测试了安装不同涡流工具后的井筒压降和流量,分析了涡流工具螺旋流道宽度、流道两侧密封性和螺旋角对排液效果的影响;选取了排液最优的涡流工具并测试了临界携液流量;同时,根据两相流体动力学理论建立了最优螺旋角理论模型。实验发现:涡流工具螺旋流道两侧有效密封、并在井筒压降较小的前提下,缩小螺旋流道的流动截面可以提高涡流工具的排液效果;实验最优螺旋角为45°,与理论模型计算结果吻合较好;使用优化后的涡流工具井筒压降降幅约为9.6%,排液量约提高12.4%,临界携液流量约降低20%。研究结果表明,优化后的涡流工具增强了排液能力,最优螺旋角理论模型结果可靠,可为涡流工具设计和现场应用提供理论指导。      

湿气管道涡流排液工具有效作用长度敏感性分析

涡流排液技术大多数用于湿气气田井下积液处理,现有文献在地形起伏湿气管道方面的研究较少。研究地形起伏湿气管道内涡流排液工具的有效作用长度,对管道排液能力的判断尤为重要,如果能够得出涡流排液工具有效作用长度的敏感性因素,就能很大程度地提高管道输送效率。鉴于此,运用SolidWorks软件建立几何模型,将其导入Fluent中进行模拟,通过改变管道入口湿气流速、涡流排液工具的截面形状、中心体直径以及管道倾角等,研究了湿气管道内环状流液膜厚度与有效作用长度衰减规律之间的关系。研究结果表明:含水体积分数近似为0.3%、涡流排液工具中心体直径取51 mm以及管道倾角较小时,湿气入口流速越大,液膜厚度越厚,且湿气气流中液体所占比重越大,旋转强度越大,衰减程度越弱,有效作用长度相应增加。研究结果可为湿气管道涡流排液工具的现场应用提供指导。     

气井涡流工具排液效果及结构参数优化实验

针对目前涡流工具排水采气工艺设计理论缺乏,现场应用与分析主要依据经验而影响应用效果等问题,基于相似理论建立了气井生产模拟实验装置,实验研究了涡流工具的排液效果,分析了不同结构参数对排液效果的影响。结果表明,气井井筒加装涡流工具后能够有效提高气井的排液能力,相同气量下平均提高携液量26.7%,降低临界携液流速19.8%;槽深越小,排液效果越好;减小螺旋角会减弱排液效果,最好选取60°螺旋角;槽宽为48 mm时,携液量较高,临界携液流速较低,排液效果较好。     

气井涡流携液机理和携液效率数值模拟研究

针对目前气井涡流携液机理和效率认识不清,现场工程设计与分析主要依据经验,影响应用效果等问题,运用Auto CAD和Fluent流体模拟软件,建立了涡流工具气液两相流场模型,分析了气液混合物通过涡流工具前后的流动轨迹、流型变化特征和携液效率变化规律。研究结果表明,涡流工具将气液两相雾流转换为螺旋环流,液体以液膜形式沿管壁螺旋向上流动,而气体在油管中心以更高的速度流动。这种流态能够降低流动过程中的压力损失24.3%,提高流体速度13.5%,减小持液率3.3%,减弱气液两相之间的滑脱,提高气体携液能力。研究结果为涡流工具有效解决气井开采初期井底积液,提高地层能量利用率,以及延长气井自喷期提供了理论依据。     

井下涡流工具排水采气机理研究

涡流工具排液是一种新型气井排水采气工艺。目前国内外针对井下涡流工具的室内及现场试验,仅获得部分宏观工作特性,缺乏深入的理论研究,具体排液机理不够清晰,限制了该工艺的推广应用。鉴于此,采用有限元分析方法建立涡流工具气液两相螺旋流动的数值模型,并借助CFD软件对其流动过程进行仿真。通过流动规律的预测及分析,确定出井下涡流工具排水采气机理。研究结果表明,涡流工具可形成螺旋上升的管壁液膜流和快速上升的中心气核流动;引发的高速螺旋涡流,有效降低了气液流动阻力,提升了采气速度,同时增强了气流的携液能力,收到排水采气效果。研究结果可为工具的现场应用及改进提供指导。     

井下涡流工具有效作用距离研究

井下涡流工具在国内气井上的使用效果不佳,原因在于对于涡流工具的使用条件缺乏较明确的认识、选井不合适以及工具结构参数有待进一步优化。为此,对井下涡流工具的有效作用距离进行了研究。通过涡流工具数值模拟分析,发现切向速度和轴向速度的变化不是影响涡流工具有效作用距离的关键因素;利用压降模型计算未安装和安装涡流工具时井筒内压降,发现涡流工具可有效降低气液两相在井筒内的压力损失;利用携液模型计算实际流速和临界流速,发现涡流工具使临界流速降低了13.5%~16.1%,揭示了涡流工具排水采气的本质在于切向速度和轴向速度的变化引起液相流动形态的改变,使分散液滴流变成了环状流。结合现场使用涡流工具的6口生产井数据进行临界流速计算,结果表明涡流工具可使临界流速最多降低40%。当一口未使用涡流工具井的实际流速为临界流速的0.6~1.0倍时,使用涡流工具可以有效排液,其有效作用距离超过1 100 m。研究结果对于提高井下涡流工具的现场使用效果具有一定的参考意义。     

气井涡流排液采气工具参数仿真及结构优化

为了研究不同结构参数对气井排液效果的影响,采用Fluent流体仿真软件对涡流排液采气工具进行了流场模拟。建模时采用雷诺平均假设下的N-S方程作为计算的基本方程,并采用RSM模型对N-S方程进行封闭,同时采用壁面函数处理壁面边界层的流场。分析结果表明,涡流工具的顶角对整体流场影响较小,使用时仅需满足打捞头相关尺寸即可;减小螺旋角对分离效果影响不大,同时减小螺旋角会大幅增加压力损失,因此选取螺旋角为70°;内柱直径为45 mm时有利于气、液两相的分离;最好选用1.50倍导程,倍数过大时会增加能耗。     

涡流排水采气技术机理研究及应用

为了促进涡流排水采气技术在长庆气田的应用,对涡流工具工作机理及效果影响因素进行研究,建立几何模型及数学物理模型,应用Fluent软件进行数值模拟,优化工具结构,确定适用气井基本条件。研究结果表明,涡流工具有效实现了流体由紊流流态转变为二相层流流态,并可持续很长一段距离;螺旋角度是影响涡流工具气液分离效果的主要因素,角度为50°时效果最好;入口速度越大带液效果越好,速度大于17 m/s时气液分离效果变化不大。总体趋势为气液比越小,分离效果越好;井下涡流工具降低临界携液流量约25%,对套压大于8 MPa、产气量大于0.5×104m3/d、井筒完好的低压弱喷气井适用。该研究成果为涡流工具的现场应用起到了促进作用。     

气井涡流排液采气工具有效作用长度

针对目前对涡流工具适用条件和工具有效作用长度认识不清,现场应用与分析主要依据经验,进而影响使用效果等问题,运用Auto CAD和Fluent流体模拟软件,建立涡流工具气液两相流场模型,研究流体旋转强度的衰减规律,预测涡流工具有效作用长度,并分析井筒气液状况和工具结构参数对有效作用长度的影响。研究结果表明:流体旋转强度的衰减规律符合对数递减,以对数递减公式预测的涡流工具有效作用长度介于10~100 m;流体入口速度和井筒气液比是影响工具有效作用长度的主要因素,入口速度和气液比增大,有效作用长度增大;槽宽为60 mm时,工具有效作用长度较大,排液效果较好;减小槽深和工具与油管之间的间隙,流体速度增大,有效作用长度增大。研究结果可为现场涡流工具结构参数优选和排液效果的提高提供理论依据。     

低压低产气井自生气排水采气技术的研究与应用

排水采气工艺是有水气田采气工艺的主要方法,已成为国内外气田开采后期的一项主要开采措施,常规泡沫排水采气工艺必须依赖井底的天然气流的扰动,应用表明：当气井产量小于气井含泡沫排水剂状态下临界携液流量时,泡排效果不理想。为此,针对常规泡沫排水采气工艺的局限性,研究了自生气泡沫排水采气工艺,该工艺在无井底气流的扰动下能自动起泡使低压低产含水气井泡排显著,使水淹井复产;并评价了自生气泡沫排 水剂起泡、携液及腐蚀性能;在现场开展了8口气井10井次的现场试验,共排液17.5m3,累计增产天然气59.2×104m3,增产效果明显。     

径向钻井倾斜井底高压水射流流场分析

为了对径向钻井倾斜井底高压水射流的流场进行研究,建立了三维单喷嘴水射流井底模型,采用Fluent软件对模型的流场结构进行了数值模拟分析。分析结果表明,径向钻井高压水射流喷嘴外部流场中存在"负压效应"和"水垫现象",负压的存在有利于射流从喷嘴内部流出,水垫会对喷头的推进产生阻碍作用;当径向钻井临时井底倾斜角度为0°时,射流到达井底后沿井底壁面中心向外对称流动,但随着井底墙壁倾斜角度的增大,由于倾斜井底的引流作用,大部分流体会沿着井底倾斜的方向流动,并且沿倾斜方向的流速较大;径向钻井中,如果井底是倾斜的,则沿着井底倾斜方向的压力比井底另一侧高。     

涡流排液采气的液滴动力学分析与螺旋角优化

井下涡流排液采气是一种新型排采技术,目前对于涡流排液采气井筒旋流场液相受力特性和运动规律的认识仍然不清楚。为此,根据两相流体动力学理论,对井筒旋流场中液滴的受力特性进行分析,得到了液滴沿轴向和径向的运动方程,并对Basset力、虚拟质量力、Magnus力、Saffman力和Stokes力等典型作用力进行了量级比较。同时,以液滴所受垂直向上合力最大为原则,推导了涡流工具最优螺旋角公式;在所建立的液滴受力模型基础上,全面分析了各项作用力的成因、特点和方向。结果表明:1经过量级比较,可以忽略影响较小的视质量力、Basset力和对流体积力;2与常规井筒流场相比,旋流场中液滴在垂向增加了向上的离心力分量,有利于液滴向上运移。进而采用实例分析验证了最优螺旋角公式的可靠性,并且发现:随着井深减小,气体携液能力增强、最优螺旋角增大。该研究成果对于现场井下涡流工具优化设计和涡流排液采气作业具有指导意义。     

遗传算法用于蒸汽吞吐井注采参数的优化设计

建立了一套蒸汽吞吐注采参数快速整体优化设计的方法．并编制了相应的软件。该方法以周期采油量计算为基础,以周期平均日收益最大化为优化目标,以遗传算法为手段,对注汽压力、注汽干度、注汽速率、周期注汽量、焖井时间及井底流压进行整体优化设计。鉴于遗传算法快速搜索、整体寻优的特点．该方法可以快速全局优化蒸汽吞吐的注采参数。用该方法对辽河油田冷41稠油区进行注采参数优化设计,并与现场实际资料对比,效果明显。     

物质平衡-拟压力近似条件法确定气藏储量

物质平衡法作为一种有效的手段被广泛应用于气藏储量或井控储量的确定。为简便准确地确定气藏储量，笔者从物质平衡原理出发导出了"物质平衡条件"，求解气体渗流数学模型，得到了"拟压力近似条件"。将二者结合，提出了"物质平衡-拟压力近似条件法"（MB-QAC方法）。利用该方法，通过边界控制流阶段（产量波动相较于边界作用可忽略）的生产数据便可准确地计算气藏储量。定产量、定流压以及复杂生产计划条件下的数值模拟数据以及气藏实例验证了其有效性。在生产数据记录可靠的条件下，储量计算误差一般小于5%。同时，数值模拟结果表明，动态物质平衡方程是一种近似关系，拟压力近似条件对于模拟的各种情形均成立。由于考虑了岩石和束缚水的压缩性、气井产量的波动和气体性质的变化，MB-QAC方法具有一定的理论基础，对于异常高压和正常压力系统的气藏均适用，但不适用于水体活跃的气藏。     

基于正交试验的涡流排水采气影响因素分析

涡流工具排水采气是一项新型的排水采气工艺,研究不同的工况及工具参数对涡流工具工作性能的影响在气井的实际应用中具有重要的意义。根据实际应用效果,研究了气流速度、含水率、螺旋角、翼高、直径5个因素,每个因素取5个水平,分析对排液效果的影响。选用标准的六因素、五因子的正交试验表L25(56)制定了25组试验,分析了每个因素及其各个水平之间的差异对试验指标的影响。根据正交试验的结果,得到了各因素之间的最佳组合,对涡流工具的优化设计具有指导意义。     

深水立管气举效果影响因素模拟分析

以西非某深水油田为研究对象,利用OLGA及PVTsim商业软件,对水深、气油比、含水率、输量以及管道出口压力等影响深水立管气举效果的因素进行了模拟分析。气举能有效地降低深水立管底部压力;在一定范围内,注气量的增大能有效地减小深水立管底部压力波动,但注气量并不是越大越好,每种工况对应一个最优注气量;在油田生产后期,随着含水率增大和管道入口处流体气油比减小,立管底部注气带来的压降获益效果越明显;输量越小,气举效果越好;管道出口压力越大,气举效果越好。     

川中蓬莱镇构造X1井自喷产大水机理研究

四川盆地中部蓬莱镇构造X1井是１口生产了40余年的大水井，在经历自喷产大水、潜泵抽汲产水、再一次自喷产大水过程中，已由１口特大产水井变为具有工业采气价值的气水同产井。在前人研究的基础上，结合该井的近期开发动态资料，对产大水机理进行了分析研究，认为第一次自喷产大水主要因天然气的弹性膨胀作用，第二次自喷产大水是由于气水界面下降天然气大量窜入井底带水产出。此外，还对产生气窜的主要影响因素进行了总结，认为储气空间与井底之间的压力差、气水界面与井底的距离、储气层到井底渗流通道的好坏是天然气发生气窜的主要原因。如果钻遇井的水体没有经济价值，可以靠机抽排水的手段使天然气突破水体窜入井底并产出，从而实现经济利益。     

牙轮-PDC复合钻头井底流场CFD模拟研究

牙轮-PDC复合钻头是对硬地层采用碾压与刮切相结合破岩的一种新型钻头,随着其结构形式及破岩方法的改变,需要对其井底流场进行研究并提出新的水力结构设计。运用计算流体动力学理论,采用标准κ-ε模型以及封闭N-S湍流方程对某型复合钻头的井底流场进行了数值模拟计算,并分析了井底压力及流速、PDC刀翼齿面和牙轮体表面流速。研究结果表明,复合钻头设计原型的水力结构存在一定缺陷,可通过合理设计钻头体中心位置结构、调整中心喷嘴射流角度以及调整2个边喷嘴的设计来加以改进。