气液分离旋流器试验研究

针对气井积液停产,设计了一套井下气液分离产出液回注系统,系统采用气液旋流器进行气、液分离,并在井下应用旋流器进行地面模拟试验;根据气动式雾化喷嘴原理,设计了气液混合雾化装置,在实验室模拟了井下气、液的存在状态;通过对供液流量的控制,分析了不同气、液比情况下的分离效率、分流比和压力损失.     

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气井产水量的不断增加对天然气生产构成严重威胁的影响越来越受到人们的关注和重视。加拿大C－FER对井下气、液分离技术进行了可行性研究,艾伯塔省PanCanadian公司在加拿大某气田现场试验了这种井下气、液分离技术。文章对近年来国外对高含水气田开采新技术的研究的成果－井下气液分离系统的基本原理和目前已研究开发出的两种类型产品进行了介绍,并分析讨论了影响井下气液分离系统的各种因素,得出结论：井下气液分离系统具有一定分离装置所不具备的许多优点,可根据要求在不同场合下使用;结构简单,体积小,维修较容易;使用方便、、可以单台使用,也可并联或串联使用以加大处理量。总之,实现井下气液分离、产出水回注和采气,可以降低举升和处理费用,增加生产寿命与提高采收率、减少环境污染、简化地面分离,提高投资效益。     

自适应返气装置的数值模拟与试验研究

自适应返气装置是为了满足井下气液分离及采出水回注技术配套的需要而提出的,其主要功能是使回注到注水层的富水流中的少量气体通过聚集,再经由返气装置回到开采层。采用Fluent软件对自适应返气装置进行数值模拟,深入分析了其速度场、压力场和浮子的受力情况,并与试验结果进行了比较。计算表明,采用阻尼孔直径为φ2.0 mm、球座为φ3.3 mm、球浮子直径为φ4.0 mm的结构可获得更佳的排气阻水效果。     

按井下效率确定合理沉没度

通过统计不同气液比的抽油井井下效率、沉没度的数据，建立了井下效率最大时沉没度与气液比之间的关系图和表达式。为抽油井参数设计提供了新的依据。沉没度是抽油井现场管理的关键参数，我们通过研究不同气液比井井下效率与沉没度的关系。找到了一种确定合理沉没度的新方法。     

井下雾化排液短节数值模拟及影响因素分析

现有文献对井下雾化排液短节的雾化原理与设计方法研究还不够充分。为此,针对新疆油田应用的井下雾化排液短节,基于计算流体力学相关方法建立了数值试验模型,对短节雾化原理与参数影响规律进行了模拟研究。研究结果表明:气液混流经切向入口进入并起旋分离,经引流体和气流通道至喷嘴处加速喷出,主喷嘴处液膜受剪切破碎成雾滴,副喷嘴处高速气流辅助雾化;选取日产气量、入口压力和喷嘴当量直径3个关键参数进行了计算分析,日产气量与喷嘴压降呈正相关趋势,入口压力、喷嘴当量直径与喷嘴压降呈负相关趋势。研究结果及提出的“一井一策”的短节设计方法对井下雾化排液采气技术的广泛应用具有理论指导意义。     

套管气辅助举升工艺动态分析模型

在高气液比井中为了减少气体对泵效的不利影响,同时又能充分利用气体能量,采用套管气辅助举升技术是一个比较经济有效的选择。在井下合适深度下入气举阀,将环空气体返注回油管,利用气举原理可获得更高的系统效率。然而套管气源和压力无法人为控制,注气压力和注气量均随时间变化。为了验证设计参数的合理性,结合采油系统中各段的流动特点和采油设备的工作特性,考虑井下分离器和气举阀造成的套管气体量以及压力的变化,建立了套管气辅助举升过程的动态模型。通过比较有无井下分离器及气举阀时的油井生产参数变化,得到使用套管气辅助举升系统后,油井泵效提高、套压得以控制、上冲程载荷降低等结果,表明套管气可以用来辅助人工举升。研究还通过改变气举阀下入深度、直径以及开启压力,研究各参数对采油过程的影响,为套管气辅助举升工艺的设计提供了依据。     

井下油气分离器试验装置设计

运用试验的方法进行气液两相流的流体运动分析，是井下油气分离器研究的重要组成部分。文章重点介绍了井下油气分离器试验装置的设计方案及试验方法，详细论述了该装置的设计原则、装置组成、工作原理及特点。该装置主要用于不同结构的油气分离器的性能测试，通过对不同工况下各种流动参数的测量，有助于研究和揭示气液两相流运动的本质规律，为新型油气分离器的开发和现有油气分离器的结构优化提供了试验依据。     

高含气井下泵气液分离机理及系统设计方法

为了探讨高含气井下泵气液分离效果随各排采参数的变化规律,建立了非线性和非定常性的泵下气液分离流场气泡动力学模型,并依据数值求解结果分析环形分离腔室中两相流运移速度以及气泡上浮速度的动态变化状况,揭示了高含气井下泵气液分离机理,同时依据泵下气液分离系统计算模型量化分析了内外管径和分离腔室尺寸等随各排采参数的变化规律,并提出气液分离系统设计方法。研究结果表明:高含气井排采泵下气液分离系统的内外管径均随冲程、冲次和泵径的增加而不断增大,且受泵径的影响尤为明显;环形分离腔室的最大和最小长度只与冲次有关,且成反比例变化趋势;采用长冲程、低冲次和合理设计泵径原则时的气液分离系统效率最佳,在满足排水量要求时,可充分发挥系统气液分离作用,提高泵效并减小井下泵惯性、振动动载荷以及杆柱应力变化幅值。研究内容和结果可为高含气井下泵的现场应用提供参考。     

移动式多级分离的管线气液分离装置

针对目前气液分离器存在的问题,研制了移动式多级分离的管线气液分离装置。该装置采用四级分离装置逐级进行油气分离和油雾中的油滴分离,通过研制无压干涉浮子控制器来提高气液分离效率,达到自动控制分离过程的目的。该装置采用不受压力干涉的液位控制器,能根据液位的变化自动打开、关闭气路或液路,动作灵敏可靠;装置采用拖车式结构,机动性强,且当气液分离位置固定时,可以只安装气液分离单元,降低运行成本。实际应用表明,该装置操作简单,排出气体中不含有液体,可实现油气的彻底分离。     

海上井下油水分离旋流器结构设计及优化研究

海上油田含水率持续增高,增加了采油平台的处理负担和井下的举升压力,因此有必要对海上特高含水油井开展井下油水分离研究。根据海上油田采出液物性参数,初步设计了6种适用的油水分离旋流器。考虑海洋平台井下油水分离工艺的限制、加工成本及精度与分离效果等因素,确定了BLXDL-D为最佳分离装置。针对变螺距螺旋导流式单锥旋流器BLXDL-D结构类型,采用数值模拟的方法对其主要结构参数进行了优化研究,对模拟的可靠性进行了室内试验验证。研究结果表明:BLXDL-D油水分离旋流器最佳的旋流腔长度为65 mm,溢流管直径为12mm,底流管直径为25 mm,此时旋流器分离效率可达到97. 23%,且压力损失相对较小;不同分流比下分离效率的试验值和模拟值最大误差为4. 79%,验证了数值模拟的准确性。研究结果可以为海上高含水平台的井下油水分离旋流器的设计和应用提供参考。     

泡沫排水采气井井下节流压降规律实验及模型修正

气井井下节流是气田低成本开发的一项关键技术,“井下节流+泡沫排水采气”工艺在适宜条件下可提高气井带液能力。采用传统气液两相嘴流压降模型开展泡排井井下节流气嘴尺寸设计不能满足气井配产要求,通过节流压降规律测试并建立或者完善数学模型有助于提高泡排井井下节流设计水平。设计并搭建了泡沫排水采气井井下节流物理模拟实验装置,利用泡排剂UT-11开展了在不同泡排剂质量分数情况下的节流压降规律测试,利用实验数据对4个常用气液两相嘴流机理模型(Sachdeva模型、Perkins模型、Ashford模型、滑脱数值模型)进行了嘴流流态过渡预测能力评价、质量流速及嘴前压力的预测能力评价。基于实验数据构建了泡沫流滑脱因子计算关系式,提高滑脱数值模型的准确性,质量流速的绝对百分误差从13.7%降至7.69%,嘴前压力的绝对百分误差从16.5%降至8.01%。该研究为泡沫排水采气井井下节流嘴径设计和嘴前压力预测提供了重要理论依据。     

井下气液分离及回注技术研究现状分析

气井产水量的不断增加对天然气生产构成严重威胁，其影响越来越受到人们的关注和重视。使用井下气液分离及回注技术，可以降低举升和处理费用，增加生产寿命，提高采收率，减少环境污染，简化地面分离设备，提高投资效益。针对井下分离及回注技术研究现状进行了分析，给出了并下气液分离及回注形式、适用条件和技术设计、应用方面的结论。     

泡沫排水采气消泡效果监测系统方案设计

泡沫排水作为排水采气的主要手段之一在我国各大气田应用非常广泛。由于上游部分井站消泡不彻底,部分单井不具有消泡剂加注设备以及分离过滤不彻底而引起的集气管道、设备内泡排剂二次起泡,严重影响下游脱水、增压生产。结合泡沫排水采气工艺消泡现状及存在的问题,开展泡沫排水采气消泡效果监测系统方案设计,提出了监测系统工艺设计思路和应用原理,并对实现的可能性进行分析,对提高消泡效果,减少泡排剂对下游增压、脱水影响,同时为解决部分产水气井的生产难题奠定基础,具有广阔的应用前景。     

低压低产气井井下智能机器人排水采气技术

低压低产气井积液减产现象严重,而泡排、柱塞、液氮气举等常规排水采气工艺难以满足其长期稳产和提高采收率的要求,为此,基于柱塞气举工艺原理,研制了一种新型排水采气井下智能机器人,该机器人能实时监测与追踪井筒动液面位置,自动控制装置内部中心流道开关,可以在井眼内自动上行,从而实现气井分段、逐级定量排水。在东胜气田1口井的先导试验表明,井下智能机器人能够在井筒内自由稳定行走,实现自主定量排水和气井不关井连续采气,产气量稳定上升,油套压差持续降低,井筒积液得到有效缓解,达到了低压低产气井长期稳产和提高采收率的目的。研究与试验结果表明,井下智能机器人排水采气技术有效解决了常规排水采气工艺存在的问题,有利于实现低压低产气井的长期稳产和提高低压含水气藏的采收率。      

底水火山岩储气库库容和工作气量主控影响因素定量评价

升平储气库由底水火山岩气藏改建,针对其特殊的地质条件,通过采用纯气区、过渡带、水淹区分区含气饱和度计算有效含气孔隙体积的方法,建立考虑水侵、应力敏感、岩石和束缚水变形影响的储气库三区带库容参数模型,并优化设计了不同运行压力区间迭代求取最大工作气量和对应库容量的计算方法,对不同区带水侵、应力敏感、岩石和束缚水变形多种因素对库容和工作气量影响进行定量评价。结果表明:从区带损失含气孔隙体积来看,过渡带损失最大,纯气区次之,水淹区较小;从不同因素损失含气孔隙体积来看,水侵是主控因素,岩石和束缚水膨胀以及应力敏感导致含气孔隙体积损失较小,是非主控因素。利用建立的库容参数模型,优化得到32 MPa上限运行压力条件下,最大工作气量为25.61×10⁸m³,对应最优下限运行压力为18 MPa,库容量为64.74×10⁸m³。研究成果可为国内外同类低渗透底水火山岩气藏改建储气库提供借鉴。     

井下气液分离及同井回注技术的应用

现有排水采气技术虽然能够有效地将井筒中的地层水采至地面,但也给地面的气液分离带来了困难,不仅需要建设大量的地面气液分离设备,而且对所分离出的地层水的处理也需要投入大量的资金,影响着气田的高效开发。为此,在对分离器的分离效率进行探讨的基础上,对井下气液分离及同井回注技术在胜利油田气井的应用效果、技术优势和存在的问题进行了讨论。现场生产表明:井下气液分离及同井回注技术是在井下经过螺旋气液分离器将出水气井的产出液进行分离,然后将分离出的水在井下回注到另一水层或枯竭气层中,该技术可以减少大量的地面设施、减少环境污染,具有较好的经济效益和社会效益,也为胜利油田现已探明的34个浅层气田的高效开采提供了有效的技术支撑。     

变速电潜泵排水采气井数据分析诊断技术

通过对电潜泵排水采气井数据分析诊断技术的研究井结合SC—4数据采集仪在现场的应用，为优化入井设计参数，提高实施的成功率及入井安装质量，加强运行过程中动态实时监测，及时分析机组运行情况，使变速电潜泵排水采气工艺更趋完善。     

天然气井下涡流工具排液效果影响因素分析

大庆天然气田目前采用涡流工具进行气井排液,但在部分井中排液效果不明显。根据气液2相流理论,应用SolidWorks软件建立涡流工具模型,应用Fluent软件进行仿真计算,分析天然气流速、井底含水率和涡流工具结构对其排液效果的影响。分析结果表明,天然气流速、含水体积分数和涡流工具螺旋片的正截面形状是影响涡流工具排液效果的主要因素。具体表现为:天然气流速越大,工具排液效果越好;井底含水体积分数小于10%时,排液效果不明显;井底含水体积分数大于10%时,含水体积分数越高,排液效果越明显;螺旋片正截面为矩形比为梯形时的排液效果更理想;螺旋片的旋转方向(左旋和右旋)对工具的排液效果影响不大。     

煤系气排采井筒综合模拟试验装置研制

在分析煤系气排采规律和井筒流场特征的基础上,提出了煤系气排采井筒模拟综合试验装置的设计方案,可以模拟气携、液携2个试验环境,具有管套、杆管、管内3个气(液)通道。利用该试验装置,可以完成煤系气低压井筒流场模拟试验,为煤系气排采设备的选型与井筒流场规律的研究提供了必要的试验手段。     

苏桥储气库生产井井下节流技术合理气水比研究

为了确定苏桥储气库有水气井井下节流技术适宜的生产气水比条件,在930 m模拟实验井上,开展了空气—水两相嘴流实验。利用油嘴流型观察窗和实时采集的实验数据,分流态对嘴流现象及特点进行了观察和分析。研究结果表明:由于液体段塞流过孔眼所需生产差压远大于气体,段塞流条件下液体在嘴前回落严重,油嘴前后压力、产气量、产水量波动幅度大,嘴流稳定性差;环雾流条件下4参数波动幅度小,嘴流稳定性好。确定了苏桥储气库有水气井段塞流向环雾流转化的气水比条件为1 800~2 000 m3/m3。嘴流稳定关系到举升管的正常排液,因此有水气井井下节流技术适宜的生产条件为环雾流;对于大液量气井,井筒为段塞流时嘴径不宜太小。