CALCULATING METHOD OF THE CRITICAL FLOW RATE OF THE CARRYING LIQUID IN THE INCLINED WELLBORE OF GAS WELL

根据气液两相流理论和质点理论,倾斜井筒中液滴在气体中的受力状态将随着井斜角的不同而改变,而液滴受力状态的不同最终导致了气液两相流态和气体对液体的携带能力的变化.因而,倾斜井筒的临界携液流量不能用常规的垂直井筒和水平井筒携液临界流量公式计算.以气液两相流态理论为基础,根据质点分析理论,推导得到了考虑不同井斜角的倾斜井筒携液临界流量公式.计算了倾斜井筒不同井斜角的携液临界流量,并将计算结果与水平井筒及垂直井筒携液临界流量公式计算结果相对比.研究结果表明,倾斜井筒的携液临界流量介于垂直井筒与水平井筒之间;随着井斜角的增大,倾斜井筒携液临界流量减小,倾斜井筒携液临界流量越接近垂直井筒携液临界流量,携液临界流量变化幅度越小.     

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章分别以水、轻油和重油为液相，研究了天然气井中零液流量气提流动这一特殊气液两相流动现象。提出了零液流量气提流动的两相流水动力学模型，应用该模型计算了零液流量气提流动的持液率和压力降。模型计算结果与试验结果都表明，零液流量气提流的持液率随表现气速的增大而单调减小，而摩擦阻力压力降则不随表现气速的变化呈单调性的变化。尽管零液流量气提流的水动力学特性不同于液体流量不为零的常规气液两相流，零液流量气提流仍遵循常规气液两相流的水动力学基本关系式。     

柱状气液旋流器的入口形式优化

柱状气液旋流分离器由圆筒、进口管(入口)、上部溢流口(出气管)、下部底流口(排液管)组成.入口管为整个旋流分离提供旋转动力,并决定了混合相的气液分布以及混合相进入柱状气液旋流分离器最初的切向速度.针对柱状旋流器的入口形式进行了数值模拟研究,模拟结果表明,入口倾角为30°,入口布置于0.08 L位置,采用矩形喷嘴及单入口形式将保证柱状气液旋流器具有最优的分离效果.     

气-液分流式分布器的流体力学性能

开发了一种具有抗塔板倾斜性能的气-液分流式分布器。通过冷模实验,研究了该分布器液体破碎程度与液体分布均匀性之间的关系,以及操作条件变化对分布器压降的影响,并在直径为1 m的加氢反应器中考察了由37个气-液分流式分布器组成的气-液分配盘的液体分布均匀性。结果表明,存在一个液体破碎雾化的临界气速。临界气速同时也是分布器液体分布均匀与否的分界点,只有气体流速超过该临界值时,才能实现液体的均匀分布。当通过分配盘的气量超过总体临界气体流量时,其液体分布相对不均匀度可降至5%以内,实现液体的均匀分布。此外,基于实验数据,还得到了气-液分流式分布器的压降与气、液两相Reynolds数间的关系式。     

临兴区块致密气井动态携液规律研究

以提前预警致密气井筒积液、及时介入排采措施为目的,针对临兴区块致密气中后期生产面临的低压、低产临界产气等排采问题,运用气液两相流动室内模拟评价方法,开展气液两项流携液状态分析并辅以数值模拟手段,建立1套适用于临兴区块致密气井筒积液综合临界携液模型。结果表明:(1)在相同管径、压力、温度等条件下,斜井段易造成气液严重紊流,流体撞击管壁及流体相互作用产生额外能量损失,液体明显回落;(2)气、水流动过程中随着气体流量逐渐减小,水平井各井段中斜井段压力梯度占比最大,表明斜井段最易积液,特别是在倾斜角为50°时达到最大携液气体流速;(3)Belfroid预测临界携液模型随井斜角变化规律符合实验规律,通过修正关键系数建立综合临界携液模型,误差小于15%且在10°~90°内应用良好。以上成果对致密气井积液预测及后续排采介入时机具有一定指导意义。     

导叶角度对轴流式气液旋流器分离性能的影响

对于低含液浓度的气液两相流,轴流式气液旋流器具有良好的分离性能。导向叶片的几何尺寸是影响轴流式气液旋流器分离性能的重要因素,对导叶出口角度分别为15、20、25和30°的轴流式气液旋流器的试验研究显示,在稀相时,导叶角度25°的旋流器分离效率最高,导叶角度15°的旋流器分离效率最低,而导叶角度20和30°的旋流器的分离效率介于二者之间。流量一定时,轴流式旋流器的压力降随着导叶角度的增大而降低。研究还发现旋流器分离的临界速度受气体含液浓度影响不大,主要受旋流器结构尺寸的影响,对于一定的导叶角度,分离器的压力降随着流速的增加呈抛物线上升,与局部压降公式吻合。     

导叶式液-液旋流器内流场分布特性研究

为了探寻导叶式液-液旋流器内部流场的流动规律,针对旋流器内部流场的分布特性,借助激光多普勒测速技术(LDV)对其柱锥段内部流场进行了测试分析,发现导叶式液-液旋流器内切向速度存在"双峰"分布,轴向速度存在轴向零速过渡区(WZVV);流量的增大增加了切向速度和轴向速度值,但对无量纲速度无影响。对测试数据的分析可知,导叶式液-液旋流器内切向速度准自由涡参数n与轴向位置z和径向位置r有关,在主分离区域内n值为0.30~0.56;WZVV内临界面为圆柱形面,外临界面是一个柱锥联合面,WZVV的锥角为3,°略大于水力旋流器锥段部分的半锥角。     

柱菜气液旋流分离器中两相流的水动力学

本文提出了提出关于柱气液旋流（ＧＬＣＣ）分离器的新的实验数据和一个完善的机械模型，这些数据是通过使用实验室规格３“内径的柱菜气液旋流分离器的得到的，这些实验数据和有限的现场数据一起被提出，这些数据包括柱菜气液旋流分离器的流动特征和运行机壳的几个参数的测量。这个运行机的使用限制条件是不携带流体或夹带气体，这个开发的模型能预测柱菜气液旋流分离器中的水动力流动的一些特征。包括运行机壳、平衡液面、涡流型、     

井筒零液流研究

零液流量气提流动是产水气井中一类独特的持液流动现象,是井筒中长时间积存形成了液柱,而气体流速又不足以将液体带出井筒所致,表现为井筒中存在两相流气提区,而井口处的液体流量为零。其现场意义在于:它相当于积液气井气举排水过程中始喷点的概念。建立了该流动现象的流型划分标准、压降和持液率计算数学模型,并自行设计建立可视化实验台架模拟该物理现象。实验采用先进测试手段采集得到其流型图片以及压降、井口压力、注气量、持液率等数据。通过理论计算与实验数据对比,验证该理论模型的正确性。最后给出算例模拟计算实际气井零液流量气提流动和无滑脱气液两相流动,从而得出规律性认识。该研究成果对于指导严重积液气井气举排水采气设计有着积极意义。     

气井零液流量可视化试验研究

零液流量气提流动是产水气井中一类独特的持液流动现象,是油管中由于微量液体长时间逐渐地积存形成了液柱,而气体流速又不足以将液体带出井筒所致,表现为井筒中存在2相流气提区,而井口处的液体流量为零。该现象气液2相流动滑脱损率为100%。其现场意义在于它相当于积液气井气举排水过程中始喷点的概念。给出该流动现象的压降和持液率计算数学模型,并设计建立总高为16ITI、内径040mm的可视化试验台架模拟该物理现象。试验采用先进测试手段采集得到其流型图片以及压降、井口压力、注气量、持液率等数据。通过理论计算与试验数据对比,验证该理论模型的正确性;给出算例,模拟计算实际气井零液流量气提流动和无滑脱气液2相流动,从而得出规律性认识。该研究成果对于指导严重积液气井气举排水采气设计以及优化注气量有积极的意义。     

气藏水平井携液临界流量计算

液滴在水平井筒中的受力情况与垂直井筒中截然不同,根据垂直井筒中质点力学分析获得的计算气井携液临界流量的Turner公式及其修正式不再适用于水平井。根据水平井筒内液滴质点分析理论,推导出水平气井的携液临界流量公式。与水平管气液两相流态机理计算得到的携液临界流量结果的对比结果表明,用质点分析理论计算得到的携液临界流量比气液两相流态机理计算结果要偏于乐观,且其流态正处于环状流和雾状流的过渡区。因此,在实际应用中,用质点分析理论计算的结果可根据生产井实际情况在一定范围内进行调整。     

管柱式气-液分离器溢流压力降计算模型

溢流压力降是评价管柱式气-液分离器(Gas-liquid cylindrical cyclone,GLCC)分离性能的重要指标,目前尚未形成有效的预测方法.为了准确预测GLCC溢流压力降,笔者基于压力降沿程分布理论,结合实验观测数据,综合考虑分离器结构参数、气-液相操作参数及物性参数,建立了GLCC溢流压力降的半理论-...     

柱状气液分离器入口结构数值模拟及试验研究

入口结构决定着进入柱状气液旋流分离器的气-液分布及初始切向入口速度大小。对4种入口结构形式的柱状气液旋流分离器(GLCC)的分离性能进行了数值模拟和试验研究,并将模拟结果与试验结果进行对比。模拟时考虑了入口结构形式、气体体积分数和压力降对GLCC分离性能的影响。分析结果表明,入口结构对GLCC内部气液分布具有决定性作用,具有明显压力梯度的入口结构有助于改善旋流腔内气液分布;渐缩截面型入口有助于GLCC内部形成0速度分界面,0速度分界面的形成有利于降低GLCC溢流口的气体含液量,减少短路流,提高GLCC的综合分离性能。     

气液两相流通过管壁小孔分配特性的试验研究

以开有小孔的管壁为研究对象,对层流下气液两相流通过管壁小孔的分配特性进行了理论分析和试验研究。结果表明,气液两相流通过管壁小孔的流动存在一临界高度hb,如果小孔入口与气液界面之间的距离h大于该临界高度,将不会发生夹带现象,临界高度hb主要取决于小孔两侧的压差;对于小孔分别位于气相集中区或液相集中区的分配器,进入分流回路的分流体为单相气体或单相液体或质量含气率为固定常数的两相流体;对4孔分配器,进入小孔的气液含量与孔的位置以及管内气液相分布有关,气液相分流系数受主管流型波动影响较大。     

海上非常规压井井筒多相流动规律实验

海上钻井特殊工况下井涌井喷事故的处理离不开非常规压井技术。海上非常规压井井筒多相流动规律是海上非常规压井设计及实施的理论依据,具有重要的指导作用。通过自主设计建造高为12 m、内径为100 mm、可承压6 MPa的可视化井筒实验系统,开展了气上液下对冲、气液垂直向下流动以及液体在静止气体中的沉降等多种非常规压井井筒多相流动实验,对海上非常规多相流动规律进行了实验研究。结果表明：置换法中压井液的沉降速度随着压井液排量的增加而逐渐增加;压回法压井过程中井筒气泡的临界压回直径随着液相排量的增加而增加,小于临界压回粒径的气泡能够被压回,大于临界压回粒径的气泡无法被压回;当井筒内所有粒径气泡都能被压回的排量被称为临界压回排量;制约顶部压井法的主要参数是注入管下入深度,增加注液接口插入深度可以有效减小气体排量,降低成功压井的临界压井排量。     

海域天然气水合物降压开采压力控制及气液流动特性

针对海域天然气水合物降压开采井身结构和管柱设计的特点,综合考虑水合物储层-生产井动态耦合、井下加热器预热和电潜泵实时排采的影响,建立了水合物降压生产期间井筒气液两相流模型及数值求解算法,提出了基于瞬态多相流实时优化泵排量的生产压差自动控制方法,并利用日本第1次水合物试采和中国南海深水气井现场实测数据对模型进行了验证。结合海域水合物试采的地质条件和环境特征,开展数值模拟研究,检测了不同生产压差控制方法的性能,分析了不同生产设计参数条件下生产管柱内的气液流动特性。研究结果显示,所提出的方法能够准确完成降压目标,而Shimizu方法具有一定的随机性;在水合物降压开采过程中,增大生产管柱的管径、施加井口回压、降低电潜泵的安装深度和提高生产压差均可以降低井内的液位高度,其中井口回压对液位高度的影响起着绝对主导作用,而电潜泵位置的影响最小;当采气管线的管径减小至0.108 m、井口回压低于0.12 MPa、生产压差小于2.16 MPa时,主流管线内会出现连续排水现象。     

管内相分隔状态下电磁流量计测量气液两相流的方法

针对电磁流量计测量气液两相流时测量精度和稳定性易受流型影响的问题,提出了一种管内相分隔状态下基于电磁流量计的气液两相流测量方法。利用旋流器将不规则的两相流入口流型整形成气芯-水环的对称型环状流,保证了权函数的有序分布,并引入空隙率修正了电磁流量计测量模型,提高了电磁流量计的测量精度。利用空气-水两相流为介质,通过室内实验对该测量方法进行了验证,结果表明,在管内相分隔状态下,电磁流量计的液相测量相对误差在±5%以内。研究结果为工业生产中的气液两相测量提供了一种很好的思路和方法,具有良好的应用价值。     

CFX软件模拟气升式环流反应器的研究

选用气-液两相气升式环流反应器为研究对象,采用双流体模型(即欧拉-欧拉多流体模型)描述气液两相流动过程。利用ICEM CFD软件对气升式环流反应器进行"O"型网格划分,并用CFX-10.0软件对模型方程进行求解,得到了包括气液两相速度场、局部气含率分布等参数。通过改变升流管高径比,考察升流管高度对气含率和液相速度的影响,在此基础上对气升式环流反应器的结构进行改进。     

塔河凝析气井井筒积液判断标准

由于凝析气藏流体性质的特殊性,反凝析和气液分离常常造成井筒积液,严重影响气井产能。利用塔河凝析气井井筒积液前后的生产动态变化,求出了判断气井是否积液的临界动能因子,由此进一步计算出了各区块井的临界流量,并与李闽公式计算的结果和现场实际进行了对比,在此基础上结合实测流压梯度曲线,提出了塔河凝析气井井筒积液的判断标准。