超音速喷管雾化排水技术在极低产气井的应用

超音速喷管能使天然气产生超音速流动,从而将液体剪切和撕裂成微小液滴。喷管之后,流态发生了变化,成为雾状流。这样降低了气液两相的截面平均密度和流动阻力。即使在极低产气量情况下,依靠天然气自身的动能也能够把雾化的液体携带出井筒。为了提高超音速喷管雾化效果,对喷管结构进行了改进。2018年,对苏里格气田一些产气量低于2000m~3/d气井进行了生产应用试验,试验超音速喷管雾化排水对这些气井的排水效果。通过长达几个月的生产应用,得到了一些重要的研究成果;超音速喷管雾化排水新方法对低压力、低产气井、乃至极低产气量气井排水有着很好的效果。产气量低到1000m~3/d时排水效果依然良好。超音速喷管设备成本低,可以长年连续使用而不维护。从排水效果和经济投入少来说,超音速喷管能够在气田大规模应用。     

超音速雾化排水采气工艺数值模拟与现场应用

针对超音速雾化排水采气工艺在川西坳陷中浅层气藏应用缺乏理论指导的问题,开展了数值模拟研究及现场试验。首先,基于川西坳陷中浅层有水气藏生产井实际工况建立了超音速雾化喷管数值模型,围绕气井生产动态特征开展了喷管两相流数值模拟,并通过室内实验结果验证了模型正确性,通过求解获得了雾化喷管内部流体各相流动特征参数的分布。对气井生产特征参数以及喷管结构参数进行了敏感性分析,明确影响超音速雾化排水采气工艺应用效果的主控因素,形成了适用于川西坳陷中浅层气藏的超音速雾化排水采气工艺理论。研究表明:喷管渐缩段对于流体流动特性影响较小,而流体流经喷管喉部至渐扩段,各特征参数发生剧烈变化;气体流经雾化喷管被加速达到音速时,临界压力比值为1.35,该数值可作为判断工艺有效性的技术指标;入口压力对工艺效果整体影响较大,而产气量及气液比则主要通过控制喷管入口前井段的携液来影响工艺效果,被气流携带进入喷管内部的积液均在超音速气流作用下实现雾化。基于理论研究设计了施工参数,优选气井开展了现场试验,结果表明超音速雾化排水采气技术可实现气井节流稳压的同时强化见水气井的携液能力,改善井筒流态,降低井筒压力损失,对延长川西坳陷中浅层气井稳产期具有重要意义。     

结构参数对三维拉伐尔喷管流场分布影响的数值模拟

采用流体动力学软件ANSYS CFX,对不同结构参数的三维拉伐尔喷管的流体流场分布影响进行数值模拟分析,得到喷管内天然气流场的分布曲线。分析结构参数对拉伐尔喷管内流体流场分布的影响,并对不同的喷管结构参数进行均匀设计,选出最优结构参数。研究结果表明:喷管结构参数变化对喷管流场有不同程度的影响,入口直径对流体的流场分布影响较小,喉部直径和出口直径对喷管内流场分布的影响很大。通过均匀设计试验可知,在一定的结构参数范围内,拉伐尔喷管的最优结构参数是入口直径Di=70 mm,喉部直径Dt=6 mm,出口直径Do=20 mm。     

旋膜管式除氧器冷态试验装置简介

对除氧蒸发器膜式喷管除氧原理以及冷态试验装置的设计进行了介绍,使用此装置可进行冷态试验试验数据的收集。     

超音速雾化排水采气工艺数值模拟与现场应用——以川西坳陷中浅层气藏为例

针对超音速雾化排水采气工艺在川西坳陷中浅层气藏应用缺乏理论指导的问题,开展了数值模拟研究及现场试验。首先,基于川西坳陷中浅层有水气藏生产井实际工况建立了超音速雾化喷管数值模型,围绕气井生产动态特征开展了喷管两相流数值模拟,并通过室内实验结果验证了模型正确性,通过求解获得了雾化喷管内部流体各相流动特征参数的分布。对气井生产特征参数以及喷管结构参数进行了敏感性分析,明确影响超音速雾化排水采气工艺应用效果的主控因素,形成了适用于川西坳陷中浅层气藏的超音速雾化排水采气工艺理论。研究表明:喷管渐缩段对于流体流动特性影响较小,而流体流经喷管喉部至渐扩段,各特征参数发生剧烈变化;气体流经雾化喷管被加速达到音速时,临界压力比值为1.35,该数值可作为判断工艺有效性的技术指标;入口压力对工艺效果整体影响较大,而产气量及气液比则主要通过控制喷管入口前井段的携液来影响工艺效果,被气流携带进入喷管内部的积液均在超音速气流作用下实现雾化。基于理论研究设计了施工参数,优选气井开展了现场试验,结果表明超音速雾化排水采气技术可实现气井节流稳压的同时强化见水气井的携液能力,改善井筒流态,降低井筒压力损失,对延长川西坳陷中浅层气井稳产期具有重要意义。     

水力深穿透工具喷管送进的理论分析

在水力深穿透工具喷管送进系统结构分析的基础上建立了系统受力模型, 得出控制喷管送进的基本参数关系。分析了喷管在喷孔内的受力, 指出喷管在喷孔内所受的阻力是影响喷管送进的主要因素, 据此调节喷管送进控制液缸控制腔的压力可控制送进速度和限制最大推力。喷管在喷孔内主要处于承受轴向张力状态, 喷嘴对喷管的牵引作用是柔性喷管能顺着喷孔送进到较大深度的主要原因。保证喷嘴、喷管结构的轴对称性是防止喷管后段成为受压缩状态、乃至导致摩擦锁止的关键。     

基于旋流的天然气超声速喷管分离特性

 采用数值模拟方法研究来流为旋流的拉伐尔喷管内的流场,考察了喷管的收缩比、收缩半角、喉部圆柱段长度和扩张半角对天然气超声速喷管旋流分离性能的影响。数值计算结果表明,增加喷管收缩比和收缩半角可以提高喷管旋流分离性能。喷管喉部圆柱段长度对喷管旋流分离性能影响较小。当喷管扩张半角小于2°时,喷管旋流分离性能较差;扩张半角在2~6°时,喷管旋流分离性能较好;继续增加扩张半角,喷管旋流分离性能下降。     

安全阀临界压力比研究

提出了一种由喷管临界压力比确定安全阀临界压力比的计算公式。试验结果证明,安全阀临界压力比主要受喷管临界压力比和阀瓣流阻系数的影响,而且由于阀瓣流阻系数过大,使得安全阀一般处于亚临界流动状态     

水射流钻径向孔用步进式钻进系统的研究

水射流钻径向孔用喷管的前端牵引钻进方式存在自牵引力小,限制了喷管长距离钻进的问题;地面下放钻进方式又存在力传递情况复杂,下放速度波动大,地面难以实现井下钻进速度精确控制等问题。鉴于此,研究了水射流钻径向孔用步进式钻进系统。该系统通过低速钻进控制器实现喷管的低速钻进,通过步进式锚定送进机构保证喷管持续钻进。试验结果表明:该系统可实现喷管在地层中低速(0.5~3.0 mm/s)、大推力(2 k N)、长距离(≥10 m)钻进;该系统的钻进速度与射流破岩速度(0.3~5.0 mm/s)一致,能够使喷管与岩石之间保持较稳定的喷射距离,有利于喷管长距离钻进;在埋藏浅、岩石软、孔隙度大、围压小和温度高的情况下,破岩钻进效率高,反之则较低。研究结果可为喷射钻进技术的进一步研究应用提供一定的参考。     

用于超声速旋流分离器中的超声速喷管研究

超声速旋流分离器是一种免加热或免加注防冻剂的新型天然气脱水和重烃分离装置，喷管是其关键部件。针对超声速旋流分离器中拉伐尔喷管的特点，对3种不同的喷管设计方法进行了对比分析。结果表明：亚声速收缩段为维托辛思基曲线、喉部为一段光滑圆弧、超声速扩张段按富尔士法设计的喷管出口气流均匀，达到设计的马赫数要求。数值模拟表明，天然气在喷管内绝热膨胀形成超声速气流，在喷管扩张段水和重烃组分凝析。喷管内极短的滞留时间不会形成水合物，亦不需添加防冻剂。     

法兰式防喷管线快速试压技术研究及应用

本文探讨法兰式防喷管线快速试压技术研究及应用。防喷管线是钻井井控高压承压件,必须定期进行试压。通过对防喷管线结构和试压条件进行分析,应用"液压卡紧+U型弧卡固定"技术,快速密封防喷管线法兰。现场试压证明,对常用的通经为103mm、压力等级为35～70MPa的防喷管线,完成安全快速进行防喷管线试压。     

超声速旋流分离器内天然气液化过程研究

目前关于超声速旋流分离器内天然气凝结液化过程的研究较少,为此,通过数值模拟计算对Laval喷管内气体凝结液化过程进行研究,并分析喷管结构对凝结液化的影响。研究结果表明,甲烷气体在喷管内发生了自发凝结现象,但凝结冲波现象并不明显,这与甲烷气体凝结过程液滴生长较慢且凝结潜热较小有关;随着喷管膨胀率的增大,气体过冷度增加越快,其能更早达到凝结液化条件(Wilson点);喷管内最大成核率、液滴数目及湿度(液化率)均随膨胀率的增大而增大,膨胀率从6 000 s-1增大到12 000 s-1,成核率最大值增加154.8%,液滴数目增加79.5%,喷管出口湿度增加51.7%,较大程度提高了液化率;对于扩张段长度固定的喷管,过大膨胀率将导致气体温度或压力低于三相点而无法液化;不同膨胀率及不同入口条件下液化率均较低,需进一步开展多级液化研究。     

超声速喷管在天然气脱碳中的应用初探

提出将超声速旋流分离技术应用到天然气脱二氧化碳领域,并通过对Laval喷管内气体流动规律的研究,初步验证其可行性。采用BWRS真实气体状态方程确定喷管喉部尺寸,采用双三次曲线法和圆弧加直线法设计喷管型面,利用FLUENT软件数值模拟所设计喷管内气体的流动过程,并分析入口温度、入口压力以及入口气体组成对二氧化碳液化特性的影响。研究表明:随着气体在Laval喷管中高速膨胀,气流温度、压力降低,在喷管出口可达到二氧化碳气体的液化条件;降低入口温度、提高入口压力或增加气体中二氧化碳的含量均有利于气体的液化。     

基于k-ω SST模型的海上热发射单喷管运载火箭流场仿真

为解决海上发射装置热发射时结构安全设计问题，明确海上发射装置在热发射过程中受到射流冲击的影响，围绕单喷管火箭发动机尾焰流场特性展开研究，运用计算流体力学方法基于k-ω Shear Stress Transfer(SST)模型对三维单喷管发动机的尾焰流场进行数值模拟，得到发射过程中尾焰流场温度、速度、压力随发射高度的变化规律。模拟结果表明，喷管出口距甲板距离对流场激波结构有重要影响，当距离超过5d_e(d_e为喷管出口直径)时火箭尾流温度和速度迅速下降，当距离超过30d_e时射流恢复甲板环境压力。模拟结果可为后续海上发射平台安全设计与导流装置创新提供试验参考和理论依据。     

注水井防喷管卡瓦设计及现场试验

注水井中封隔器长期工作后,因胶筒失效而不解封.在对注水井作业时,由于井下压力作用,会出现油管从井下大量窜出的现象,简称喷管,使作业不能正常进行,并且使大量油管报废,还极易造成安全事故.为解决这一问题,设计了注水井防喷管卡瓦.文章介绍了该卡瓦的结构、工作原理及设计要点.现场试验表明,在油管上顶力为120 kN时,该卡瓦能可靠工作.     

摩阻存在条件下喷管设计的分析

喷管设计中，临界压力的确定是一个关键。摩阻存在时气体流经喷管时的临界压力不同于可逆绝热时的临界压力．文中提出了有摩阻存在条件下喷管存在实际临界压力的观点，推导出了实际临界压力表达式，并对此作了分析；还探讨了摩阻存在条件下喷管投计中的其它几个问题。     

自动举升试井防喷装置的研制及力学分析

传统试井施工作业需要人工举升测试仪器,攀爬到防喷管顶部,将仪器送入高3.5 m的防喷管内,存在工人劳动强度大、效率低、安全系数低等问题。研制的自动举升试井防喷装置,以便携无线液压泵站为动力源,驱动液压油缸,在地面完成将仪器装入防喷装置的所有安装工作;举升过程中,液压油缸将防喷管顶起,防喷管自动对接完成安装;施工结束后,按反安装顺序拆卸防喷装置。为了施工安全,对防喷管强度、立柱尺寸进行了适应性验证,对采油树受力情况进行了分析。该装置在大庆油田完成生产试井12万多层,应用效果显著。     

内置式井口防喷装置的研制及试验

注入井测井井口防喷装置是测井施工中的关键装备,目前常用的是橡胶密封式防喷装置.在测井过程中,橡胶密封垫子磨损,发生泄漏,却无法对密封垫进行压紧调整或更换,导致溢流量达不到施工规范要求.为此研制了内置式井口防喷装置,在橡胶密封式防喷装置的基础上,增加了内置防喷盒、推进器总成、分离总成结构,实现了内置防喷盒井口坐封、防喷管内降压、防喷管与井口分离功能.现场试验表明该装置的测井溢流量控制效果十分理想.     

摩阻存在条件下喷管设计的分析

喷管设计中，临界压力的确定是一个关键。摩阻存在时气体流经喷管时的临界压力不同于可逆绝热时的临界压力。文中提出了有摩阻存在条件下喷管存在实际临界压力的观点，推导出了实际临界压力表达式，并对此作了分析；还探讨了摩阻存在条件下喷管设计中的其它几个问题。     

注水井测试组合操作平台

在注水井分层测试过程中,工作人员经常需要上下防喷管到平台上取卸安放仪器。过去的操作平台是插在防喷管两侧圆柱孔内,高度是定位的,时常把平台踩变形;梯子焊在防喷管两侧的脚凳上,上下防喷管时经常要踩踏采油树井口设备。为了减少安全隐患,保证测试全过程的环境保护,研制了“注水井测试组合操作平台”。