煤层气井排煤粉环空射流泵的数值模拟

基于液固两相流的基本理论和κ-ε两方程湍流模型,利用Fluent软件对煤层气井新型排煤粉环空射流泵的湍射流场进行数值模拟。模拟结果表明,煤粉运动轨迹表明环空射流泵有利于煤粉颗粒的吸入和排出;环空射流泵在吸入液(地层液)流量小于15 m3/d时,通过补充动力液产生负压,使地层液和煤粉颗粒吸入泵内进而排出地面;当吸入液含煤粉体积分数相同时,粒径越大的煤粉颗粒在喉管内的分布越靠近中心线。通过对多相流条件下喉管出口断面流速分布的分析,得出了喉管最优长径比为4。该项研究结果为环空射流泵的优化设计提供了依据。     

环空射流泵排采工艺在煤层气井中的适用性研究

目前,煤层气井的排水采气工艺采用了油田的有杆泵系统,存在泵阀打不开、卡泵、杆管偏磨等问题,制约了煤层气的开发。环空射流泵排采工艺具有许多优点,已在油田成功应用,特别适用于煤层气井。应结合煤层气井特点,简化地面设备,降低初期投资;改进射流泵结构,提高在小排量时的效率。     

环空液体它激振荡脉冲射流数值模拟

钻井过程中,对于如何利用井下环空液体的水力能量问题是钻井界关注的重大理论与实践问题。为此,利用这个水力能量作为它激源,形成它激振荡脉冲射流的方法,基于流体动力学、瞬变流和边界层理论．采用CFD软件,对它激共振腔的流体流动特征、几何参数和流体参数进行了数值模拟。结果表明,在相同条件下,它激振荡自增流量可达20％左右,出口动压力比自激振荡脉冲射流提高一倍左右,环空返速对自增流量的影响极小,模拟结果与实验结果十分吻合,提高了井底辅助破碎岩石的水力能量。在此基础上,对它激共振腔的结构参数进行了优化设计,为开发新产品提供了理论依据。
     

幂律流体同心环空螺旋流数值模拟

环空螺旋流是钻井液在钻井作业中常见的一种流型，怎样方便、快速及高精度地计算其流速场与压力梯度是一个重要工程问题。提出直接利用线性化迭代法求解幂律流体在环空中螺旋流的流场及压力梯度，避免了求解非线性方程组而可能出现迭代发散的问题，该线性化迭代算法真实可信，精确度高。使用线性化迭代算法，仅以求解两个三对角线性方程组为一次循环，运算速度快，占用时间少，精度高，收敛性得到可靠保证，是矿场使用的好方法，为矿场作业中水力参数设计提供了科学依据。     

螺旋套管扶正器诱导环空流场的数值模拟

为了优化固井设计、确定螺旋套管扶正器的合理安放位置、有效提升水泥浆的顶替效率,对螺旋套管扶正器诱导环空流场进行了理论分析。依据环空流体动力学基本理论,建立了环空流场的理论模型,采用数值模拟方法对螺旋套管扶正器诱导的环空螺旋流动规律进行了研究,并利用室内试验对有限元数值的计算结果进行了验证,有限元数值计算结果和激光测速试验数据吻合较好,证明了有限元数值计算方法的可行性。借助ANSYS软件对不同条件下流场的变化以及有效旋流长度的变化进行了计算,总结了螺旋扶正器螺旋角、屈服应力、流量对旋流速度以及有效旋流长度的影响规律。数值模拟结果表明,螺旋角和流量对旋流速度和有效旋流长度影响很大。      

煤层气井煤粉特征及成因研究

通过井下煤储层观察查明了井下原生煤粉主要呈构造煤集合体状态赋存,根据其赋存特征分为断层煤粉源与顺层煤粉源,将井下原生煤粉与煤层气井产出的煤粉进行煤粉成分与微观特征的对比研究,发现煤层气井产出煤粉的煤粉成分与微观特征都与顺层煤粉特征一致,说明煤层气井的煤粉来源主要为顺层煤粉源。查明煤层气井煤粉的特征与来源为控制煤粉产出奠定了科学基础。     

环空响应段流体流动特性数值模拟

基于物理法进行随钻防漏堵漏,其技术核心是利用侧向射流的水力能量在漏失层快速形成薄而高强度的“人造井壁”。钻遇漏层时,部分流体从专门设计的井下工具中喷出,直接射向井壁,给新形成的井壁一个合适有效的作用力,将混入钻井液中的堵漏材料推进漏失层岩石的孔、洞和裂缝,在漏失层井壁迅速形成一层致密的、可以承受一定压差的滤饼屏蔽环,从而增大井壁的承压能力或钻井液密度窗口,达到随钻防漏堵漏目的。由于环空响应段的侧向射流与上返流体具有一定的干扰,采用流体力学软件（CFD）对环空响应段的流体流动特性进行分析,弄清了上返流体对侧向射流的干扰。模拟结果表明,在现有应用的环空返速下,对侧向射流干扰很弱,基本没有影响。     

酸性气田CO2二级射流泵排水采气工艺模拟研究

川渝地区酸性气田众多,由于气井腐蚀及油套不连通限制了部分工艺的应用。对于产水气井,射流泵是常用的排水采气工艺措施之一。采用射流泵排水采气具有排液周期短、施工工序少、井下无运动部件等优点。但是,一级射流泵吸入压力低,容易出现气蚀现象。设计了二级射流泵,通过模拟表明:二级射流泵能增大吸入压力,有利于降低气蚀的发生; 考虑到水、天然气或氮气等常规“动力液”的不足,提出采用二氧化碳代替常规动力液。通过Fluent对一级射流泵和二级射流泵排液采气工艺进行数值模拟,对混合比、压力、速度参数进行分析,优化设计具有最佳参数的二级射流泵。为酸性气田排水采气提供了新的工艺方案。     

分层配注器波纹环空流场的数值模拟

用3D Max建立了分层配注器波纹环空流场的计算模型,调入PHOENICS的VR编辑环境中,根据实际配注器的几何尺寸,在柱坐标系下,采用局部加密正交网格,应用k-ε湍流计算模型对水介质流场进行了数值计算,给出流场的速度分布与压力分布曲线,并对比分析了3种形状的波纹环空流场的数值计算结果。结果表明,波纹环空流场特性与流道的形状有密切关系。     

煤层气开发中防卡排液泵的研制与应用

针对目前煤层气开发中应用石油行业的抽油泵进行排水采气,存在煤粉沉积造成阀球堵塞,排液通道无法正常工作,检泵频繁,严重影响气井正常生产的问题,研制了防卡排液泵。该排液泵采用长柱塞结构、插入式机械锁紧结构及环空沉降结构,有效提高了排液泵对煤粉的适应性。现场应用表明,该排液泵应用效果良好,实施成功率为100％ ,可延长生产周期1．9倍。     

气环对水射流流场影响的数值模拟分析

为从理论上证明周围气环具有抑制中间水射流衰减的作用,选取现场试验中效果良好的典型水气喷嘴组合进行分析,得出在有无气体保护下,处于水淹没环境中的水射流流场中动压力的分布状况,绘制出不同时刻流场的动压力分布云图、水喷嘴中轴线上的动压力沿流线的分布图。从反映水射流衰减的动压力分布规律得出气环保护能提高水射流的射流能力,并分析了气环减缓水射流衰减的原因。     

多股撞击射流流场的数值模拟研究

应用湍流模拟技术中的大涡模拟方法,对井底多股受限撞击射流的流场特性进行数值模拟.通过对模拟结果的分析,给出了井底条件下多股圆喷嘴撞击射流流场结构的精细描述;揭示了不同钻头水力结构条件下流场中“旋滚圈”的存在,进而探讨了井底岩屑随液流流动的运移机理,提出了有关井底清岩理论的新观点.     

煤层气井排采控制技术发展现状与展望

总结煤层气井排采控制工艺的发展历程,在现阶段自动化排采技术的基础上,展望未来智慧排采工艺的发展方向。自动化排采设备控制精度高,维护方便,综合运营成本低,目前在煤层气开发领域已大量推广,但是排采控制制度及设备参数的设定,全部依靠人工凭借经验手动设置,存在较为严重的不确定性。将机器学习算法与煤层气井自动化排采技术跨领域结合,进行智慧排采决策系统的开发,为煤层气井智慧排采提供准确的产能预测和排采制度设置,是该领域未来的一个重点研究方向。     

煤层气井排采工艺研究及现场试验

针对华东分公司三个煤层气勘探区块的煤储层特点,从排采方式、排采方法优选、管柱结构及泵挂深度、配套工艺等方面对煤层气井排采工艺进行了深入研究。根据煤层气井排采机理,总结出了＂三段制＂排采工作制度,以获得较高的单井产能。应用上述研究成果,2009-2010年在三个煤层气勘探区块进行排采试验,取得很好的效果,延1井单井日产量达2 600 m3,织2井单井日产量达2 800 m3,两个区块获得工业气流重大突破。     

水力脉冲射流旋流流场数值模拟

为研究水力脉冲射流流场内旋流流场的变化特性,通过建立井底边界条件下单喷嘴脉冲射流冲击流场物理模型,对脉冲射流旋流流场进行了数值模拟研究。结果表明,非稳态旋流是脉冲射流流场的一个显著特征,对脉冲射流钻井提速起到重要作用,旋流速度和范围具有周期性变化且不随脉冲频率发生改变;在单周期内,旋流强度与脉冲射流速度变化具有一致性,旋流影响范围由前期的快速扩大到后期的缓慢扩大,一直保持增大趋势;旋流作用强于射流动能是脉冲射流产生局部脉动负压的主要原因,有利于降低压持效应;旋流流场改变钻头表面的压力分布,有利于提高钻头清洗效果。研究结果对指导脉冲射流提速技术具有一定的参考价值。     

煤层气井水力射流泵排采的适应性研究

我国煤层气资源丰富,但未能进行商业化开采,排采环节是关键之一。本文综合分析了我国煤层气井的排采特殊条件,总结了煤层气井现场排采设备应用中存在的问题,结合射流泵排采工艺的技术特点,对比分析了应用水力射流泵排水采气的技术优势。研究结果表明煤层气井应用射流泵排采工艺是可行的。     

射流排砂泵动态特性分析

介绍了射流排砂泵的结构及工作原理,定义了射流排砂泵洗井冲砂的技术参数。建立了射流排砂泵的无因次动态方程,分析了其能量损失和喷嘴、吸人腔室、扩散管的压力损失,并通过分析气体对射流排砂泵的影响,计算得到最小气蚀面积,为射流泵的设计应用提供依据。     

压裂与射流泵排液联作技术在淀南稠油井的应用

压后返排效果关系到整个措施效果的好坏。优化压裂、射流泵排液联作管柱实现压裂液连续、快速返排可以减轻地层污染,后期泵芯压力计数据处理解释结果可以为邻井措施改造提供借鉴依据。     

模糊评判法优选煤层气井排采方式

煤层气井采用的排采设备基于常规油气井的开采设备,在现场应用中存在诸多问题,影响了煤层气的开采效果。为了实现较高的开采效率,通过对煤层气井各排采方式的分析,结合模糊数学的理论知识,利用模糊综合评判法建立了煤层气排采方式评价模型,从技术因素和经济因素两方面对现场煤层气井的排采方式进行模糊评价并选出了最优的排采方式,结果表明所选方式符合现场所用设备,为煤层气排采工艺的优选提供了理论依据和技术方法。