气井井筒气液两相环雾流压降计算新方法

气液两相环雾流是气井生产中最常见的流型之一,正确预测其井筒压降是气井节点系统分析、生产动态预测的重要基础。从环雾流气芯-液膜分相流结构出发,建立了环雾流压力梯度方程;其中持液率计算综合考虑了液膜及液滴的影响,通过引入Henstock & Hanratty无因次液膜厚度关系式,导出了液膜厚度计算显式方程,基于液滴沉降与液膜雾化的动态平衡,导出了适用于气井低液相雷诺数条件的液滴夹带率关系式;摩阻计算考虑了液膜与管壁的剪切应力,最终采用龙格库塔法迭代求解井筒压力。利用国内外91井次气井测压数据评价表明,新模型提高了凝析气井和产水气井井筒环雾流压降预测准确度,优于传统的均匀流模型和分相流模型,而且能够获得液滴夹带率、液膜厚度等特性参数,为油气田开发提供技术理论支持。     

水平井泡沫排液采气井筒流型实验研究

针对水平井泡沫排液采气各井段泡沫流型认识不清,泡排工艺优化困难的问题,以表面活性剂、水和空气为实验介质,开展了水平井泡沫流型实验研究,根据泡沫的生成情况及气体/泡沫的界面特征划分了流型,绘制了泡沫流型图,对比了表面活性剂加入前后流型图的变化,分析了角度、两相流流型对起泡的影响,提出了优化建议。结果表明:水平段±5°以内气液分层明显,起泡困难;垂直、倾斜段气流速小于0.35 m/s时出现塞状流,含气率低,搅动弱,起泡困难,是低压低产水平井泡排效果不佳的主要原因;有利于起泡的条件为管斜角≥25°、气流速≥0.35 m/s、流型呈现段塞流;建议采用悬挂式毛细管加注新工艺,注剂点位于管斜角25°处,解决泡排剂加注不到位的问题,并实现水平井全生命周期的排液。     

气/液介质对泡沫液膜渗透性的影响规律

为了构建适用于泡沫驱的高稳定泡沫,从液膜渗透率角度阐明气/液介质对泡沫稳定性的影响机制。以氮 气和二氧化碳为气体介质,利用气泡缩减法,测定了7 种起泡体系的泡沫液膜渗透率以及起泡性能、析液半衰期 和泡沫半衰期。研究结果表明,对于同一种气体介质,表面活性剂分子疏水碳链数目越多,液膜上表面活性剂分 子之间相互作用越强,泡沫液膜渗透率越小;CO₂泡沫的液膜渗透率是N₂泡沫的1～3 倍,CO₂泡沫稳定性比N2泡 沫的低;泡沫液膜渗透率与泡沫半衰期呈现出良好的相关性,随着液膜渗透率升高,CO₂泡沫半衰期快速递减。     

蓄能液气泡钻井液流变性能研究

设计并研制了蓄能液气泡钻井液流变性能测试装置,该装置能模拟井下100℃、20 MPa环境,建立了高温(100℃)、高压(20 MPa)条件下蓄能液气泡钻井液流变性能的评价方法。研究表明,研制的蓄能液气泡钻井液表现出良好的剪切稀释特性,携屑能力强;泡沫质量对蓄能液气泡钻井液的流变性能影响很大;由于蓄能液气泡钻井液抗压能力强,因此压力对其流变性影响不大;温度对体系的流变性能是通过影响液相黏度来实现的;气体类型对蓄能液气泡的流变性能影响不大;此外,现场应用时可通过改变发泡剂加量(影响泡沫质量)和搅拌速率(影响泡沫粒径)来调节体系的流变性能。     

剪切速率对泡沫流体性能的影响

利用不同的剪切速率对一定体积的起泡液进行搅拌,形成不同泡沫质量的泡沫体系,通过测量起泡体积、半衰期、泡沫综合指数、有效黏度等参数,考察剪切速率对泡沫体系性能的影响。结果表明:相对于起泡性能,泡沫稳定性对泡沫综合指数的影响更大;要达到较高的泡沫综合指数,所需的起泡液黏度应在50mPa·s左右,生成泡沫所需的的最佳剪切速率为900s-1;随着泡沫质量增大,泡沫液的有效黏度增大;为了使泡沫具有一定的有效黏度,起泡所用的剪切速率要在864s-1以上,生成泡沫的泡沫质量要保持在74%~95%。     

微泡沫与普通泡沫注入性及调剖能力对比

针对普通泡沫注入性差、运移性弱的问题,将气体和起泡剂溶液同时注入填砂管发泡器制备出一种气泡微细的微泡沫体系。通过多测压点长填砂管和并联填砂管对比了微泡沫和普通泡沫注入性和调剖能力的差异,并借助微观非均质模型对比研究了微泡沫和普通泡沫的封堵机制及改善微观非均质能力。微观驱替实验表明,由于微泡沫气泡直径小于高渗区域孔喉直径,气泡受孔喉的约束较小,主要通过多个气泡叠加作用在高渗区域孔喉处形成堆积封堵,后续气泡以"直接通过"或"弹性变形"的方式流入低渗区域,少量气泡以"气泡陷入"方式封堵小孔喉,但高渗区域堆积的微泡沫易被冲散,导致其封堵强度较弱,调剖作用有限。与微泡沫相比,普通泡沫的平均气泡直径大于高渗孔喉直径,气泡通过孔喉时的流动阻力较大,封堵能力较强,气泡主要通过"弹性变形"和"液膜分异"作用进入孔喉。相同泡沫注入量条件下,普通泡沫微观调剖效果更好。微泡沫在填砂管沿程产生的压差分布较为均匀,其注入性和深部封堵能力优于普通泡沫,但其封堵高渗通道能力及耐水冲洗能力较弱,调剖能力弱于普通泡沫。     

黄原胶稳定的微泡沫稳定性及在非均质地层中的调剖效果

针对普通泡沫稳定性弱、 在强非均质地层调剖效果差的问题, 将氮气和起泡剂溶液 （黄原胶/甜菜碱表面活性剂） 同时注入玻璃珠填制的填砂管制备出一种直径细微、 稳定性强的微泡沫体系。通过气泡形态、 平均气泡直径、 气泡密度等参数对比了普通微泡沫（甜菜碱表面活性剂）与黄原胶稳定的微泡沫稳定性差异, 并借助微观模型和并联填砂管模型对比了两种微泡沫的调剖能力。研究结果表明： 随黄原胶浓度增加, 微泡沫液膜的厚度和黏弹性提高, 微泡沫平均气泡直径降低, 气泡密度增加, 微泡沫平均气泡直径和气泡密度的变化速率降低, 微泡沫稳定性好于普通微泡沫。微泡沫在微观模型低渗区域的波及体积高达 90%, 远高于普通微泡沫。微泡沫对于级差为 10的严重非均质地层具有较好的调剖效果, 调剖效果的改善与起泡剂溶液中黄原胶浓度的增加有较好的对应性。图 18表1参 16     

考虑液滴夹带的气井连续携液预测模型

在有水气藏开发过程中，随着气藏压力的降低和含水量的增加，井筒内的气相能量不足以将水携带到地面，导致井底积液，从而影响气井产量，严重时甚至压死气井，造成停产。准确预测气井临界携液流速对判断气井是否积液和优化气井配产具有重要的意义。基于液膜携液假设，通过气液两相流受力平衡分析，建立了考虑液滴夹带影响的气井连续携液预测模型。模型引入了基于临界液膜流量和临界气相流速的液滴夹带判据，并采用了考虑液膜雾化与液滴沉积动态过程影响的液滴夹带率计算公式。结合实际气井生产数据，所建立模型与现有的液膜临界流速模型的对比结果表明，该模型的预测结果与气井实际状况更加吻合，可用于气井积液的判断。     

苏里格气田气井凝析油对泡排携液能力影响分析

苏里格气田含凝析油气井生产中，凝析油的存在会降低起泡剂起泡能力并加速泡沫衰减，严重影响泡沫排采技术现场应用效果。为提高含凝析油气井的泡排效果，利用动态携液法在室内开展不同凝析油含量的地层水对泡排携液能力影响的实验，模拟井筒积液从井底被携带至地面的演化过程，对实验现象进行机理分析，并优化改进起泡剂加注量公式。结果表明，随着凝析油含量的增加，泡沫携液能力不断下降；0～20%含量的凝析油对携液能力影响相对较弱，返排率大于80%,返排率环比平均降低2.33%,这表明起泡剂可将表面张力远小于地层水的凝析油乳化，并有效降低凝析油对起泡剂的抑制作用；20%～40%含量的凝析油对携液能力影响相对较强，返排率小于80%,返排率环比平均降低9.13%,这表明未被起泡剂乳化的凝析油严重抑制泡沫生成。经苏X-9X井现场应用取得良好排液增产效果，该分析为苏里格地区气井积液治理提供新思路。     

微泡沫在高温高盐油藏中的驱油作用

针对普通泡沫在高温高盐油藏中稳定性弱、驱油效果差的问题,采用将气体和起泡剂溶液(5000 mg/L甜菜碱表面活性剂SL1+5000 mg/L黄原胶XG)同时注入填砂管泡沫发生器的方法制备了一种稳定性强、尺寸细微的微泡沫体系,即黄原胶稳定的微泡沫。通过微观可视化模型对比了普通微泡沫(5000 mg/L SL1)与黄原胶稳定的微泡沫在原油存在条件的下稳定性差异,分析了驱油机理,借助填砂管模型对比了两种微泡沫的驱油性能。微观实验结果表明:气泡液膜中吸附的黄原胶增加了微泡沫液膜厚度,有效抑制了气泡聚并和液膜排液,使黄原胶稳定的微泡沫具有更强的稳定性和耐油能力。微泡沫越稳定,微观波及体积越高、采油效率越高。微泡沫主要的驱油机理为直接驱替机理、乳化机理、同向液膜流动机理、逆向液膜流动机理。物模实验结果表明,在160 g/L矿化度、90℃条件下,黄原胶稳定的微泡沫驱的采收率可在水驱基础上提高22.9%,比普通微泡沫驱高15.2%。     

抗高温泡沫排水用起泡剂的研究与性能评价

以分子结构上含有磺酸基团、主链碳链较长的甜菜碱为主要成分,复配少量具有协同作用的直链烷烃磺酸盐,研制出了一种抗高温起泡剂。该起泡剂能显著降低地层水的表(界)面张力,具有良好的表面活性,利于泡沫产生,且起泡能力、泡沫稳定性以及携液能力均较好,在150℃下具有良好的热稳定性,表现出了较强的抗高温能力。采用高温气井泡沫排水室内模拟实验装置,较真实地模拟了高温气井的泡沫排水过程,评价了该起泡剂在150℃下的泡沫动态性能。模拟实验结果表明:该起泡剂在150℃下仍具有良好的泡沫携液能力。     

气液两相环状流中夹带液滴特性研究

气液两相环状流中液体薄膜沿着管壁流动而速度较大的气核在管中心流动,通常速度较大的气核会夹带部分液滴。液滴夹带来源于沿着管壁流动的液体层的雾化速率和液滴沉积速率之间的平衡过程。目前大多数环状两相流的研究主要集中在对主要夹带现象的分析上。文中主要从夹带液滴直径、液滴速度分布和夹带分数3个方面进行夹带液滴特性研究。     

纳米粒子增强泡排剂性能及影响因素研究

针对深层产水气井温度高(110～150℃)、矿化度高的特点,通过在普通液相泡排剂中引入合适尺寸、疏水程度的纳米粒子充当固态稳泡剂,使其吸附在气水界面形成稳定的空间壁垒,阻止气泡的聚并和歧化,从而极大地提高了普通液相泡排剂的起泡性与稳定性。为了给现场施工提供指导,利用高温高压泡沫评价仪实时评价研究了添加纳米粒子的泡排剂随浓度变化的性能,同时还考察了矿化度、温度、压力这3种外界因素对添加纳米粒子的泡排剂性能的影响。添加纳米粒子的泡排剂在矿化度为250 000mg/L下,其初始起泡体积V₀和泡沫半衰期t_1/2分别高达2 180mL和760s;在150℃高温下其初始起泡体积V₀与泡沫半衰期t_1/2分别高达1 925mL和700s;这些数据证明纳米粒子对泡排剂性能具有显著增强作用。该添加纳米粒子的泡排剂在重庆气矿现场应用效果良好。     

泡沫排水采气井强化排采装置优化设计

针对天然气井泡沫排水采气工艺效率低的问题,基于COMSOL软件,建立了井筒内气体-泡沫流耦合模型,对泡沫排水采气井液相滞留器和二次发泡装置进行了优化设计。研究表明：在波浪形滞留器结构中,液相稳定后,不会在气相携带的影响向下运移,体系内产生相对稳定的动态体系,流动阻力相对较低,具有很强的存水能力;气体经过强化发泡结构进入液相时会产生气泡,脉冲梯形发泡器的发泡效果最好。通过泡沫排水采气井强化起泡室内实验,对比分析加入强化排采装置前后井筒内液面高度随时间的变化,验证了强化排采装置的实用性。该强化排采装置可实现高效的泡沫排水采气,对天然气的高效开发具有重要意义。     

Development of a robotic and computer vision method to assess foam quality in sparkling wines

Quality assessment of food products and beverages might be performed by the human senses of smell, taste, sound and touch. Likewise, sparkling wines and carbonated beverages are fundamentally assessed by sensory evaluation. Computer vision is an emerging technique that has been applied in the food industry to objectively assist quality and process control. However, publications describing the application of this novel technology to carbonated beverages are scarce, as the methodology requires tailored techniques to address the presence of carbonation and foamability. Here we present a robotic pourer (FIZZeyeRobot), which normalizes the variability of foam and bubble development during pouring into a vessel. It is coupled with video capture to assess several parameters of foam quality, including foamability (the ability of the foam to form) drainability (the ability of the foam to resist drainage) and bubble count and allometry. The foam parameters investigated were analyzed in combination to the wines scores, chemical parameters obtained from laboratory analysis and manual measurements for validation purposes. Results showed that higher quality scores from trained panelists were positively correlated with foam stability and negatively correlated with the velocity of foam dissipation and the height of the collar. Significant correlations were observed between the wine quality measurements of total protein, titratable acidity, pH and foam expansion. The percentage of the wine in the foam was found to promote the formation of smaller bubbles and to reduce foamability, while drainability was negatively correlated to foam stability and positively correlated with the duration of the collar. Finally, wines were grouped according to their foam and bubble characteristics, quality scores and chemical parameters. The technique developed in this study objectively assessed foam characteristics of sparkling wines using image analysis whilst maintaining a cost-effective, fast, repeatable and reliable robotic method. Relationships between wine composition, bubble and foam parameters obtained automatically, might assist in unraveling factors contributing to wine quality and directions for further research.     

气井泡沫排水采气的动态实验分析

大量现场实验结论证明了泡沫动态实验对于泡沫排水采气非常重要，使地层水、凝析油均可有效地从气井中排出。在改进了RossMile泡沫测定方法的基础上，建立了泡沫动态实验装置，用泡排剂LH和泡排剂UT-11C进行泡沫流动实验。利用两相流理论，开展了气流量和气流速度对气体携液量的影响研究和气液比与携液量的关系研究，定量地分析了气流量和气流速度对气体持液率的影响，对泡沫排水采气动态进行了探索性的研究，从而指导气田经济、高效、合理地开发。     

复合塔组件消泡功能的研究

设计了一种具有消泡功能的复合塔组件,该组件上层为带环形降液管的旋流塔板,下层为带中心降液管的筛板。在直径为600mm的有机玻璃塔内,分别以空气-水和空气-十二烷基苯磺酸钠水溶液为不易起泡和易起泡物系,测定了不同气体和液体流量下复合塔组件的塔板压降、板上泡沫层高度等流体力学参数。实验结果表明,当F因子在1.0～1.8kg0.5/(m0.5.s)时,对于易起泡物系,复合塔组件中筛板上的泡沫层高度比普通筛板平均降低16%～47%,消泡能力较强;而对于不易起泡物系,其消泡能力稍弱,泡沫层高度仅降低约15%～20%。在相同的F因子和液体喷淋密度下,复合塔组件中筛板的压降约为普通筛板压降的90%,复合塔组件中旋流塔板的压降仅为普通筛板的30%左右。     

速度管柱排水采气技术在Z21-22井的应用

子洲气田在滚动开发过程中,低产低效井日趋增多,如何实现气井的有效开采是当前面临的主要问题。子洲气田通常采用泡沫排水采气工艺,以提高气井开采时率;但是由于甲醇和高矿化度、高凝析油地层水严重影响泡排剂的起泡性能,部分气井泡排效果较差。针对现场存在的问题,结合子洲气田工艺特征,通过开展速度管柱排水采气技术理论研究和现场试验,有效地提高了气井的携液能力,为改善低产低效井开发效果提供了新的技术手段。     

高温对泡沫排水剂性能的影响

随着越来越多的深层气藏被发现,其埋藏深、地温梯度高和产出地层水的问题,已经影响到气藏开发中后期甚至开发初期气井的正常生产,降低了气藏最终采收率。针对该类气藏特点,对温度造成泡排剂性能变化作了初步的研究和探讨,从温度对泡沫稳定性、表面活性剂的起泡性、表面活性剂胶团聚集数的影响三个方面阐述了温度对泡排剂性能的影响;指出温度对泡排剂的影响主要表现在对主要成分表面活性剂的起泡性能、稳泡性能以及分子结构三个方面;提出了高温下具有优良性能的泡排剂要选择热力学稳定性好的、亲水基团尽量位于分子链的中段、分子量不宜过大而且具有低表面张力的离子型表面活性剂的认识;进而研制了在高温条件下适用的泡沫排水剂--KFSY。实验结果验证了该泡沫排水剂在高温条件下的良好起泡和稳泡性能。