排液采气涡流工具结构参数优化实验研究

目前对涡流排液采气的机理认识不清,且鲜有分析涡流工具结构参数对排液效果的影响方面的研究报道,无法有效指导现场应用。为此,基于相似原理建立了涡流排液采气物理模拟实验装置,测试了安装不同涡流工具后的井筒压降和流量,分析了涡流工具螺旋流道宽度、流道两侧密封性和螺旋角对排液效果的影响;选取了排液最优的涡流工具并测试了临界携液流量;同时,根据两相流体动力学理论建立了最优螺旋角理论模型。实验发现:涡流工具螺旋流道两侧有效密封、并在井筒压降较小的前提下,缩小螺旋流道的流动截面可以提高涡流工具的排液效果;实验最优螺旋角为45°,与理论模型计算结果吻合较好;使用优化后的涡流工具井筒压降降幅约为9.6%,排液量约提高12.4%,临界携液流量约降低20%。研究结果表明,优化后的涡流工具增强了排液能力,最优螺旋角理论模型结果可靠,可为涡流工具设计和现场应用提供理论指导。      

气井涡流工具作用效果分析与临界携液流量实验研究

针对目前涡流工具排水采气工艺设计理论缺乏、现场应用主要凭经验等问题,基于相似理论,建立了气井生产模拟实验装置,实验研究了涡流工具的作用机理,评价了其应用效果,分析了气井井筒中加装涡流工具后对井筒内流体的流型、气体携液量、井筒内压降以及临界携液流量的影响。实验表明,气井井筒加装涡流工具后能够有效提高气井的携液能力,相同气量下平均提高携液量23%,平均降低井筒内流体压降18%,降低临界携液流量20%;通过涡流工具携液机理分析,并与实验结果进行对比验证,提出能够有效应用于涡流工具生产过程的临界携液流量计算公式,为涡流工具有效解决气井积液提供技术支持。     

气井多液滴携液模型实验研究

在Zhou的多液滴模型基础上,通过可视化实验装置,采用压缩空气和水作为介质模拟气井气流携液过程,验证分析了Zhou的多液滴模型。通过大量实验数据分析发现：气体达到携液临界流速、持液率大于0.008 5时,气井开始出现积液,比Zhou所提出的0.010 0有所偏小;在持液率大于0.008 5时,加大气流速度到某值时,液体可以全部被携带出井口,且随着持液率的提高,所需的临界流速也随之增加。该文根据实验数据修正了Zhou的多液滴模型,提出了与实验数据相吻合的新模型,可用于高含水气井排水采气研究与工程实际应用。     

产液水平气井井下节流工艺参数优化及应用

东胜气田现用井下节流工艺参数设计方法仅适用于气体计算,没有考虑含水对节流压差的影响,导致产液水平井采用井下节流工艺后节流器气嘴直径设计出现较大偏差,影响了产液水平井的连续稳定生产。鉴于此,通过引入滑脱因子K表征气液两相间滑脱效应,优化了气液两相嘴流压降模型,建立了产液水平井井下节流工艺参数优化方法。评价表明,新方法预测节流器入口压力与实测值非常接近,误差为6.23%,满足工程设计精度要求。现场应用结果表明:对于单井产液量低于5 m~3/d的水平井,井口压力控制在3 MPa左右,优化节流器嘴径和下深后,气井在井下节流+增压外输条件下防堵和排液效果明显改善,有效降低了气井临界携液流量,提高了气体举液能力,生产时率达99.2%,实现了产液水平井不注醇清洁开发。研究结果可为产液水平井井下节流工艺的现场应用提供参考。     

气井涡流排液采气工具有效作用长度

针对目前对涡流工具适用条件和工具有效作用长度认识不清,现场应用与分析主要依据经验,进而影响使用效果等问题,运用Auto CAD和Fluent流体模拟软件,建立涡流工具气液两相流场模型,研究流体旋转强度的衰减规律,预测涡流工具有效作用长度,并分析井筒气液状况和工具结构参数对有效作用长度的影响。研究结果表明:流体旋转强度的衰减规律符合对数递减,以对数递减公式预测的涡流工具有效作用长度介于10~100 m;流体入口速度和井筒气液比是影响工具有效作用长度的主要因素,入口速度和气液比增大,有效作用长度增大;槽宽为60 mm时,工具有效作用长度较大,排液效果较好;减小槽深和工具与油管之间的间隙,流体速度增大,有效作用长度增大。研究结果可为现场涡流工具结构参数优选和排液效果的提高提供理论依据。     

气井携液用涡流工具结构参数优化

为了提高气井涡流排液采气工具的工作效率,进行了涡流工具结构优化研究。运用AutoCAD 和Fluent 流体模拟软件,建立了涡流工具气液两相流场模型,运用正交试验确定了模拟计算方案,通过方差和极差分析得到了不同气液条件下导程、导程数、槽深和槽宽等4 个结构参数对工具出口峰值速度的影响程度并确定了工具最优结构参数。结果表明,较小的槽深和槽宽、较大的导程和导程数可以起到很好的增速效果。槽深取5 mm,槽宽取40~45 mm,导程数取3 倍,导程取172~219 mm 时,气液混合物经过涡流工具后气相峰值速度最大,携液效果最好。工具结构参数对工具出口峰值速度的影响程度随气液条件而变化,液气比较大时,选择较大的导程数具有更明显的增速效果;入口速度较大时,较小的槽宽具有更明显的增速效果,而较大的导程增速效果并不明显;较小的槽深始终具有明显的增速效果。研究结果可以为现场涡流工具的优选和使用效果的提高提供依据。     

气井涡流排液采气工具参数仿真及结构优化

为了研究不同结构参数对气井排液效果的影响,采用Fluent流体仿真软件对涡流排液采气工具进行了流场模拟。建模时采用雷诺平均假设下的N-S方程作为计算的基本方程,并采用RSM模型对N-S方程进行封闭,同时采用壁面函数处理壁面边界层的流场。分析结果表明,涡流工具的顶角对整体流场影响较小,使用时仅需满足打捞头相关尺寸即可;减小螺旋角对分离效果影响不大,同时减小螺旋角会大幅增加压力损失,因此选取螺旋角为70°;内柱直径为45 mm时有利于气、液两相的分离;最好选用1.50倍导程,倍数过大时会增加能耗。     

喷射旋流复合排液工具结构参数优化及现场试验

为了降低生产流体在井筒中产生的压降、充分利用积液气井自身能量进行低成本排水采气,研制了喷射旋流复合排液工具。在设计喷射旋流复合排液工具结构的基础上,研制了其性能测试试验系统,测试了不同气体流量下放置不同结构参数该工具时的模拟井筒压降,开展了结构参数的单因素分析和正交试验分析,得到了不同条件下喷射旋流复合排液工具最优的结构参数。研究结果表明,喷射旋流复合排液工具的主要结构参数均会影响流体在井筒中产生的压降;要使井筒中的压降最小,不同产量的气井对应不同结构参数的工具。结构参数优化后的喷射旋流复合排液工具在西南地区M气田A井进行了现场试验,在相同生产周期内,累计产气量平均增加20.95%,累计产水量平均增加21.59%,验证了该工具的排液增产效果。研究和现场试验表明,喷射旋流复合排液工具为积液气井低成本排水采气提供了一种新的技术手段。     

井下涡流排液采气井筒临界携液量计算

井下涡流排液采气是一项新技术,目前缺乏对井筒涡流场临界携液流量的理论研究。根据两相流体动力学理论,对井筒涡流场中的液滴进行受力分析,得到液滴沿轴向和径向的运动方程,然后通过量级比较,忽略虚拟质量力和Basset力,建立简化的液滴垂向受力平衡方程,推导出涡流场临界携液流速与流量公式。现场实例分析表明:理论计算的涡流场临界携液流量比常规流场的临界携液流量平均降低26.4%;随着螺旋角增大,临界携液流量先增大后减小,存在一个使临界携液流量最小的螺旋角。井下涡流排液技术可使临界携液流量大幅降低,有效提高气井携液能力,排除井筒积液。     

新疆油田气井排液采气工艺优选方法

随着新疆油田气藏进入开发中后期,相当数量的气井已经出现井筒积液,严重影响了气井的正常生产。为使气井稳产,达到提高采收率的目的,研制了排液采气工艺技术优选图版。在新疆油田排液采气工艺初选的基础上,结合积液诊断精度较高的Ｃｏｌｅｍａｎ 模型,以生产液气比和日产气量为横、纵坐标,绘制了新疆油田排液采气工艺优选宏观控制图。应用该图版对新疆油田积液气井的排液采气工艺进行优选,现场实施效果表明,该方法选择的工艺技术达到了使气井稳产,甚至增产的目的。