柱塞气举模型方程的建立及求解

柱塞气举是气举采油气的重要人工举升工艺技术之一,它通过以循环方式在整个油管柱内上下运动的柱塞,减少被举升液体的漏失,从而可提高气体的举升效率。柱塞举升工艺技术的关键是对柱塞运动的控制。建立了柱塞气举的模型方程,通过对模型方程的求解和分析,考察柱塞气举的动力学特性,为柱塞气举的优化设计提供新的计算途径。     

柱塞气举动态模型的建立

为了分析柱塞举升过程中气体压力变化情况和柱塞的运动状态,将柱塞运行周期划分为柱塞上行、气井续流生产、柱塞下降与压力恢复3个连续过程.利用动量平衡方程,研究了柱塞和液体段塞的运动特征,应用质量守恒原理研究了柱塞气体压力的动态变化.在讨论柱塞上、下端面气体压力时,考虑了气体从地层流入井筒再由井筒向外产出的影响以及井筒积液高度对气井产量的作用.在理论模型建立过程中,将所研究段气体分割成若干控制体,并假定在时间单元内控制体的参数是恒定的,建立了多种影响因素下的柱塞和液体段塞运动方程,给出了油、套压计算方法,编制了柱塞气举动态模型计算程序.经现场生产实例计算证实,该模型可靠性较高,为柱塞气举优化设计提供了理论基础.     

大斜度井连续油管内柱塞气举实验及动力学模型分析

连续油管工艺已广泛应用于大斜度气井生产。利用其优势，本文提出了一项新的连续油管柱塞气举复合工艺。与常规油管相比，连续油管内壁存在焊缝且由于大斜度造成其曲率连续变化，导致柱塞在连续油管内进行举升时偏离轴线，致使常规油管柱塞运动模型不能准确描述柱塞在大斜度井连续油管内运动特性。为了准确描述柱塞在连续油管中的运动特征以提高排水采气效率，设计并建立了大斜度井连续油管柱塞气举实验装置，开展了柱塞通过性实验和柱塞运动特性实验，对弹块柱塞上下行程的位移、速度进行了监测和分析。结合连续油管柱塞运动测试结果，引入轴线偏移量修正流体运动摩阻，建立了考虑柱塞偏心的连续油管柱塞举升动力学模型。计算结果表明，周期循环内，连续油管内柱塞运动实际速度值与预测速度值误差小于10%,该模型能够较好反映柱塞气举时的运动特性，为大斜度连续油管柱塞气举的优化及排水采气效率的提升提供了依据。     

产水井柱塞气举生产制度优化

柱塞气举是利用柱塞在油管中气体和液体之间形成固体界面,减少气体窜流和液体回落,从而提高举升效率的技术。生产制度合理性直接决定气井柱塞气举排液效果,现场常用制度优化法、时间优化法、压力优化法等方法优化生产制度。其中制度优化法存在耗费时间长、无法达到最优化问题;时间优化法、压力优化法均需结合地面集输工艺,在综合分析计算套管压力、积液高度、关井时间及柱塞上行速度等参数基础上,通过现场运行情况进行微调,存在计算过程复杂、误差大及优化效率低等缺点。通过合理划分柱塞运行阶段,分析优化阶段运行参数,总结提炼出了优化柱塞气举生产制度各阶段载荷因数计算,现场应用取得较好的效果。     

组合式柱塞气举采油工艺设计方法

针对组合式柱塞气举的工作特点，用降压设计方法确定气举阀的分布及参数；通过动力学分析，建立柱塞运动方程，并求解确定出循环周期；用期；用Fosst-Gaul公式计算每循环周期所需的注气量。设计实例介绍这种工艺设计方法的具体应用。     

柱塞举升动态模型研究

在对柱塞进行动力学分析的基础上,结合节点系统分析方法,从柱塞举升系统的整体出发,建立了柱塞举升动态模型,模型由相对独立又互相衔接的4个子系统构成:上行阶段、油井续流阶段、柱塞下降和压力恢复阶段,结合油井流入动态可实现对柱塞举升系统的设计计算.通过理论证明和实例验证,该模型具有较好的可靠性和较高的精度,能够对柱塞运动的全过程进行计算分析,为柱塞举升优化设计提供了理论基础.     

运动柱塞与油管内壁环缝间的气液逆流特性

柱塞气举技术已成为国内外经济性较高的排液采气关键技术之一，但由于柱塞与油管内壁环缝间液体漏失和气体上窜降低了柱塞气举排液率甚至造成举升失败。因此，为优化柱塞气举结构以提高举升效率，构建了运动柱塞与油管内壁环缝间气液两相逆流数值模型，研究了柱塞结构与上行速度对环缝内气液逆流流型转变以及逆流密封性能的影响规律，揭示了柱塞与油管内壁环缝内的气液逆流密封机理，提出了强化气液逆流密封性能的最优上行举升速度与柱塞结构优化方向。研究结果表明：(1)在柱塞表面添加槽式结构可显著改善柱塞与油管内壁环缝间的气液逆流密封特性，且矩形槽柱塞举升效果优于梯形槽柱塞；(2)当矩形槽室宽度小于深度时，气液难以充分混合而呈气液分层流型，气相涡旋将液体挤压在槽内壁面，环缝内流体速度衰减较小，气液漏失量较大；(3)当矩形槽室宽度是深度的2倍时，槽内呈气液搅拌流型，出现两相涡旋并引起气液流速的衰减，减小了举升过程中的流体漏失；(4)柱塞平均上行速度为5 m/s时，槽式柱塞与油管内壁环缝间气液流动密封性能最佳。结论认为，选用槽室宽度是深度2倍的矩形槽柱塞并控制其举升速度趋近于5 m/s，可有效提高柱塞排液效率，该研究成果可以...     

柱塞气举特性分析

利用柱塞－液段运动微分方程,用数值求解的途径分析考察了注了压力、油管井口压力、油井产液指数和含水率对柱塞气举的产量、循环周期和注入气量的影响。实际计算结果表明,注气压力增大,对日产液量和注气量影响很小,不能改善气举要油效率,井口压力增大,将导致日产液量下降,日注气量增加;而产液指数和含水率增大,将导致产液量和注气量相应增加     

苏东南区柱塞气举排水采气示范区建设思路及评价方法

苏东南区为典型的"三低"气藏,低产、低效井多,气井自身携液困难,部分气井甚至出现积液停产现象,影响正常生产。柱塞气举通过建立稳定的气水机械界面举升液体,具有气量要求低、举升效率高、自动化程度高等优势,是低产气井排水采气的主体技术之一。本文通过分析柱塞气举单体工艺、区域开发动态及地面配套工艺,从装置安全性、稳定性及措施效果等方面提出了示范区综合评价方法,论证了建设苏东南区柱塞气举排水采气示范区的可行性,对苏里格气田低产低效气井柱塞气举工艺规模化应用具有一定的指导意义。     

柱塞气举过程液体漏失分析

在柱塞上行程过程中,由于柱塞和油管之间的液体与柱塞之间存在速度差,必然会有液体漏失。液体漏失率的大小影响着柱塞尺寸的选择以及柱塞气举工艺的设计,因此液体漏失率的计算具有重要的意义。假设柱塞上行过程中与油管始终保持同心圆柱环形间隙运动,基于质量和动量守恒原理建立了柱塞气举的液体漏失模型,并得出了柱塞-油管环形间隙的液体速度分布公式和液体漏失体积及漏失率表达式。引用Hernandez等的柱塞气举试验数据,进行液体漏失情况的计算,得出了液体漏失与柱塞上部液体段塞初始长度和注气压力的关系曲线。文中建立的模型对于正确地进行柱塞气举工艺设计具有一定的指导意义和实用价值。