气井井筒跨音速气水分离与旋流排液技术

气井井筒跨音速气水分离技术主要基于超音速喷管与跨音速翼流动机理,通过喷管将流体加速,温度快速下降,致使饱和水凝结成液滴并从旋流天然气中分离出来.由于液滴在喷管冷凝时滞留时间仅有1ms左右,不易形成水合物,不需要加入水合物抑制剂等化学药品,可避免有害化学物的再生.将该技术用于气井井筒的结构设计,对天然气流经跨音速翼进行了数值模拟,获得了流体在流场中的流动规律.     

天然气跨音速气水分离效率与旋流段长度确定

天然气在喷管中从亚音速加速到跨音速状态,饱和水凝结析出,通过三角翼后产生旋流,进入旋流段,旋流段的气水分离效率是实现跨音速分离的技术关键。对液滴在旋流过程中的受力进行分析,建立并化简液滴运动方程,结合旋流过程中的压降,得出气水分离效率的计算方法和计算流程。通过分析旋流分离过程的影响因素,获得了不同分离效率下液滴直径与旋流段长度的关系。实例计算表明,随着液滴直径的增大,分离效率提高。在给定条件下,确定旋流段长度为180 mm。     

跨音速气水分离喷管的结构设计与流动特性

对目前的喷管设计进行完善,利用收敛-扩张喷管将气流速度增大并突破音速,实现跨音速流动。克服了常规节流装置只能局限于临界流的状态,使下游压力和温度的降低不再受临界流的限制。天然气在跨音速流动条件下,温度的降低足以将其中的饱和水凝结析出,实现下游的气水分离;压力的降低可以防止水合物的形成,并实现低压输送,有利于气井安全生产。在研究天然气流动特性时,考虑了实际气体效应,按变比热比分析天然气在喷管中的流动,与理想气流速度计算结果相差22.3%,使流动更接近实际。     

旋流喷嘴内超临界流体闪蒸过程的数值模拟

旋流喷嘴内超临界流体中沥青溶质的体积分数分布对颗粒成形有重要影响。根据减压相变传质传热理论开发了闪蒸相变模型,采用自定义函数(UDF)的方式植入到CFD软件Fluent中。将闪蒸相变模型耦合多相流混合模型用于研究旋流喷嘴内超临界流体的闪蒸相变过程,分析旋流喷嘴内压力、速度、温度和各相浓度分布,以预测旋流喷嘴对颗粒成形的影响。结果表明,旋流喷嘴内三相介质分层流动,从而实现戊烷溶剂与沥青溶质的预分离,有利于形成粒径较小且密实的沥青颗粒。     

CO2井筒相变流动温度压力计算模型研究

CO2在井筒流动过程中的气液相变对井筒温度、压力分布的计算有较大影响。CO2流体在气液相变段的流动属于两相流动,目前常用的计算方法均未考虑该气液混合段的两相流计算。文章从传热学及两相流理论出发,建立了井筒流体相变过程中温度、压力分布的耦合计算新模型;考虑沸腾传热和凝结传热的影响,对流体相变过程中井筒总传热系数进行了修正。该模型主要创新在于可以对CO2流体相变过程中气液混合段的温度、压力进行求解,并能对该混合段气液组分含量变化的动态过程进行计算。运用此模型对吉林油田H75-29-7井压力、温度、质量含气率进行了计算,计算结果与实测结果对比显示本模型计算精度较高。     

减小水击压力 安全输转油品

1 水击现象及产生的原因和压力的增减 当液体以一定的速度在管中流动时,若将管路出口处的阀紧急关闭,则紧靠阀后一微小管段内的液体便立即停止流动,其动能转换成压能,并进而变成水和管子的弹性变形能。接着这一小段液流又阻止其后的另一部分流体流动,并引起这一部分压力的上升。这样,管中阀后的流体从阀门处开始以一定的速度逐渐向上游传递,使水停止流动,并使压力上升,这一现象称为水击现象。     

超声速旋流天然气分离器研究

超声速旋流分离是天然气处理工艺技术的一大突破。超声速旋流分离器依靠喷管膨胀形成低温超声速流动，依靠超声速翼形成旋流实现水及重烃分离。利用计算流体力学（CFD）技术研究了超声速旋流分离器内的流体物性及流场特性，分析了超声速旋流分离器内温度、压力、速度等特性参数的变化规律，研究了凝析液滴在超声速旋流分离器内的运动轨迹及不同粒径尺寸的液滴在分离器内的停留时间。研究表明，超声速旋流分离器水分及重烃分离效率高，能够替代传统的低温分离工艺。     

岩屑床清除器设计及其流场仿真研究

为了全面、准确地了解岩屑床清除器对钻井液流场的影响,应用CFD软件对其流场的速度、压力及液流运动迹线进行数值模拟研究。研究结果表明,V形槽可使流场速度矢量呈旋流分布,进口速度在很短的轴向行程内增加了1倍左右,尤其是工具靠近岩屑床的底边速度增加得最快,这大大增加了岩屑床清除器周围流场的湍流强度,使流体携岩和清岩能力迅速增强;工具靠近岩屑床的底边压力损失最大,工具的高边压降较小,计算结果符合已知的井下管流压力分布情况;V形槽中的流体在沿V形槽运动的同时还产生一定的旋流,且外围流体在V形槽的影响下也都产生不同程度的旋流,这对岩屑的携带、清除极为有利。     

多尺度孔隙介质视渗透率模型

为研究页岩气在多尺度孔隙介质中的渗流率表征,以及分析各种流动状态对渗透率的贡献。基于页岩储层孔径分布特征,利用Kundsen数对流动状态进行划分,建立气体分子在多孔介质中的渗透率理论计算模型,分析了孔隙流体压力与渗透率的关系以及不同流动状态对渗透率的贡献。模型研究表明:多孔介质渗透率受气体达西流、滑脱流、Fick扩散流、过渡扩散流及Kundsen扩散流的影响;气体流动状态受流体压力和孔径分布决定,流体压力降低导致气体在多孔介质中的流动状态发生改变;随着储层流体压力降低,过渡扩散流对渗透率贡献增加,页岩储层渗透率增大。储层流体压力低于1 MPa时,Kundsen扩散流对渗透率贡献逐渐增大,渗透率迅速增加。     

高含CO_2原油井筒流动压力和温度分布综合计算

CO2驱正越来越受到重视,然而对高含CO2原油混合体系的井筒流动问题,目前尚未见到相关研究文献。由于井筒中CO2从原油中大量脱出,将会对井筒温度压力分布产生较大影响,严重时甚至会发生井喷,因此,对此类问题的研究具有重要的现实意义。从传热学、两相流及多元气液平衡理论出发,将CO2/原油混合流体相态特征以及井筒温度、压力相互影响加以考虑,建立了高含CO2原油井筒流动压力、温度分布综合计算模型,对不同CO2摩尔分数的原油混合体系井筒流动温度、压力进行了计算,结果表明,随着混合体系中CO2含量的增加,井口流体温度呈下降趋势,而井口压力将会增加,在一定条件下油井甚至能够达到自喷。对实例井进行了计算,模型计算结果与实测结果吻合较好,为CO2驱采油井工程设计提供理论方法。     

一种先旋流后膨胀型超声速分离器脱水性能实验

根据角动量守恒原理,设计加工了一套包含中心体的先旋流后膨胀型超声速旋流分离装置,并搭建室内实验系统对该分离装置的脱水性能进行研究,主要分析了压力恢复系数对露点降的影响和旋流对分离器过流能力的影响。结果表明：经先旋流后膨胀型超声速旋流分离器分离后,分离器干气出口的水露点可达到−2.8℃,露点降可达34.9℃,且露点降随着压力恢复系数的增加而减小;保持分离器的压力恢复系数小于70%时,干气出口的水露点降最少达18℃,分离器可正常工作;在不同入口压力条件下,分离器的水露点降基本相同,分离器的流量适应能力较强,脱水性能稳定;旋流强度增加将减小通过分离器的流体质量流量,只有来流的质量流量达到设计的临界流量时,分离器才可正常工作。     

LNG低温波纹软管内流体流动特性模拟分析

基于耐超低温波纹软管输送LNG流体的流动复杂性,以实际工程卸料系统工艺参数为基础,构建了LNG低温波纹软管内流体流动的数值模型,通过流动传热机理研究,分析了LNG流体在低温波纹软管内的流动特性。结果表明,LNG低温波纹软管进口处的波纹会引起流体壁面剪切力的变化,产生流体扰动效应;LNG流体在波纹软管进口及出口处均出现较大的压力变化,同时可引发高雷诺数下流动的流体产生气泡及管内空蚀现象,但该现象随着流体在软管内的流动趋于稳定后会逐渐消失;流体扰动效应会导致一定的压力损失及LNG温度波动,但流体在管内的流动阻力可控,造成的热量损失基本可以忽略。本文分析结果对低温波纹软管应用于LNG卸船系统的研究具有一定的参考意义。     

井下气液分离器中流体速度场的运动分析

井下气液分离器是采气工艺新技术－－井下气液分离与产出水直接回注技术的专用设备。目前,在国外研究采用气液旋流分离器和螺旋分离器作为井下气液分离系统的主体。介绍了井下气液分离的基本原理,重点分析了流体在旋流式气液分离器中速度场的变化,以及气相和上的流动状态。通过流体的运动模型,分别描述了流体的切向速度、轴向速度和径向速度的分布,认为气液在旋流分离器内流体的流动业一种特殊的三维椭圆形强旋转湍流动力,切向     

新型射流振荡减摩阻工具设计及内部流场特性数值模拟分析与实验验证北大核心CSCD

为了解决井下减摩阻工具结构复杂、易受地层环境影响的问题,设计了新型射流振荡减摩阻工具,并对该工具内部流场特性进行了数值模拟分析,结果表明:新型射流振荡减摩阻工具射流短节内部流体存在附壁与切换现象;随着入口流速的增加,射流短节振荡室内流体流动状态从无规则变为规则的旋流流动,当入口流速继续增大则转变为无规则流动状态;工具稳定工作后,分流中心点处压力呈现周期性变化。实验测试结果与数值模拟分析结果较为吻合,验证了射流振荡减摩阻工具结构设计的合理性和可靠性。本文研究结果可为射流振荡减摩阻工具结构优化设计提供参考。     

水平井筒气水两相流动压降规律研究

采用水平井开发有水气藏时,由于水平井中复杂的两相渗流规律以及水平井筒中特殊的流动状态,使得当流体从孔眼流入时会对水平流动产生显著影响,造成常规水平圆管气水两相流动规律不适用,其突出表现为流动中的压降变化。为了探索水平井筒气水两相流动压降分布规律,运用划分微元段的思想,建立了水平段一维混合流动井筒压降计算模型,在此基础上建立了水平气井携液模型,并采用Fluent流体仿真软件模拟气水同产水平井筒内的混合流动。研究表明,随着主流流速的增大,井壁摩擦压降、孔眼粗糙度压降以及混合压降都增大;井径的增加导致井壁摩擦压降和孔眼粗糙度压降都减小;而流体黏度只对孔眼粗糙度压降产生影响,增加黏度会引起粗糙度压降的增加。数值模拟结果表明,从井筒指端到跟端,流量增大,流速增大,孔眼入流会产生压力降,沿程总压力减小,符合井筒流动压降的原理。     

新型射流振荡减摩阻工具设计及内部流场特性数值模拟分析与实验验证

为了解决井下减摩阻工具结构复杂、易受地层环境影响的问题,设计了新型射流振荡减摩阻工具,并对该工具内部流场特性进行了数值模拟分析,结果表明:新型射流振荡减摩阻工具射流短节内部流体存在附壁与切换现象;随着入口流速的增加,射流短节振荡室内流体流动状态从无规则变为规则的旋流流动,当入口流速继续增大则转变为无规则流动状态;工具稳定工作后,分流中心点处压力呈现周期性变化。实验测试结果与数值模拟分析结果较为吻合,验证了射流振荡减摩阻工具结构设计的合理性和可靠性。本文研究结果可为射流振荡减摩阻工具结构优化设计提供参考。     

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。     

海洋凝析气井关井井筒温度与压力的计算

凝析气井关井井筒温度分布模型属于非稳态传热问题,在压力恢复关井测试中,井筒温度分布对井底压力起着重要影响。考虑流体相变和海水段传热的影响,建立了海洋凝析气井井筒气体瞬变流动的非稳态传热温度、压力耦合的数学模型,采用解析解和数值解相结合的求解方法,实际计算时先将井筒分为若干微元段,求出该段温度,然后通过非稳态传热温度、压力耦合的分布模型再计算得到该段压力,再依次计算下一微元段的温度和压力,直到计算到井底。通过对海上某气田实例气井关井过程温度、压力分布的计算,结果表明所建立的模型能有效地对压力恢复测试过程中气井井口压力进行校正。     

旋流器轴向速度分布规律——液-液水力旋流器速度场研究之三

用多普勒激光测速仪并加入频移装置,提高了对双锥体结构水力旋流器轴向速度场的测试精度、测试结果和分析研究表明,旋流器的轴向速度场以零轴向速度包络面为界分为内外两个旋流区,外旋流区的流体边旋转边向底流流动,最终从底流口排出;内旋流区的流体则边旋转边向溢流口流动,最终从溢流口排出。双锥水力旋流器的零轴向速度包络面为一柱锥联合面,其柱面直径Ｄｖ是溢流口直径Ｄｕ的２５倍左右,锥面的锥顶角约为１４°,锥顶在小锥段内部。     

频谱噪声测井仪在青海油田的应用

当液体/气体移动通过介质时会产生噪声。这个噪声来自流体本身和流体流动时周围元素的振动,是流体内部摩擦和高湍流产生的声音的结果,也可以由气体的气泡和滑移产生。流体噪声频谱和幅度依赖于流体类型、压力、温度和流速。