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。     

考虑煤层气稳定解吸的数值试井方法

建立了考虑煤层气解吸作用的煤层气稳定解吸均质试井模型,在控制方程中引入稳定源来描述煤层气解吸作用,利用有限元方法求得其数值解。通过分析解吸系数的影响,明确了煤层气解吸作用能缓解地层中压力下降、减缓压力波的传播。当解吸作用达到一定强度时,煤层气解吸量已经达到生产量,压力停止传播,这种情形类似于遇到了定压边界。另外,还考虑了临界解吸压力对试井理论曲线的影响,临界解吸压力和初始地层压力相差的越小,煤层气解吸出现的时间越早,对测试曲线影响也越大。     

煤层气无限导流垂直裂缝井数值试井模型

建立了考虑解吸作用的煤层气无限导流垂直裂缝井试井模型,推导出其有限元方程,并求得模型的数值解。绘制出无限导流垂直裂缝井的双对数试井理论曲线和煤层中的压力场。从计算所得的试井理论曲线可以看出,无限导流能力裂缝井的试井理论曲线上存在一段压力和压力导数曲线平行且斜率为0.5的直线,表明了线性流动的存在。从计算结果的压力场图可知,裂缝周围是椭圆流动,而远离裂缝区是径向流动。分析了煤层气解吸作用对试井理论曲线的影响,主要表现为在试井理论曲线的中后期,压力和压力导数曲线下降,原因是煤层气解吸缓解了压力下降,分析了裂缝关于井筒的不对称性。计算结果表明,裂缝关于井筒的不对称性对试井理论曲线的影响很小,原因在于裂缝是无限导流垂直裂缝。     

低渗透煤层气藏直井开采数值模拟研究

建立了非均质各向异性双重介质煤层气储层直井井组开采的数学模型,模型中考虑了我国低压、低渗地质条件下的三维气、水两相渗流以及裂缝中气体的扩散。即考虑裂缝系统气体除存在达西渗流外,还存在煤层气气体的扩散。利用全隐式法对数学模型进行求解,完成了煤层气藏直井井组数值模拟,计算并分析了不同渗透率条件下煤层气井的产能。结果表明,所建立的模型是正确的。考虑裂缝中煤层气气体扩散的数值模拟程序更加符合我国的生产实际。     

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。     

粉煤气化炉内多相湍流反应的数值模拟与优化（流态化约稿）

为获得GSP粉煤加压气化炉内多相反应流场的详细信息及工艺参数对气化过程的影响,利用Ansys_Fluent软件对其进行三维数值模拟。采用涡耗散概念(EDC)模型耦合湍流 化学反应过程,Lagrangian坐标系下随机轨道模型追踪粉煤颗粒运动,P1模型模拟辐射传热过程。结果表明,气化剂以旋流数S为120入射时,气化炉内速度流场分为外回流区、旋转射流区、内回流区和管流区,粉煤作为离散相主要分布在外回流区、旋射流区、管流区及壁面处,煤灰颗粒具备形成灰渣层及渣层流动条件;当操作压力为38~44 MPa时,对合成气中CO和H2摩尔分数影响不大,但轴向速度减小,碳转化率增大;煤/氧质量比m(C)/m(O)由12增至15,碳转化率从约987%降至863%,当m(C)/m(O)=13时,CO和H2总摩尔分数达到913%。     

煤层气不稳定试井及其应用

对煤层气井注入／压降测试分析的理论、方法及应用进行研究。将试井理论应用于实际中，得到了白芨沟煤层气藏的渗透率、储层压力、表皮系数、煤层闭合压力等储层参数，综合已经取得的地质资料对这些参数结果进行分析判断，表明该结果基本符合实际情况。后期的煤层气生产井设计、井网规划采用了这些数据，提高了生产井的产量，取得了很好的经济效益。     

煤层气数值试井非结构网格生成方法研究

分析了数值试井中的非结构网格的生成方法,利用Delaunay三角剖分的优良特性,设计了"翼边"数据结构,实现了满足数值计算前处理要求的Delaunay网格生成算法,并对网格质量进行了控制。实例表明,生成的网格具有边界约束一致性和较好的质量,可以满足煤层气数值试井计算的要求。     

煤层气井管式泵临界沉没度试验分析

建立了煤层气井管式泵泵阀开启的临界条件模型,通过泵阀的水力损失计算,以最大水力损失作为泵阀开启的最低条件,得到了泵在不同工况条件下的临界沉没度。借助煤层气排采井模拟试验系统进行试验,得到了不同冲次下沉没度与泵效和排液量的关系曲线。分析试验曲线可知,随着冲次的提高,泵的临界沉没度增加,泵效降低,主要原因是随着冲次的提高,固定阀的损失增大,导致临界沉没度增大;冲次变化对临界沉没度影响较小,临界沉没度受到泵径的影响,泵径不同临界沉没度不同;煤层气井排采时可以根据泵效变化率的大小选择合理的沉没度。     

真空回位增压抽砂泵研制及在煤层气井应用

煤层气井采用排水降压采气工艺,由于井底压力很低,不适合采用常规的水力冲砂工艺,只能采用捞砂泵抽取井内颗粒物。油井中常用的捞砂泵在煤层气井中使用时,由于液面较低、颗粒物量大,其工作效率很低,且很难将糊状煤粉清理干净。介绍了真空回位增压抽砂泵的结构,计算了吸入压力、最大排出压力、活塞回位力、理论排量。该泵的作业效率高,成本低,适用于煤层气井捞砂作业,在水平井中的优势显著。