水平井筒气水两相携煤粉流动规律研究

发布时间：2020-03-23 22:38

【摘要】：由于煤层地质条件、排采方式和井下作业等各种因素,煤粉不可避免地沉积在煤层气井筒。淤积过多的煤粉会影响气和水流动,同时也可能造成井筒堵塞,发生卡泵和埋泵等问题,影响煤层气井的连续生产。本论文针对煤层气井排采过程中水平井筒煤粉未被携带至井筒出口而淤积在井筒的问题,基于携煤粉理论,采用Fluent软件数值模拟方法,研究水平井筒气水两相携煤粉流动规律,主要完成了三个方面的工作:(1)简化了水平井筒流型并优选了数值模拟方法。排水降压阶段产气量小,忽略气体对携煤粉的影响,气水两相携煤粉流动简化为水携煤粉两相流动;稳产阶段产水量少,不考虑水对携煤粉的影响,气水两相携煤粉流动简化为气携煤粉两相流动;衰减阶段看作是气携煤粉两相流动。对比欧拉-欧拉和欧拉-拉格朗日数值模拟方法的特点及适用性,优选了基于欧拉-拉格朗日数值模拟方法的相间耦合离散相模型,为接下来的数值模拟做好准备。(2)开展了水平井筒水携煤粉流动规律的数值模拟,得到了产水量、煤粉质量分数和煤粉粒径三个因素对水平井筒截面含煤粉浓度、煤粉水平速度和煤粉沉降速度的影响规律,给出了影响水平井筒水携带煤粉的主次因素顺序。结果表明:煤粉粒径是影响水携带煤粉流动至井筒出口的主要因素,煤粉粒径越小,水携带煤粉能力越强。因此,在煤层气排水降压阶段添加分散剂尽量避免煤粉凝聚,形成大粒径煤粉,有利于解决由于煤粉未被携带出井筒而引发的生产问题。(3)开展了水平井筒气携煤粉流动规律的数值模拟,得到了产气量、煤粉体积分数和煤粉粒径三个因素对水平井筒截面含煤粉浓度、煤粉水平速度和煤粉沉降速度的影响规律,给出了影响水平井筒气携带煤粉的主次因素顺序。结果表明:产气量是影响气携带煤粉的主要因素,产气量越大,煤粉越容易被携带至井筒出口。在煤层气稳产阶段尽可能保持较高的稳定产气量,有助于煤粉以悬浮的方式排出井筒。本论文研究结果揭示了不同排采阶段水平井筒煤粉的流动规律,对指导煤层气井的排采制度和降低煤层气的开采成本具有重要意义。
【图文】：

气固两相流,水平管,煤粉,卡泵

图 1-1 水平管气固两相流型图煤层气井控制煤粉产出研究现状前，控制煤层气井煤粉产出有 2 种途径：一方面，根据煤粉产出程中，尽量减少煤粉的产生；另一方面，采取防煤粉的措施避免国内外学者做了如下研究：09 年，陈振宇[18]根据煤粉产出机理，研究了煤粉产出对产能的影，在水平钻井和压裂射孔过程中，控制煤粉产出的有效方法是避煤粉泵和高圆度支撑剂。10 年，Denise[19]提出了防煤粉的方法，在螺杆泵入口接上防砂尾入泵筒，减少发生卡泵事故的频率。11 年，刘升贵[20]等人采用理论分析和现场试验相结合的方法，，提煤粉，能够减少卡泵发生的次数，延长检泵周期。2012 年，基于据，提出了极限煤粉浓度管控的方法可以减少卡泵的次数[21]。2数，结合现场排采数据，得到了频繁卡泵发生在排水降压初期012 年，曹立虎[23-24]采取物理模拟实验的方法研究煤粉在水平井

排采曲线,煤层气井,煤粉,排采

东北石油大学硕士研究生学位论文第二章水平井筒携煤粉理论主要介绍煤层气排采的三个阶段，针对不同排采阶段的特点，简化水。根据简化的流型，分析单个煤粉的受力情况，建立煤粉运动的力学煤粉流动条件和气携煤粉流动条件。为了给第三章水携煤粉数值模拟煤粉数值模拟研究做好铺垫，从理论上优选出数值模拟方法。平井筒流型简化层气排采过程中，气水两相携煤粉流型复杂，有必要根据煤层气不同简化水平井筒流型。煤层气排采可以分为三个阶段：排水降压阶段、段[44]，如图 2-1 所示。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE37

【参考文献】