直井井筒气水两相携煤粉流动规律研究

发布时间：2020-05-25 05:58

【摘要】：本论文针对煤层气开采中由于部分煤粉颗粒未能被携带出井筒外而淤积井筒底部的问题,从理论上分析了煤粉颗粒沉降特征,开展了直井井筒杆管环空(抽油杆与油管间的环空)内流体携煤粉运移规律、套管环空(油管与套管间的环空)内煤粉沉降规律的数值模拟研究,并分析了流场内煤粉颗粒沉降末速度与井液流动速度的关系。本文主要内容如下:(1)理论上分析了直井井筒杆管环空内的流体状态及煤粉颗粒运移的力学模型,基于此建立了煤粉运动的连续性物理模型,对比分析了离散相模型、VOF模型、混合物模型和欧拉模型的优缺点及使用限制条件,并结合流体携带煤粉流动过程与静液内煤粉干涉沉降过程的运动特点,优选了二者的模拟方法。(2)实现了杆管环空三维模型内颗粒粒径、液相入流速度、液相粘度三项因素对流体携带煤粉运移规律影响的仿真模拟,并探讨了液相流动速度与煤粉沉降末速的关系。仿真分析结果表明:颗粒粒径的减小与液相入流速度的增大,可使排出的煤粉量增大;随液相粘度的减小环空内煤粉携带率有较小增大趋势,但变化尚不明显,可忽略实际生产中粘度对煤粉排出的影响。综上认为,控制颗粒粒径尽可能小,并将液相入流速度增大,可提高流体携带煤粉的能力。(3)建立了套管环空内单个煤粉颗粒沉降速度模型与煤粉干涉情况下颗粒沉降末速模型。将理论计算与模拟计算所得沉降末速的结果进行对比分析,得出理论公式方法具有一定可靠性。本文研究成果系统的揭示了直井井筒内煤粉运移规律,并根据模拟结果提出了携带率大于沉降率的临界煤粉颗粒粒径与临界液相入流速度,给出了适宜煤粉排出的粒径、入流速度的参数范围。对提高煤层气产出效益、指导国内煤层气大规模商业化开采有着重要意义。
【图文】：

东北石油大学工程硕士专业学位论文柱状或块状，两者原生煤粉存在量较少，后期可产生次生煤粉；碎粒煤的破坏状脱落，呈粒状，大小由煤的破坏程度决定，存在较多原生煤粉，后期易产生；片煤与鳞片煤[17]属于片状剥落，片煤呈薄片状，所含原生煤粉较少，后期薄易产生次生煤粉，鳞片煤呈鳞片状，与片煤相比其原生煤粉较多，后期易产生。

图 1.2 直井井筒气液两相流流动形态响流型的因素有很多，主要有以下四个方面，各相流体流量、流体的物理性质倾角[24]。目前，各国学者对流型的识别进行了大量研究，，流型的识别主要有两关系式法和流型图法[25-28]。关系式法是利用两相流流动的参数如质量含气率、率、压降等，并结合流型转变的机理得到的关系式；流型图法是通过大量实验建立经验公式或半经验判别式，根据公式绘制判别图，这样的判别图确定大致。流型图法应用较为广泛，其中 Baker[29]流型图和 Mandhane[30]流型图具有代，同时休惠特（Hewitt）[31,32]提出了垂直上升管气液两相流流型判别法，为井型判别上奠定了基础，如下图 1.3、1.4、1.5。1）Baker 流型判别图法aker 流型图为二元，其坐标为流动参数或组合参数，该图的纵坐标以gGA 表示以lgGG 表示。其中 、 解析式如下：
【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】

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本文编号：2679678