多级挡板扰流泡沫发生器流场分析及实验研究

发布时间：2020-06-06 19:52

【摘要】：砂岩稠油油藏水平井出砂严重是开采过程中普遍出现的问题。井筒内的砂粒沉积在管线底部,造成管道以及设备的摩擦,砂粒进一步堆积形成砂床,影响采油速度,严重时会造成油井停产。泡沫流体作为冲砂液冲砂洗井,有效地把油层出砂粒子携带到地面。泡沫发生器是制备泡沫流体的关键性设备,目前少有适用于油井下的泡沫发生器。本文结合泡沫生成机理及稠油油藏现场情况,提出了多级挡板扰流泡沫发生器的设计思路,分析优化发泡器的性能,为疏松砂岩油藏以及低压中老油田冲砂洗井的工作提供支持。首先,针对稠油油藏水平井下狭小的作业空间与应用条件的特点,在挡板式泡沫发生器的结构基础上,结合文丘里管装置和挡板涡流扰动的原理,提出了高效的多级挡板扰流泡沫发生装置,以提高泡沫的稳定性。其次,建立了多级挡板扰流泡沫发生器几何仿真模型,并对挡板角度、挡板疏密程度和挡板间距关键结构参数进行优化,结果显示:泡沫发生器内挡板角度越大,发泡器内气液混合效果越好,形成的涡流扰动越剧烈,混合腔的气泡含量越高,发泡效果越好;挡板的结构采用等间距布置时,可以形成稳定的泡沫流,且间距越大,气液扰动程度越大,泡沫质量越好。因此,泡沫发生器结构为挡板角度α=90°,挡板等间距L=50mm时气液扰流程度最大,混合腔内气相体积分布均匀,速度较大,有利于生成大量致密且稳定的泡沫。最后,对发泡器发泡性能的影响因素进行室内实验研究可知:气、液流量越大,泡沫流量越大;气相入口压力在一定范围内波动时,泡沫流量变化不大;增加发泡剂浓度,泡沫流量增大,当发泡剂浓度达到一定程度时,泡沫流量不再发生变化。当液体流量为22L/min,气体流量为30m~3/h,气体入口压力为1个工程压力,添加发泡剂浓度为1%时,得到最大泡沫流量621L/min。此外,对该泡沫法生器在不同井斜角管路下的泡沫流量变化进行实验探究,结果表明:当管路接近水平时,即管路倾角范围在85°~90°时,产生泡沫流量大且稳定性好。上述研究结果,为泡沫发生器内部气液两相流研究及结构优化提供理论支持,具有重要的现场应用指导价值。
【图文】：

结构图,泡沫发生器,涡轮式,结构图

油井应用泡沫流体解堵技术，有效解除稠油井防砂管柱和近井地带复合堵塞，田低产低效井的增产具有重要的意义[15]。2016 年在大港油田矿场实验应用中体的密度低和暂堵特性，有效减小了入井液漏失，油层得到了保护，利用泡沫粘携带能力，大大提高了携砂效率，减少洗井作业时间，效果明显[16]。2 泡沫发生器结构研究现状泡沫发生器是制备泡沫流体的设备，其结构直接决定着产泡性能和实施的结果内外泡沫发生器种类很多，主要的结构有涡轮式、螺旋式、孔隙式、网式、同射流泵式、挡板式等[17-19]。（1）涡轮式泡沫发生器涡轮式发泡器的结构如图 1.1 所示。该发泡器是由涡轮组件构成的，其内部结钻具中的转子和定子相类似，在发泡器内部流道的形状和面积以及流动方向均同，因此加大了气液两相速度及变化的频率；有三个不同入口，分别注入气相表面活性剂，增加气相、液相与表面活性剂的混合、碰撞的机会，增加发泡效泡器的优点是可以生成高倍数泡沫，性能稳定，但其涡轮结构复杂，工艺要求本较高，维修困难，，容易堵塞。

结构图,泡沫发生器,结构图,网式

图 1.2 螺旋式泡沫发生器结构图（3）网式泡沫发生器网式泡沫发生器结构如图 1.3 所示。网式泡沫发生器具有两个入口，气液两相入口注入，液体流入管道经喷嘴雾化后以液膜状态喷出，吸附在发泡网上，另通入风流，气相吹到发泡网上与液膜产生泡沫。该发泡器的优点是可以产生均沫，但发泡过程中风压流速不好控制，影响泡沫质量，且井下细小杂质多，发生堵塞，影响发泡倍数。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE358.1

【参考文献】