天然气井下涡流工具旋流特性研究及结构参数优化

发布时间：2017-03-29 12:02

  本文关键词：天然气井下涡流工具旋流特性研究及结构参数优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：气藏中一般都会存在边底水,随着气井的深入开发,液体不能被天然气流携带而滞留在井内,形成井下积液。气井积液不可避免,只有发展排水采气工艺才能有效缓解这一问题。涡流工具是一种新型、高效的排水采气技术。在国外,该工具的发展已经较为成熟;2011年,中国石油天然气集团公司首次引入这项技术,并迅速应用于国内各大油气田,从使用结果看,并不是所有气井中涡流工具都能发挥效果。因此,本文主要工作是对涡流工具的工作特性进行研究,并且对涡流工具的结构参数进行优化以使其适应不同井底工况从而达到最佳排液效果。本文通过数值模拟手段,采用分段计算思想,模拟涡流工具放置井底时的工作状态,以此获得井下气液流动特性并进行分析。计算结果显示,涡流工具有很好的气液分离效果,并且可以将这种效果靠惯性的运动方式作用到计算下游数千米,使气井恢复生产。通过改变计算边界条件,从而模拟气井中的不同工况,确定影响涡流工具作用的外界因素。本文改变了入口含液率数值,发现随着入口含液率的增大,涡流工具的作用效果会逐渐衰减,并通过计算结果拟合出衰减效果的公式。随后调整气液两相流体的入口速度数值,结果显示随着入口速度增大,涡流工具的气液分离效果以及气相携带液滴的能力都随之增强,根据结果验证了公式。与此同时,本文对涡流工具的几何参数进行了优化,以使其适应不同井下的状态。由于涡流工具最重要的结构为涡旋变速体的螺旋线,因此主要对螺旋线部分参数进行优化。本文通过改变螺旋线导程即螺距进行对比,结果表明在相同螺旋线长度下,螺旋线圈数越多,涡流工具作用效果越好;改变螺旋形导流肋片横截面形状,发现梯形截面为最佳横截面;改变螺旋线长度,但是螺旋线的圈数不变,随着长度的增加,涡流工具在井下的作用效果越明显。
【关键词】：气井积液 涡流工具 气液分离 作用长度 结构优化
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE931.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 研究背景及意义9-12
• 1.2 排水采气工艺的发展12-17
• 1.2.1 传统排水采气工艺13-15
• 1.2.2 涡流排水采气工艺15-17
• 1.3 涡流工具的结构、工作原理及作用17-19
• 1.4 涡流工具在国内的应用与发展19-20
• 1.5 本文主要研究内容20-22
• 第2章 气液两相流数值模拟方法22-33
• 2.1 流体动力学研究方法22-23
• 2.2 流体动力学控制方程23-26
• 2.3 湍流模型26-27
• 2.4 多相流模型27-30
• 2.5 超长径比问题及解决方法30-31
• 2.6 本章小结31-33
• 第3章 涡流工具两相流场数值计算33-43
• 3.1 涡流工具的三维建模及网格划分33-36
• 3.1.1 涡流工具模型建立33-34
• 3.1.2 计算域网格划分34-36
• 3.2 两相流场的计算方法及条件设置36-37
• 3.2.1 工况参数36
• 3.2.2 方法设置36
• 3.2.3 边界条件36-37
• 3.3 网格无关性验证37-38
• 3.4 初步结果分析及分段计算可行性验证38-42
• 3.4.1 初步结果分析38-39
• 3.4.2 分段计算可行性验证39-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 涡流工具作用效果分析43-60
• 4.1 涡流工具作用长度43-47
• 4.2 不同含液率下涡流工具的作用效果47-52
• 4.3 不同流体速度下涡流工具的作用效果52-57
• 4.4 不同参数与涡流工具作用效果关联式57-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 涡流工具结构参数优化60-71
• 5.1 螺旋线导程60-63
• 5.2 螺旋导流肋片截面形状63-66
• 5.3 螺旋线长度66-69
• 5.4 本章小结69-71
• 结论71-73
• 参考文献73-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果76-78
• 致谢78

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