自激式脉冲涡流排水采气流场的数值模拟

发布时间：2020-07-09 15:15

【摘要】：在我国大量气井进入开采的总后期阶段的形势下,井底积液现象日趋严重,对排水采气技术需求越来越高。国内外对对气井积液问题研发了一系列排水采气技术,诸如活塞气举排水采气;优选管柱排水采气;射流泵排水采气;气举排水采气;泡沫排水采气;电潜泵排水采气等。但是传统的排水采气工艺在举升、搬运、注入过程中消耗了大量的能源,大大增加了气体的提取成本,同时可能对环境造成了严重的污染,因此我们需要开发新的高效节能的涡流排水技术。针对目前天然气井底积液问题,本文将Helmholtz喷嘴引入排水采气领域,为涡流排水采气工具提供脉冲能量。利用数值模拟方法,研究了涡流排水采气工具和Helmholtz喷嘴的流场特征,对二者结构进行优化。在此基础上建立了自激式脉冲涡流排水采气装置并进行数值模拟,与传统涡流排水采气工具进行了对比,并研究了自激式脉冲涡流排水采气装置的适用气液比范围。数值模拟、室内试验和现场试验的结果均表明,相同工况下,相比于传统涡流排水采气工具,气液两相流流经自激式脉冲涡流排水采气工具后,压力场与速度场云图表现更为良好,出口轴向平均速度提升40%以上,持液率提高28%,压降幅度大大减小,可更有效的缓解井底积液情况的发生。对自激式脉冲涡流排水采气工具的结构优化和适用工况研究结果表明,自激式脉冲涡流排水采气工具在螺旋角45°,谐振腔上下喷嘴直径比为1.2时排水采气效果最好,且适用气液比在400-1600之间,工具下放深度1720米左右,作用距离1923m。
【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】：TE377
【图文】：

示意图,喷嘴结构,示意图,声传播

以声传播的速度向喷嘴上游传播，传到位于感性极高，对传来的扰动十分敏感，就会诱定，这种不稳定会对扰动产生选择放大作用流随着射流一起往下游传播的涡量脉动满足切层内放大。放大了的扰动会与碰撞壁再次碰撞区剪切层大幅度地横向脉动，影响到发生周期性的变化，从而对流量产生了调制21Re1,Re0i i ijj i j jjij j iiiu u Puut x x x xuuvx x xux

脉冲发生装置,自激,结构模型

0=15mm，上喷嘴直径12mm，下喷嘴直径15mm，下碰撞壁锥角 α=120°，如图2.2所示。图2.2 自激脉冲发生装置结构模型图2.3.2 计算网格的划分本文采用ANSYS ICEM CFD网格软件对上述三维计算模型进行网格划分。由于该几何模型结构比较简单，而选用大涡模拟时对网格质量要求比较高，采用结构化网格进行划分以提高整体网格的质量。首先根据几何形状创建相应的块（block）结构，并对圆柱段采用高级拓扑结构O-grid，对收缩段进行局部加密，从而得到高质量网格。图3。3为对上述模型进行网格划分后的示意图。图2.3 自激脉冲发生装置网格划分ICEM网格质量检测结果显示网格质量良好，足以完成脉冲排水采气工具内部流场数值模拟。2.3 脉冲排水采气工具内部流场网格模型

示意图,脉冲发生装置,自激,网格划分

段采用高级拓扑结构O-grid，对收缩段进行局部加密，从而得到高质量网格。图3。3为对上述模型进行网格划分后的示意图。图2.3 自激脉冲发生装置网格划分ICEM网格质量检测结果显示网格质量良好，足以完成脉冲排水采气工具内部流场数值模拟。2.3 脉冲排水采气工具内部流场网格模型

【参考文献】