涡流工具作用下水平管壁面液膜厚度变化规律研究

发布时间：2020-07-26 07:57

【摘要】：随着天然气气田开发进程的不断深入,气井积液问题不可避免。如果不及时发现并采取有效的排水措施,不仅会缩短气藏开采周期,并且会对地层造成污染和伤害。利用涡流工具减缓气井积液是一种高效且低能耗的气井排水采气技术,但该技术当今在我国尚处在探索阶段,亟需加深对涡流排水采气工艺作用机理和作用效果的研究。本文建立了放置涡流工具后水平管内气液两相不同流动阶段的管壁液膜厚度理论计算模型。基于实际物理现象,建立了气液两相在水平管内涡流工具螺旋凹槽段、自由剪切旋流段以及环状流段的控制方程,根据不同阶段的流动特征,假设了合理的边界条件,通过对数量级进行分析,忽略高阶小量,对模型进行简化。基于气液两相不同流动阶段的表面力平衡条件和液面传质条件,联立控制方程,对液膜厚度进行求解,最终得到了气液两相不同流动阶段的壁面液膜厚度理论计算模型。设计了下入深度可调的双平行电导探针传感器,通过室内实验测量了安装涡流工具后水平管内不同液膜发展阶段壁面液膜厚度。实验发现涡流工具螺旋凹槽段的壁面液膜厚度随螺旋周角的变化呈现周期性变化,自由剪切旋流段液膜厚度的周期性变化逐渐减弱,环状流阶段管壁不同周向位置处液膜厚度趋于均匀,并且不同液膜发展阶段,水平管底部壁面液膜厚度始终高于管道顶部壁面液膜厚度。通过改变气相和液相折算速度,研究了不同工况下,放置涡流工具后水平管壁面液膜厚度变化规律。经分析发现,随着气相折算速度的增长,水平实验管内不同液膜发展阶段的液膜厚度均有所衰减,并且衰减程度与气相折算速度的增长幅度呈现正相关性。随着液相折算速度的增加,水平实验管内不同液膜发展阶段的液膜厚度均有所增加,增加程度与液相折算速度的增长幅度正相关。通过对比水平实验管内不同液膜发展阶段的液膜厚度变化情况发现,随着液膜轴向运动距离的增加,液膜厚度逐渐衰减,但不同液膜发展阶段,其衰减幅度差异较大。
【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】：

d. 大气弹 e. 搅拌流 f. 环状流图 1.1 矩形截面垂直螺旋通道内气液两相流流型（Liu）（2015）[20]利用高速摄像仪，通过背光成像可视化方法对不同工况下相流流型进行观察，通过分析实验图像得出气液两相在螺旋槽道内主歇流和环状流三种流型，其中泡状流又分为孤立泡状流和分散泡状流

c. 环状流 d. 分散泡状流图 1.2 水平放置的矩形截面螺旋通道内气液两相流流型（周云龙）（2016）等[22]对直径为 155mm 的螺杆槽道内气液两相流流型变化规用可视化图像，分析了螺杆槽道内差异化视角下气液两相流流型变化内气液两相流流型分成泡状流、分散泡状流、弹状流、搅混流和环

图 1.4 DXR 型井下涡流工具型涡流工具：该型涡流工具主要用于解决浅井积液问题。其涡流工具相同，两种工具唯一的区别在于 DXP 型涡流工具中为了配合柱塞气举排水采气工艺而设计，通常在矿场中 DX水采气工艺结合使用。

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本文编号：2770500