柱塞气举过程中气液瞬态密封性研究
发布时间：2021-11-21 14:01
柱塞气举排水采气工艺具有良好的技术经济性,深刻掌握其流体动力学机理与系统规律,是改善其工业应用效果的关键。本文以柱状柱塞及其上部含气液柱为研究对象,通过受力分析建立柱塞气举瞬态泄漏量物理模型;利用有限差分方法实现模型求解;结合室内实验实现模型验证与应用。新模型考虑了柱塞举升过程中的液体泄漏,也考虑了举升液柱含气率的瞬态变化,更贴近实际工况。揭示了柱塞气举过程中举升压差、柱塞上行速度、液体泄漏流量和举升液柱含气率的瞬态变化过程;发现积液液柱含气率随着举升过程逐渐增大;柱塞上行瞬时速度与加速度共同影响液体泄漏,液体泄漏流量随着举升过程先增大后减小。
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１控制体示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｃｏｎｔｒｏｌ?Ｖｏｌｕｍｅ??ｍ??（ｐ［？，］?＿?Ｄ??ｋ?厂ｄｏｗｎ?＿?Ｊ?１??Ｉ＂／??ｎＤ＇２Ａｔ??ｍｌ！ｒｉ?＋?ｔｏｐ）
１１３６??工程热物理学报??４１卷??柱塞位移／井深／（ｍ／ｍ）??图６柱塞举升气液密封性瞬态变化??Ｆｉｇ．?６?Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇａｓ－ｌｉｑｕｉｄ?ｆｌｏｗ?ｓｅａｌｉｎｇ??ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ??气体的上窜会造成液柱含气率的增加，同时随??着井筒压力梯度的变化，气体密度变化同样会影响??液柱含气率，由图７可以看出，举升过程液柱含气??率不断增大，此现象是液柱体积减小，气体密度降??低，漏气量增大共同作用的结果。柱塞举升过程中??控制体受力可分为压差驱动力、摩擦阻力与重力三??由柱塞气举密封瞬态模型（式（６）、（７）可求得??柱塞举升过程中气液密封性瞬态变化，举升过程液??体泄漏瞬时流量以及液柱中气相体积含量如图６所??示。由图６可以看出，漏液质量流量在举升过程中??先增大后减校漏液流量随着柱塞瞬时速度的增大??而增大，随着柱塞瞬时速度的减小而减小，同时即使??柱塞速度相近，但在加速和减速阶段漏液流量仍相??差较远，由此可知柱塞速度和加速度共同影响着液??体密封性。随着关井时间增加，举升启动压差增大，??柱塞瞬态速度增大，漏液流童增大；因此，启动压差??的增大虽然可缩短举升时间，但也会增大液体泄漏??流量，单纯的增大关井时间并不能带来柱塞气举排??液效率的提高。??０．５５??一穿一拄塞下印压力一〇厂柱塞ｋ部／Ｉ力一井底流压??０．３５??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８??柱塞位移／井深／（ｍ／ｍ）??１．０??图７柱塞举升控制体瞬态受力变化??Ｆｉｇ．?７?Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｆｏｒｃｅ?ａｎａｌｙｓｉｓ??口柱塞速
量，单纯的增大关井时间并不能带来柱塞气举排??液效率的提高。??０．５５??一穿一拄塞下印压力一〇厂柱塞ｋ部／Ｉ力一井底流压??０．３５??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８??柱塞位移／井深／（ｍ／ｍ）??１．０??图７柱塞举升控制体瞬态受力变化??Ｆｉｇ．?７?Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｆｏｒｃｅ?ａｎａｌｙｓｉｓ??口柱塞速度?鲁?一？一举升Ｍ液流ｆｆｌ??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０??柱塞位移／井深／（ｍ／ｍ）??图５柱塞举升瞬时速度与压力梯度变化??Ｆｉｇ．?５?Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｌｕｎｇｅｒ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ａｎｄ?ｗｅｌｌｂｏｒｅ??ｐｒｅｓｓｕｒｅ??此密封槽内上部气体窜向上一级密封槽，同时气泡??窜过环缝时存在形变，过大的形变可导致气泡的破??碎；当气体和柱塞相对速度较大时，上窜气体主要??以气块形式通过环缝并进入上一级密封槽，大片的??气块可填满环缝从而抑制液体的下落。??⑷?（ｂ）?（ｃ）??图４环空内气液流型转变??Ｆｉｇ．?４?Ｆｌｏｗ?ｐａｔｔｅｒｎ?ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇａｓ－ｌｉｑｕｉｄ?ｆｌｏｗ?ｉｎ?ｔｈｅ??ａｎｎｕｌａｒ?ｇａｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｐｌｕｎｇｅｒ?ａｎｄ?ｔｕｂｅ??因此，结合环缝流场图片和实验现象可以看出，??当柱塞上行速度较大时，环缝空间漏气量较小，上??窜气体大多以独立的小气泡形式通过环缝，难以阻??止环缝中液体的下落；当柱塞上行速度较小时，环??缝空间漏气量较大，上窜气体以大片的连续气块形??式通过环缝，填满环缝的气块在此瞬间阻止了液体??的滑
【参考文献】：
期刊论文
[1]柱塞气举排水采气远程控制系统[J]. 李旭日,田伟,李耀德,杨亚聪,李丽,惠艳妮. 石油钻采工艺. 2015(03)
[2]柱塞气举排水采气工艺在定向井中的优化设计与应用[J]. 陈科贵,田宝,于静,付建国,侯旭. 断块油气田. 2014(03)
[3]柱塞气举动态模型的建立[J]. 何顺利,吴志均. 石油学报. 2005(04)
[4]柱塞气举影响因素分析及优化设计[J]. 何顺利,吴志均. 天然气工业. 2005(06)
本文编号：3509643
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１控制体示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｃｏｎｔｒｏｌ?Ｖｏｌｕｍｅ??ｍ??（ｐ［？，］?＿?Ｄ??ｋ?厂ｄｏｗｎ?＿?Ｊ?１??Ｉ＂／??ｎＤ＇２Ａｔ??ｍｌ！ｒｉ?＋?ｔｏｐ）
１１３６??工程热物理学报??４１卷??柱塞位移／井深／（ｍ／ｍ）??图６柱塞举升气液密封性瞬态变化??Ｆｉｇ．?６?Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇａｓ－ｌｉｑｕｉｄ?ｆｌｏｗ?ｓｅａｌｉｎｇ??ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ??气体的上窜会造成液柱含气率的增加，同时随??着井筒压力梯度的变化，气体密度变化同样会影响??液柱含气率，由图７可以看出，举升过程液柱含气??率不断增大，此现象是液柱体积减小，气体密度降??低，漏气量增大共同作用的结果。柱塞举升过程中??控制体受力可分为压差驱动力、摩擦阻力与重力三??由柱塞气举密封瞬态模型（式（６）、（７）可求得??柱塞举升过程中气液密封性瞬态变化，举升过程液??体泄漏瞬时流量以及液柱中气相体积含量如图６所??示。由图６可以看出，漏液质量流量在举升过程中??先增大后减校漏液流量随着柱塞瞬时速度的增大??而增大，随着柱塞瞬时速度的减小而减小，同时即使??柱塞速度相近，但在加速和减速阶段漏液流量仍相??差较远，由此可知柱塞速度和加速度共同影响着液??体密封性。随着关井时间增加，举升启动压差增大，??柱塞瞬态速度增大，漏液流童增大；因此，启动压差??的增大虽然可缩短举升时间，但也会增大液体泄漏??流量，单纯的增大关井时间并不能带来柱塞气举排??液效率的提高。??０．５５??一穿一拄塞下印压力一〇厂柱塞ｋ部／Ｉ力一井底流压??０．３５??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８??柱塞位移／井深／（ｍ／ｍ）??１．０??图７柱塞举升控制体瞬态受力变化??Ｆｉｇ．?７?Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｆｏｒｃｅ?ａｎａｌｙｓｉｓ??口柱塞速
量，单纯的增大关井时间并不能带来柱塞气举排??液效率的提高。??０．５５??一穿一拄塞下印压力一〇厂柱塞ｋ部／Ｉ力一井底流压??０．３５??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８??柱塞位移／井深／（ｍ／ｍ）??１．０??图７柱塞举升控制体瞬态受力变化??Ｆｉｇ．?７?Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｆｏｒｃｅ?ａｎａｌｙｓｉｓ??口柱塞速度?鲁?一？一举升Ｍ液流ｆｆｌ??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０??柱塞位移／井深／（ｍ／ｍ）??图５柱塞举升瞬时速度与压力梯度变化??Ｆｉｇ．?５?Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｌｕｎｇｅｒ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ａｎｄ?ｗｅｌｌｂｏｒｅ??ｐｒｅｓｓｕｒｅ??此密封槽内上部气体窜向上一级密封槽，同时气泡??窜过环缝时存在形变，过大的形变可导致气泡的破??碎；当气体和柱塞相对速度较大时，上窜气体主要??以气块形式通过环缝并进入上一级密封槽，大片的??气块可填满环缝从而抑制液体的下落。??⑷?（ｂ）?（ｃ）??图４环空内气液流型转变??Ｆｉｇ．?４?Ｆｌｏｗ?ｐａｔｔｅｒｎ?ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇａｓ－ｌｉｑｕｉｄ?ｆｌｏｗ?ｉｎ?ｔｈｅ??ａｎｎｕｌａｒ?ｇａｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｐｌｕｎｇｅｒ?ａｎｄ?ｔｕｂｅ??因此，结合环缝流场图片和实验现象可以看出，??当柱塞上行速度较大时，环缝空间漏气量较小，上??窜气体大多以独立的小气泡形式通过环缝，难以阻??止环缝中液体的下落；当柱塞上行速度较小时，环??缝空间漏气量较大，上窜气体以大片的连续气块形??式通过环缝，填满环缝的气块在此瞬间阻止了液体??的滑
【参考文献】：
期刊论文
[1]柱塞气举排水采气远程控制系统[J]. 李旭日,田伟,李耀德,杨亚聪,李丽,惠艳妮. 石油钻采工艺. 2015(03)
[2]柱塞气举排水采气工艺在定向井中的优化设计与应用[J]. 陈科贵,田宝,于静,付建国,侯旭. 断块油气田. 2014(03)
[3]柱塞气举动态模型的建立[J]. 何顺利,吴志均. 石油学报. 2005(04)
[4]柱塞气举影响因素分析及优化设计[J]. 何顺利,吴志均. 天然气工业. 2005(06)
本文编号：3509643
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