组合式排水采气工具在采气过程中的数值模拟研究

发布时间：2017-06-24 22:22

  本文关键词：组合式排水采气工具在采气过程中的数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：天然气井在开发不同阶段都面临着地层出水、凝析液析出的现象,积液严重时会造成气井水淹停产。传统涡流工具具有结构简单、体积小、效率高、无污染的特点,在国内外气田生产中获得了广泛应用。然而,传统涡流工具在面对不同油气田井底工况参数、不同井筒内生产参数时,其排水携液效果也存在差异。因此,为解决目前现场凭经验应用涡流工具、缺乏对排水采气工艺设计理论认识的问题,基于气液两相流理论,并结合喷雾学的相关理论,本文提出了一种新型组合式机械气液分离装置,并建立了组合式涡流工具出口携液持续距离的数学模型,为新型机械式排水采气工具的研究奠定理论基础;采用有限元分析方法,借助Fluent仿真软件对组合式井下分离装置流域内的气液复杂流动进行数值模拟,探究新型雾化喷头的结构参数对涡流工具排水采气效果的影响。研究表明,雾化喷头的喷嘴直径越小,喷射出的流体速度越大,由于考虑了井底积液中存在固体杂质的因素、避免喷射前后压降过大,选取直径为6mm的喷嘴,可将约50%的液滴直径控制在0.09~0.12mm的范围内;喷口长度取喷嘴直径的1倍;喷嘴个数的增加可以增强井筒内流体的扰动程度,但组合方式及空间布局的差异会对喷头上方液滴的碰撞、聚并、回落产生影响,中心喷嘴位于周围喷嘴上方的雾化喷头装置可以有效地削弱日气量等生产参数对涡流工具气液分离的影响,增强了组合式涡流工具的井下适应性;确定了雾化喷头与涡流工具之间安防距离为181~185mm。通过三维模型的数值模拟计算得出,优化后的井下雾化喷头与涡流工具的组合使用有助于遏制积液倒灌、井筒压能损失过大及水锁效应的发生,为近一步展开新型组合式机械排水采气工具的现场试验及应用提供了理论支持及指导意见。
【关键词】：气井 雾化 排水采气 数值模拟
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE377
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 创新点摘要6-9
• 第一章 绪论9-11
• 1.1 气井井底积液的形成及危害9-10
• 1.2 国内外井下排水采气工艺研究的发展现状10-11
• 第二章 气液两相流流动规律11-27
• 2.1 气液两相流动特点和研究方法11-12
• 2.2 气液两相流的流动模型12-21
• 2.2.1 基本参数及方程13-15
• 2.2.2 三种常见气液两相流流动形态模型15-20
• 2.2.3 典型两相流流态转换20-21
• 2.3 铅直圆管气液两相管流21-27
• 第三章 新型排水采气工具携液距离的计算27-35
• 3.1 天然气井井筒液滴运动规律研究27-32
• 3.1.1 天然气井井筒液滴气体动力学分析27-30
• 3.1.2 天然气井井筒底部积液的判断及程度划分30-32
• 3.2 排水采气工具携液持续距离的理论计算32-35
• 第四章 组合式排水采气工具模型的建立35-40
• 4.1 工具结构及工作原理35-36
• 4.2 组合式涡流工具模型的建立及结构简化36-37
• 4.3 利用ICEM划分网格37-40
• 4.3.1 二维网格37-38
• 4.3.2 三维网格38-40
• 第五章 组合式排水采气工具内气液两相流场的数值模拟40-47
• 5.1 气液两相流计算模型概述40-44
• 5.1.1 基本方程40-41
• 5.1.2 湍流模型41-43
• 5.1.3 多相流模型43-44
• 5.1.4 边界条件假设及数值求解方法44
• 5.2 流场数值模拟的模型选取44-47
• 5.2.1 几何模型44-46
• 5.2.2 物理模型46-47
• 第六章 组合式排水采气工具气液分离规律研究47-66
• 6.1 组合式排水采气工具设计的目的及意义47
• 6.2 井下雾化喷头结构参数优化及影响规律研究47-60
• 6.2.1 喷嘴直径对天然气井筒内气液分离的影响48-54
• 6.2.2 喷嘴个数对天然气井筒内气液分离的影响54-57
• 6.2.3 多喷嘴组合方式对天然气井筒内气液分离的影响57-60
• 6.3 井下前置雾化喷头安放位置的影响规律研究60-62
• 6.4 组合式排水采气工具携液效果的规律研究62-66
• 结论66-67
• 参考文献67-70
• 发表文章目录70-71
• 致谢71-72

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