天然氣井在開發(fā)過程中容易出現(xiàn)水合物冰堵的現(xiàn)象,對氣井生產效率和科學管理造成巨大影響。由于常規(guī)的地面節(jié)流工藝需要加熱保溫裝置,會增加經濟成本以及井口處的風險性,可以利用井下節(jié)流技術。將節(jié)流器安裝在井筒中某合適深度,對氣流進行降溫降壓,同時借助地層熱量來提高氣流溫度,以保證節(jié)流后氣體溫度高于該壓力條件下水合物生成溫度,避免水合物的生成。本文從井下節(jié)流原理入手,基于能量、質量和動量守恒定律并結合井筒徑向傳熱原理,同時考慮流體物性參數(shù)與井筒溫度、壓力間相互關系和溫度壓力耦合效應,構建氣井溫度壓力耦合預測模型。對所建立的模型采用四階龍格-庫塔法求解,并編制MATLAB程序,獲得氣井溫度、壓力隨井深分布圖。以節(jié)流器所在深度為節(jié)點,根據(jù)節(jié)流溫降、壓降數(shù)學模型,分段計算來得到節(jié)流工況下氣井參數(shù)變化圖,分析氣體相對密度和氣井產量對溫度、壓力的影響。結合相關計算公式確定節(jié)流器的主要工藝參數(shù),包括節(jié)流器合理下入深度和氣嘴口徑等,并以實際井例驗證。利用建立的模型和程序能得到氣井內流體參數(shù)沿井深的分布情況,考慮到節(jié)流氣嘴周圍流體流態(tài)十分復雜,且氣嘴直徑的突變會導致穩(wěn)定的層流變?yōu)橥牧鳡顟B(tài),流體流速加快,容易產生渦... 

【文章來源】：西安石油大學陜西省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

氣體流經節(jié)流氣嘴的狀態(tài)示意圖

9圖2-2氣井產量與節(jié)流壓力比的關系圖211p2()0.546p1KKKKβ==≈+(2-2)公式中，k:絕熱指數(shù)，k=Cp/Cv=1.3，無量綱。利用流體臨界狀態(tài)性質，可以借助臨界壓力比βk來推導出大部分節(jié)流嘴產狀模型。無論井口節(jié)流或井下節(jié)流，當節(jié)流嘴出口處流速與聲速比值等于1（流速1馬赫）時，臨界壓力比公式可簡化為：21p0.5pKβ=≈(2-3)節(jié)流過程前后壓降為：12111Δp=p-p≈p-0.5p=0.5p(2-4)由公式（2-4）可知，當節(jié)流壓差△P與節(jié)流嘴出口壓力P2相同時，通過節(jié)流嘴的流體為臨界流態(tài)。采用井口節(jié)流或井下節(jié)流工藝，在臨界工況下考慮氣嘴鎖閉效應，開閉井口閥門產生的壓力波動不會對氣嘴上游管段壓力穩(wěn)定產生任何影響。采用井下節(jié)流技術，除了具有穩(wěn)定氣井產量、保證生產效率和抑制油井出沙的作用，還能提高氣流攜液能力。因此，大部分研究和調查是關于臨界流動狀態(tài)下的節(jié)流噴嘴模型。2.2氣液混合流體流經節(jié)流嘴的熱力學模型在流經節(jié)流嘴時氣、液兩相流體（或單相氣體）流速接近聲速，考慮到流速過快，導致其來不及與外界環(huán)境（包括油套環(huán)空、套管、水泥壁面、地層等組成的多環(huán)壁）發(fā)生熱交換便流出節(jié)流器。認為該過程屬于等熵絕熱膨脹過程，氣流或氣液兩相流進入節(jié)流嘴后，由于渦流、摩擦效應產生擾動，致使節(jié)流過程不可逆。基于熱力學第一定律，節(jié)流過程能量交換關系符合公式（2-5）：()()222121q=i-i+w-w+2gAAL(2-5)公式中，q：節(jié)流系統(tǒng)與外界產生熱量互換（放熱為負，吸熱為正），J/kg；w1，w2：流動介質在節(jié)流嘴入口、出口的流速，m/s；i1，i2：流動介質在節(jié)流嘴入口、出口的焓值，J/kg；

10L：同外界環(huán)境交換的機械功，J/kg；g：重力加速度，9.8m/s2；A：熱當量，J/kg�？紤]到節(jié)流過程中流動介質與外界沒有熱交換且對外不做機械功，則q=0、L=0，公式（2-5）簡化為：()221221i-i=w-w2gA(2-6)節(jié)流嘴出口處流體流速為：()221122gw=w+i-iA(2-7)由上述計算模型可得如下結論：氣、液兩相流體經過節(jié)流嘴時，在氣嘴腔內損失的內能（i1-i2）轉化為動能，使流體節(jié)流后流速急劇增加。如圖2-3所示，根據(jù)等熵絕熱膨脹效應的P-V圖和T-S圖可知：流體在節(jié)流裝置入口（狀態(tài)I）壓力P1大于出口（狀態(tài)II）壓力P2，而比容與壓力關系成反比，即V1＜V2。通過P-V圖中曲線下方所圍區(qū)域（a-b-II-I）表示流體節(jié)流中所做膨脹功�；跓崃W原理，節(jié)流前后流體的熵值不變（S1=S2），由于產生了內能損失（△i=i1-i2），節(jié)流嘴出口溫度T2低于入口溫度T1。這是節(jié)流過程中流體內能轉化為膨脹功的情形。（a）（b）（c）圖2-3節(jié)流嘴等熵絕熱膨脹過程示意圖對氣、液混合流體流態(tài)展開分析可知流速增加，當不考慮慣性和摩擦效應造成的能量損失，節(jié)流前后流體動能增量均是由消耗的內能所轉化。節(jié)流作用使混合流體溫度下降，導致節(jié)流嘴出口周圍容易生成水合物。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]氣井井下節(jié)流溫降壓降模型建立及節(jié)流參數(shù)的研究[J]. 曹銀萍,宋振宇,竇益華,鄭杰.  石油工業(yè)技術監(jiān)督. 2019(11)
[2]產液水平氣井井下節(jié)流工藝參數(shù)優(yōu)化及應用[J]. 周艦.  石油機械. 2018(04)
[3]地下儲氣庫注采井溫度壓力耦合分析[J]. 張弘,申瑞臣,梁奇敏,董文濤.  科學技術與工程. 2017(31)
[4]井下節(jié)流技術在塔里木油田的應用評價[J]. 王發(fā)清,曹建洪,曹獻平,陳德飛,秦漢.  鉆采工藝. 2017(04)
[5]高溫高壓井雙封隔器管柱安全評估[J]. 胡志強,楊進,李中,李文龍,顧岳,李舒展.  石油鉆采工藝. 2017(03)
[6]水力壓裂注入流體流動新模型[J]. 陳守雨,杜林麟,宋博,張佩波,高萌迪.  中外能源. 2016(03)
[7]高溫高壓井套管多環(huán)空壓力體積耦合分析[J]. 竇益華,薛帥,曹銀萍.  石油機械. 2016(01)
[8]產水氣井井下節(jié)流參數(shù)優(yōu)化設計新方法[J]. 王一妃,王京艦,胥元剛,馬昌慶,余東合,王金霞.  石油鉆采工藝. 2015(06)
[9]深水油氣井開采過程環(huán)空壓力預測與分析[J]. 張波,管志川,張琦.  石油學報. 2015(08)
[10]產水氣井井筒溫度壓力計算方法[J]. 李波,甯波,蘇海洋,劉虹,位云生.  計算物理. 2014(05)

碩士論文
[1]柯克亞深層凝析氣藏井下節(jié)流模擬[D]. 劉德生.西南石油大學 2007
[2]井下節(jié)流機理研究及現(xiàn)場應用[D]. 佘朝毅.西南石油學院 2004



本文編號：2909402