柱塞氣舉排水采氣工藝具有良好的技術(shù)經(jīng)濟性,深刻掌握其流體動力學(xué)機理與系統(tǒng)規(guī)律,是改善其工業(yè)應(yīng)用效果的關(guān)鍵。本文以柱狀柱塞及其上部含氣液柱為研究對象,通過受力分析建立柱塞氣舉瞬態(tài)泄漏量物理模型;利用有限差分方法實現(xiàn)模型求解;結(jié)合室內(nèi)實驗實現(xiàn)模型驗證與應(yīng)用。新模型考慮了柱塞舉升過程中的液體泄漏,也考慮了舉升液柱含氣率的瞬態(tài)變化,更貼近實際工況。揭示了柱塞氣舉過程中舉升壓差、柱塞上行速度、液體泄漏流量和舉升液柱含氣率的瞬態(tài)變化過程;發(fā)現(xiàn)積液液柱含氣率隨著舉升過程逐漸增大;柱塞上行瞬時速度與加速度共同影響液體泄漏,液體泄漏流量隨著舉升過程先增大后減小。 

【文章來源】：工程熱物理學(xué)報. 2020,41(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖１控制體示意圖??Ｆｉｇ．?１?Ｃｏｎｔｒｏｌ?Ｖｏｌｕｍｅ??ｍ??（ｐ［？，］?＿?Ｄ??ｋ?廠ｄｏｗｎ?＿?Ｊ?１??Ｉ＂／??ｎＤ＇２Ａｔ??ｍｌ�。颍�?＋?ｔｏｐ）

１１３６??工程熱物理學(xué)報??４１卷??柱塞位移／井深／（ｍ／ｍ）??圖６柱塞舉升氣液密封性瞬態(tài)變化??Ｆｉｇ．?６?Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇａｓ－ｌｉｑｕｉｄ?ｆｌｏｗ?ｓｅａｌｉｎｇ??ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ??氣體的上竄會造成液柱含氣率的增加，同時隨??著井筒壓力梯度的變化，氣體密度變化同樣會影響??液柱含氣率，由圖７可以看出，舉升過程液柱含氣??率不斷增大，此現(xiàn)象是液柱體積減小，氣體密度降??低，漏氣量增大共同作用的結(jié)果。柱塞舉升過程中??控制體受力可分為壓差驅(qū)動力、摩擦阻力與重力三??由柱塞氣舉密封瞬態(tài)模型（式（６）、（７）可求得??柱塞舉升過程中氣液密封性瞬態(tài)變化，舉升過程液??體泄漏瞬時流量以及液柱中氣相體積含量如圖６所??示。由圖６可以看出，漏液質(zhì)量流量在舉升過程中??先增大后減校漏液流量隨著柱塞瞬時速度的增大??而增大，隨著柱塞瞬時速度的減小而減小，同時即使??柱塞速度相近，但在加速和減速階段漏液流量仍相??差較遠，由此可知柱塞速度和加速度共同影響著液??體密封性。隨著關(guān)井時間增加，舉升啟動壓差增大，??柱塞瞬態(tài)速度增大，漏液流童增大；因此，啟動壓差??的增大雖然可縮短舉升時間，但也會增大液體泄漏??流量，單純的增大關(guān)井時間并不能帶來柱塞氣舉排??液效率的提高。??０．５５??一穿一拄塞下印壓力一〇廠柱塞ｋ部／Ｉ力一井底流壓??０．３５??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８??柱塞位移／井深／（ｍ／ｍ）??１．０??圖７柱塞舉升控制體瞬態(tài)受力變化??Ｆｉｇ．?７?Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｆｏｒｃｅ?ａｎａｌｙｓｉｓ??口柱塞速

量，單純的增大關(guān)井時間并不能帶來柱塞氣舉排??液效率的提高。??０．５５??一穿一拄塞下印壓力一〇廠柱塞ｋ部／Ｉ力一井底流壓??０．３５??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８??柱塞位移／井深／（ｍ／ｍ）??１．０??圖７柱塞舉升控制體瞬態(tài)受力變化??Ｆｉｇ．?７?Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｆｏｒｃｅ?ａｎａｌｙｓｉｓ??口柱塞速度?魯?一？一舉升Ｍ液流ｆｆｌ??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０??柱塞位移／井深／（ｍ／ｍ）??圖５柱塞舉升瞬時速度與壓力梯度變化??Ｆｉｇ．?５?Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｌｕｎｇｅｒ?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ａｎｄ?ｗｅｌｌｂｏｒｅ??ｐｒｅｓｓｕｒｅ??此密封槽內(nèi)上部氣體竄向上一級密封槽，同時氣泡??竄過環(huán)縫時存在形變，過大的形變可導(dǎo)致氣泡的破??碎；當氣體和柱塞相對速度較大時，上竄氣體主要??以氣塊形式通過環(huán)縫并進入上一級密封槽，大片的??氣塊可填滿環(huán)縫從而抑制液體的下落。??⑷?（ｂ）?（ｃ）??圖４環(huán)空內(nèi)氣液流型轉(zhuǎn)變??Ｆｉｇ．?４?Ｆｌｏｗ?ｐａｔｔｅｒｎ?ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇａｓ－ｌｉｑｕｉｄ?ｆｌｏｗ?ｉｎ?ｔｈｅ??ａｎｎｕｌａｒ?ｇａｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｐｌｕｎｇｅｒ?ａｎｄ?ｔｕｂｅ??因此，結(jié)合環(huán)縫流場圖片和實驗現(xiàn)象可以看出，??當柱塞上行速度較大時，環(huán)縫空間漏氣量較小，上??竄氣體大多以獨立的小氣泡形式通過環(huán)縫，難以阻??止環(huán)縫中液體的下落；當柱塞上行速度較小時，環(huán)??縫空間漏氣量較大，上竄氣體以大片的連續(xù)氣塊形??式通過環(huán)縫，填滿環(huán)縫的氣塊在此瞬間阻止了液體??的滑

【參考文獻】：
期刊論文
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