多级气力天然气排水喷射器研制
我国天然气工业发展迅速，但其开采为衰竭模式，生产后期会产生气井积液导致产量降低，严重时会导致停产。喷射器可以对引射流体升压而不直接消耗机械能，具有运转稳定且可靠等优点，加之气田现场采出了大量的带压天然气，稍许加压就是很好的喷射器动力源工作介质，且改动工作量小，具有较好的经济效益。基于此，本文提出了一种基于天然气的气力排水喷射器。但单级喷射器显然无法提供足够的动力把井底积液输运到井口，尤其是深井，这就需要多级喷射器串联使用，以达到动力的要求。 为了确定多级气力天然气排水喷射器的几何模型，基于动量守恒方程并引入气体动力学函数，推导出了多级气液喷射器的特性方程、最佳面积比和喷射系数方程，同时运用VB语言开发了气-液两相流喷射器的设计程序，极大简化了喷射器的计算工作量，依此设计出多级气液喷射器的几何尺寸。 根据多级串联喷射器组的连接特点，引射水只从第一级喷射器引入，后面各级不再额外引入水，因此，第一级喷射器引入水量的多少对各级喷射系数和总喷射系数的大小其关键性作用，而对第一级喷射器引入水量起关键作用的又是一级喷射器的压缩比。为了搞清楚一级喷射器的压缩比对串联喷射器组喷射性能的影响规律，首先运用串联射器组的特性方程研究了一级压缩比对各级喷射系数和总喷射系数影响，再运用计算流体力学数值模拟方法对二、三级串联喷射器组的一级压缩比对各级喷射系数和总喷射系数影响进行了数值模拟研究，结果表明:(1)随着一级压缩比的增大，各级喷射系数及总喷射系数均逐渐减小;一级喷射系数减小幅度最大，后面各级减小幅度依次减小，总喷射系数减小幅度最小;(2)一级喷射系数大于二级喷射系数大于三级喷射系数，以此类推，大于总喷射系数;(3)数值模拟结果小于理论分析结果，考虑了系统阻力及真实气体状态的数值模拟结果更加符合实际。 考虑到操作参数的波动性，运用数值模拟方法分别分析了二级串联喷射器组的一级喷射器出口压力和三级串联喷射器组的一级、二级出口压力对总喷射系数的影响特性曲线，结果表明:特性曲线分为倾斜段和垂直段，在倾斜段上喷射系数随出口压力的减小而增大，在垂直段上喷射系数急剧下降且不随着出口压力变化而变化，此时喷射器性能急剧下降，表明喷射器进入了极限状态。混合段与喷嘴缩颈处的截面比越大，倾斜段到垂直段的转折点可达到喷射系数越大，但倾斜段喷射系数却越小，所以需要较高排出口压力的时候可以选用小截面比的喷射器串联，需要较高喷射系数的时候可以选用大截面比的喷射器串联。 作为一个整体，各级喷射器的压缩比匹配对串联喷射器组的整体性能影响至关重要，通过数值模拟分析了多级气力天然气排水喷射器的级间匹配，结果表明:二级串联喷射器组的压缩比分配建议取值1∶1.2;三级串联喷射器组的压缩比分配建议取值1∶1.4∶1.1。 最后在多级气力天然气排水的喷射器出口流量已知的情况下，使用临界液滴携液模型推导出了现场气井的油管临界直径的计算公式。
气田开采;气力排水喷射器;几何尺寸;程序设计
西安石油大学
硕士
化工过程机械
周三平
2022
中文
TE933.502
2023-05-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）