天然氣井在開發(fā)過(guò)程中容易出現(xiàn)水合物冰堵的現(xiàn)象,對(duì)氣井生產(chǎn)效率和科學(xué)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(huì)增加經(jīng)濟(jì)成本以及井口處的風(fēng)險(xiǎn)性,可以利用井下節(jié)流技術(shù)。將節(jié)流器安裝在井筒中某合適深度,對(duì)氣流進(jìn)行降溫降壓,同時(shí)借助地層熱量來(lái)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(zhì)量和動(dòng)量守恒定律并結(jié)合井筒徑向傳熱原理,同時(shí)考慮流體物性參數(shù)與井筒溫度、壓力間相互關(guān)系和溫度壓力耦合效應(yīng),構(gòu)建氣井溫度壓力耦合預(yù)測(cè)模型。對(duì)所建立的模型采用四階龍格-庫(kù)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(diǎn),根據(jù)節(jié)流溫降、壓降數(shù)學(xué)模型,分段計(jì)算來(lái)得到節(jié)流工況下氣井參數(shù)變化圖,分析氣體相對(duì)密度和氣井產(chǎn)量對(duì)溫度、壓力的影響。結(jié)合相關(guān)計(jì)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(shí)際井例驗(yàn)證。利用建立的模型和程序能得到氣井內(nèi)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(fù)雜,且氣嘴直徑的突變會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定的層流變?yōu)橥牧鳡顟B(tài),流體流速加快,容易產(chǎn)生渦... 

【文章來(lái)源】：西安石油大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：71 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

氣體流經(jīng)節(jié)流氣嘴的狀態(tài)示意圖

9圖2-2氣井產(chǎn)量與節(jié)流壓力比的關(guān)系圖211p2()0.546p1KKKKβ==≈+(2-2)公式中，k:絕熱指數(shù)，k=Cp/Cv=1.3，無(wú)量綱。利用流體臨界狀態(tài)性質(zhì)，可以借助臨界壓力比βk來(lái)推導(dǎo)出大部分節(jié)流嘴產(chǎn)狀模型。無(wú)論井口節(jié)流或井下節(jié)流，當(dāng)節(jié)流嘴出口處流速與聲速比值等于1（流速1馬赫）時(shí)，臨界壓力比公式可簡(jiǎn)化為：21p0.5pKβ=≈(2-3)節(jié)流過(guò)程前后壓降為：12111Δp=p-p≈p-0.5p=0.5p(2-4)由公式（2-4）可知，當(dāng)節(jié)流壓差△P與節(jié)流嘴出口壓力P2相同時(shí)，通過(guò)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(yīng)，開閉井口閥門產(chǎn)生的壓力波動(dòng)不會(huì)對(duì)氣嘴上游管段壓力穩(wěn)定產(chǎn)生任何影響。采用井下節(jié)流技術(shù)，除了具有穩(wěn)定氣井產(chǎn)量、保證生產(chǎn)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(diào)查是關(guān)于臨界流動(dòng)狀態(tài)下的節(jié)流噴嘴模型。2.2氣液混合流體流經(jīng)節(jié)流嘴的熱力學(xué)模型在流經(jīng)節(jié)流嘴時(shí)氣、液兩相流體（或單相氣體）流速接近聲速，考慮到流速過(guò)快，導(dǎo)致其來(lái)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(rèn)為該過(guò)程屬于等熵絕熱膨脹過(guò)程，氣流或氣液兩相流進(jìn)入節(jié)流嘴后，由于渦流、摩擦效應(yīng)產(chǎn)生擾動(dòng)，致使節(jié)流過(guò)程不可逆�；跓崃W(xué)第一定律，節(jié)流過(guò)程能量交換關(guān)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(chǎn)生熱量互換（放熱為負(fù)，吸熱為正），J/kg；w1，w2：流動(dòng)介質(zhì)在節(jié)流嘴入口、出口的流速，m/s；i1，i2：流動(dòng)介質(zhì)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(jī)械功，J/kg；g：重力加速度，9.8m/s2；A：熱當(dāng)量，J/kg�？紤]到節(jié)流過(guò)程中流動(dòng)介質(zhì)與外界沒有熱交換且對(duì)外不做機(jī)械功，則q=0、L=0，公式（2-5）簡(jiǎn)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(jì)算模型可得如下結(jié)論：氣、液兩相流體經(jīng)過(guò)節(jié)流嘴時(shí)，在氣嘴腔內(nèi)損失的內(nèi)能（i1-i2）轉(zhuǎn)化為動(dòng)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(yīng)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(guān)系成反比，即V1＜V2。通過(guò)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(xué)原理，節(jié)流前后流體的熵值不變（S1=S2），由于產(chǎn)生了內(nèi)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(guò)程中流體內(nèi)能轉(zhuǎn)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(guò)程示意圖對(duì)氣、液混合流體流態(tài)展開分析可知流速增加，當(dāng)不考慮慣性和摩擦效應(yīng)造成的能量損失，節(jié)流前后流體動(dòng)能增量均是由消耗的內(nèi)能所轉(zhuǎn)化。節(jié)流作用使混合流體溫度下降，導(dǎo)致節(jié)流嘴出口周圍容易生成水合物。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：2909402