高含气井用潜油电泵气体处理器研制

潜油电泵系统在较高含气井中工作时,经常发生气锁,严重影响泵的性能和寿命.为了使进入潜油电泵的井液达到要求的气液比,目前是使用油气分离器,但是其分离效果较差,使用范围受到限制.介绍了一种新型高含气井用潜油电泵气体处理器.设计了特殊结构的叶轮、导轮、盖板和轮毂,组成混流通道,将高含气的井液处理为含气量低且流动性能如单相流的井液,使得该气体处理器具有比普通潜油泵更高的携气能力.现场应用表明：该气体处理器可使潜油电泵机组在气液较高的油井中稳定运行,效果显著.     

基于电参数的潜油电泵井动液面计算模型

针对目前潜油电泵井动液面实时监测困难,影响生产效率与效益的问题,基于潜油电泵井生产系统的构成和机采设备的工作原理,考虑油套环空中液面以上气体的热辐射、液面以下液体的热传导作用和电机、电缆发热等影响,建立了"四段法"潜油电泵井井筒流体温度计算模型;研究分析了实时监测的地面电参数与潜油电泵输入功率、泵有效举升高度、泵吸入口压力的内在关系以及潜油电泵的工作特性,推导了基于地面实测电参数的潜油电泵井动液面计算模型。现场17口油井资料计算分析结果表明:模型准确度较高,井筒流体温度的平均相对误差为8.75%,动液面的平均相对误差为6.98%。该方法能够实时准确地计算潜油电泵井动液面,为潜油电泵井智能化管理和实时优化调整提供理论和技术支持。     

潜油电泵井下气液分离器数值模拟

针对目前潜油电泵井下气液分离器处理气体能力有限的问题,基于计算流体动力学方法,运用ＲＳＭ
湍流模型对气液分离过程中气液分离器内部两相流流场开展了数值模拟,同时对气液分离器入口含气率进行了敏
感性分析,而且在数值模拟的基础上经过计算得出同一液量不同进气量情况下气液分离器的分离效率。模拟结果
和入口含气率敏感分析表明,气液分离器的分离片的数量偏少,导流片的分离导流能力不足,而且分离片和导流片
的位置不合理以及导流片距分离头的距离太大;分离器分离效率随入口含气率增加而增大,当入口含气率为７０％
时分离效率为５５．２％,气液分离器的分离效果不理想。     

泡沫油WINPROP相态研究

针对某些注气油藏,在降压过程中形成"非天生"的泡沫油,利用数值模拟研究泡沫油机理及后期参数优化及开发效果预测方面与其他泡沫油的数值模拟有很大区别。本文应用CMG中WINPROP相态模拟软件包,结合室内实验结果,对鲁克沁深层稠油油藏地层原油PVT实验数据进行拟合计算,主要包括地层流体和天然气组分合并、脱气油和含气油相态拟合、饱和压力、气-液相平衡计算等,最终得到能反应实际地层流体的性质变化的流体参数场,为下一步泡沫油数值模拟研究提供理论基础。     

气井涡流携液机理和携液效率数值模拟研究

针对目前气井涡流携液机理和效率认识不清,现场工程设计与分析主要依据经验,影响应用效果等问题,运用Auto CAD和Fluent流体模拟软件,建立了涡流工具气液两相流场模型,分析了气液混合物通过涡流工具前后的流动轨迹、流型变化特征和携液效率变化规律。研究结果表明,涡流工具将气液两相雾流转换为螺旋环流,液体以液膜形式沿管壁螺旋向上流动,而气体在油管中心以更高的速度流动。这种流态能够降低流动过程中的压力损失24.3%,提高流体速度13.5%,减小持液率3.3%,减弱气液两相之间的滑脱,提高气体携液能力。研究结果为涡流工具有效解决气井开采初期井底积液,提高地层能量利用率,以及延长气井自喷期提供了理论依据。     

潜油电泵油气分离器性能测试系统研制

油气分离器是潜油电泵的四大部件之一,机械结构简单,而内部流场却十分复杂,结构与分离效率的关系尚不能从理论上分析,为此研制了潜油电泵油气分离器性能测试系统。潜油电泵油气分离器测试系统主要由主体测试装置、钢结构托架与支座、气液测试管路3部分组成,通过测量进入油气分离器中井液的气体量以及经过油气分离器分离出来的气体量,计算出油气分离器的分离效率。它的成功研制为现有油气分离器的优化以及新型油气分离器的开发提供了准确可靠的依据,是油气分离器产品质量检验必不可少的试验设备。     

高含气井潜油电泵机组

为解决高含气井有效开发的需要,应用研究开发了高含气井用潜油电泵机组。机组采用"单级分离器+气体前置处理装置+多相泵"、"双级分离器或带导流罩气砂锚+多相泵"等组成形式,通过自主研发的计算机程序对油井和泵内各部件多相流进行分析与数值模拟,确定气体前置处理和分离结构形式,大幅提升了潜油电泵机组对气体的适应性,泵吸入口气液比提升到70%以上,扩大了应用范围。该机组可降低井底流压,提高高含气井单井产量,技术达到国际先进水平,推广应用前景好。     

叶轮开孔对高效气液混合器性能的影响

针对电潜泵用沉降式和旋转式油气分离器在高含气油井应用范围受限的问题,研究了适用于高含气条件的高效气液混合器。使用Fluent中的标准k-ε模型和气泡数平衡模型仿真模拟了高效气液混合器叶轮不同开孔孔径、开孔数量以及开孔位置的内部流场,以叶轮出口气体粒径的大小为依据得到了优化后的结构参数。仿真结果表明:在入口含气体积分数高于35%的高含气条件下,当叶轮开孔孔径为4.8 mm、开孔数量为2时,更有利于气泡的破碎;开孔的最佳位置位于高效气液混合器叶轮的轮盘低压区。研究结果对于我国高含气油井采油具有重要意义。     

气井排液用涡流工具在不同流态的适用性研究

目前国内对涡流工具的机理研究主要通过Fluent软件对流场进行模拟分析,但忽略了井筒实际的流态分布以及涡流工具在各流态下的适用性,导致对涡流工具机理认识不清。为了研究垂直管内流体在段塞流、搅动流和环状流下经过涡流工具前、后的动态变化过程,采用Fluent软件的瞬态模拟方法,分析流体在不同流态下经过涡流工具前、后流场的变化过程,解释涡流工具的工作机理和在各流态下的适应性。分析结果表明:涡流工具的主要作用机理是对流体能量进行转化,将部分静压转化为动压,且动压增量用于提供流体的切向速度,使流体气液相被有效分离;相比于段塞流和环状流,搅动流流体经过涡流工具后截面持液率降低,有效提高了气体的携液能力,因此涡流工具在搅动流下使用效果最佳。研究结果可为气井排液用涡流工具的现场应用提供参考。     

一种新型井下三级高效气液分离器分离特性实验

为解决高气液比油井井下气液高效分离的技术难题,开发设计了一种适用于多流型流体的井下三级高效气液分离器,建立了一套用于多流型的气液两相实验评价系统,实验中分离器入口液相流量为5~300 m3/d,入口含气率为5.0%~94.1%。实验研究结果表明,内筒体和外筒体之间的液位高度是保证分离器高效分离的关键指标。液位高度控制在合理临界液位下可实现在宽流程、高含气率、多流型,特别是振荡流型下气液混合物的高效分离,同时验证了该分离器具有较强的自适应能力,入口含气率在26.7%~94.1%范围内变化可实现高效的气液分离效率。该技术实现了井下小尺寸空间、高含气率、宽流程及多流型工况环境下气液高效分离,为海上油气田高含气井况电泵排液/举升的平稳运行提供有效解决方案。     

斜井潜油电泵扶正设计与冲蚀模拟

潜油电泵机组用于斜井采油时,横向力分量使电泵机组变形将改变其与套管的配合间隙甚至产生接触摩擦。鉴于此,建立了潜油电泵机组有限元模型,获得井斜度对电泵机组径向位移的影响规律。对扶正后电机外壳与套管间流场进行流体仿真分析,得到电机外壳井液速度分布规律,计算了不同含砂体积分数井液对电机外壳的冲蚀率,并预测电机使用寿命。研究结果表明:无扶正状态下电泵外壳最大径向位移随倾斜角度增大呈线性增长;设置扶正器后,最大流速有所下降,但随电泵倾角的增加而增大;井液含砂体积分数对电机壳体表面冲蚀率和寿命的影响呈线性关系。所得结论可为斜井环境中不同井斜度、多种管径配套尺寸的扶正方案及冲蚀寿命评估提供参考。     

基于科氏质量流量计的两相流计量方法研究

基于黏性流体的气泡模型,以空气-水为介质,对科氏质量流量计应用于空气-水两相流流量计量的方法进行了实验研究。根据密度降对质量流量计测得的混合密度进行修正,得到两相流的含气率;根据气泡模型对测得的质量流量进行修正。当含气率小于8%时,修正后气液两相混合流体的密度相对误差在2%以内。修正后的质量流量相对误差小于修正前的相对误差。该方法避开了对滑脱速度、干度等复杂关系的分析,为含气率较低时两相流质量流量的准确测量提供了一种较好的解决方法。     

新型高气液比混合器携气机理研究

新型高气液比混合器能解决电潜泵系统在高含气井中的气锁问题,为探究其工作机理,采用欧拉模型和气泡数平衡模型对混合器内气液两相流动进行了数值模拟,模拟了混合器内气泡的直径及流场压力和含气率的分布。模拟结果表明:叶轮出口高压液体通过混合器轮盘圆孔,回流至叶片非工作面最低压力区,与叶轮流道内正常流动流体形成交叉流,从而在该区域产生较为强烈的剪切摩擦,撕碎此处聚集的大尺度气泡;高气液比介质经过混合器多级混合后,气泡直径逐级减小,气相分布逐渐趋于均匀。研究结果可为后续建立混合器设计理论提供依据。     

含CO_2油气混输管道动态腐蚀研究

以国内某高温高压气田为例,应用失效分析理论、流体动力学理论和数值模拟方法,分析了高温高压高含气(气体体积分数约为95%)油气混输管道动态腐蚀机理。样品失效源于高温高压环境下不均匀分布的气液混合物CO2腐蚀―冲蚀共同作用。液相沉积和结构引起的湍动对管壁的冲击是管壁减薄的主要原因。根据现场试验,研究了高温高压条件下CO2动态腐蚀规律,提出了相关结论。     

青海油田机采井潜油电泵的选型及优化

潜油电泵井的系统效率与油井的油压、套压、产液量、动液面和油气比诸多因素有关。降低潜油电机的输入电功率或者提高潜油电泵的水力功率均有助于提高系统效率。对潜油电泵机组选型必须在油井的产液量和扬程确定后才能进行;在进行机组配套之前必须了解油藏是否含有腐蚀性气体成分,以便针对性地进行防腐处理。降低潜油电机的输入电功率或者提高潜油电泵的水力功率均有助于提高系统效率。     

电动潜油泵电机壳体和对应套管腐蚀原因分析及治理措施

介绍了胜坨油田潜油电泵电机壳体及对应套管的腐蚀现状及危害,运用Fluent软件和液固两相流模型,对潜油电泵电机壳体与对应套管内壁之间环空中的流场进行了数值模拟。结果表明,环空处流速大,变径处产生的湍流,加速了潜油电机壳体及对应套管的腐蚀,通过开发和应用107系列电机等三项配套技术,有效治理了电机壳体和对应套管的腐蚀,可为类似设备的使用提供参考。     

气顶油藏油气相渗曲线反演方法及应用

采油井气窜极大地影响气顶油藏的开发效果。生产实践证明,油气界面附近生产井的气窜程度及生产动态与数值模拟结果有较大差异。气顶油藏中,依据行业标准测得的相渗曲线因气饱和度端点值不准,其应用在数值模拟历史拟合与油田实际动态规律不符,影响了开发指标预测的合理性。应用数值模拟方法研究了油气相渗端点值对气顶油藏开发生产动态及最终采收率的影响。结合气顶油藏注水开发时油水和油气两相渗流规律,建立了气顶油藏水/气驱动模型,通过实际生产数据得到含气率导数与含气率的关系数据进行拟合,利用遗传算法反求得到油气相渗曲线特征参数最优解,实现了油气相渗曲线的反演。数值模拟结果表明,应用该方法得到的相渗曲线更加符合油田实际生产规律,可为该类型油藏采收率的合理确定及调整挖潜提供更为准确的参考。     

留北潜山大排量双作用柱塞泵的应用

留北潜山油田具有丰富的地热资源,供液能力比较充足,传统采用潜油电泵举升工艺,能达到大排量提液需求,但存在能耗高、维护成本高等缺点。因此研究了双作用泵配套塔式抽油机举升工艺,该工艺通过一次往复冲程完成两次进液和出液,可达到潜油电泵的排量,现场应用时配套塔式抽油机、开关磁阻电动机等节能设备,可大幅降低采液能耗,同时兼具维护成本低,操作简单等优点。现场应用6口井,日节电率与同排量的潜油电泵相比达到85%以上,节能、节支效益显著,为地热资源低成本高效开采提供了技术手段。     

海上大液量井电泵气举衔接式采油系统设计

针对潜油电泵检泵周期短、修井周期长,严重影响海上这种单井产量高且生产井少的油田产量这一生产技术难题,引入Hubert提出的潜油电泵与气举组合举升的思想,采用一趟管柱下潜油电泵与气举两种工艺进行衔接式生产,提高油井开采时率。依据相同排量条件下气举注气点深度与潜油电泵泵挂之间关系,提出了气举在上、电泵在下的常规管柱和电泵在上、气举在下的Y型管柱：并以油气水三相流入动态模型为基础,正确预测电泵井与气举井井筒压力温度剖面,建立了潜油电泵节点系统设计方法以及变地面注气压力法设计气举阀分布。海上某井实例模拟分析证实了潜油电泵与气举可采用同一油管柱,且当地层参数改变时,可择优选择其一系统工作,较好的保证了生产的连续性。对于海上同一平台既有电泵井又有高压气井解决类似的问题具有重要的现实意义。     

不同形状叶轮对潜油离心泵内数值流场的影响

对具有不同形状叶轮的潜油离心泵进行数值流场分析和研究,在Pro/E中建立三维几何模型,将模型转入GAMBIT进行网格划分,再利用Fluent软件模拟2种不同形状离心泵叶轮的三维流动。结果显示出离心泵内的压力场、速度场和湍流强度等情况,对比了不同形状叶轮对潜油离心泵内数值流场的影响,为其设计选型及改良提供了可靠依据。