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过桥式封隔器内流特性研究及结构优化

作　者: 沈晶
导　师: 王尊策
学　校: 大庆石油学院
专　业: 油气田地面工程
关键词: 过桥式封隔器返气装置实验研究结构优化数值模拟
分类号: TE931.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

气井积液造成气井水淹是制约天然气开采的重要问题,排水采气是解决此类气井开采的有效方法。常规排水采气工艺存在着设备多、投资大、污染环境等问题。因此,从低污染、低投入、高产出角度出发,研制一种经济有效、简单易行的,能够实现井下气液分离及回注的系统。目前,国外部分气田已在实际生产中应用井下气液分离及回注技术,并收到了良好的效果,近两年,国内也开始进行了相关工艺研究。本文针对井下气液分离系统中过桥式封隔器返气装置内流体的流动特性展开研究。在回注层安装一个过桥式封隔器,使回注到注水层的富水流中的少量气体通过聚集,再经由排气装置回到开采层。过桥式封隔器的使用可以极大提高油田的采气量。利用流体动力学软件FLUENT,以κ-ε模型为湍流模型,基于控制体积法,应用SIMPLE算法,对简化的过桥式封隔器返气装置的内部流场进行了数值模拟,得到其压力分布特性规律以及不同参数下,浮子受力的情况。为了验证数值计算结果,对过桥式封隔器返气装置进行了实验研究,结果表明,实验结果与数值计算结果吻合较好。通过数值模拟和实验研究建立了浮子大小及其他参数与浮子受力的关系,通过对以上影响关系的分析可知,排气装置采用球座直径为3.3mm、球浮子直径为4mm、阻尼孔直径为2mm的返气结构具有更好的返气阻水效果。本文工作为进一步研究井下气液分离系统中过桥式封隔器返气装置的结构特性提供了一定的理论和经验。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
创新点摘要  6-9
前言  9-16
  一、常规气井排液工艺方法  9-10
  二、井下气液分离及回注系统研究现状  10-12
  三、气液两相流研究概述  12-13
  四、绕流问题的基本概述  13-14
  五、本课题研究的目的、意义及内容  14-16
第一章过桥式封隔器单相流场的数值模拟  16-35
  1.1 过桥式封隔器返气装置的工作原理  16-17
  1.2 返气装置单相介质数学模型  17-22
    1.2.1 浮子的受力分析  17-18
    1.2.2 流体绕流运动分析  18-19
    1.2.3 基本控制方程  19-20
    1.2.4 湍流模型的选择  20-21
    1.2.5 控制方程的离散  21-22
  1.3 几何模型的建立  22-24
    1.3.1 几何模型的简化  22-23
    1.3.2 网格的划分  23-24
  1.4 边界条件的处理  24-25
    1.4.1 基本边界条件  24-25
  1.5 单相流场的数值计算结果及分析  25-34
    1.5.1 数值模拟迭代计算  25
    1.5.2 流体的迹线  25
    1.5.3 气体介质中的流场分析  25-32
    1.5.4 液体介质流场分析  32-34
  1.6 本章小结  34-35
第二章过桥式封隔器气液两相流场的数值模拟  35-45
  2.1 气液两相流基本概述  35-36
  2.2 描述气液两相混合物流动的一些基本参数  36-37
    2.2.1 体积流量  36
    2.2.2 气液两相流的平均流速  36
    2.2.3 来流的截面含气率  36
    2.2.4 体积分数  36-37
    2.2.5 来流的平均密度  37
  2.3 气液两相流绕流的计算模型  37-39
    2.3.1 气液两相流绕流基本控制方程  37-38
    2.3.2 气液两相流紊流模型  38-39
    2.3.3 边界条件的处理  39
    2.3.4 数值解法  39
  2.4 气液两相流场的数值计算结果与分析  39-44
    2.4.1 气相浓度分布  39
    2.4.2 压力场的分布  39-40
    2.4.3 影响因素的分析  40-44
  2.5 本章小结  44-45
第三章过桥式封隔器返气装置的实验研究  45-58
  3.1 返气装置的实验工装  45-48
  3.2 返气装置实验样机  48-49
  3.3 阻尼孔的更换  49-50
  3.4 实验方案的制定  50-56
    3.4.1 实验方法  50
    3.4.2 气体介质室内实验  50-53
    3.4.3 液体介质室内实验  53-54
    3.4.4 气液混合介质室内实验  54-56
  3.5 流场数值模拟结果与实验数据的比较  56-57
    3.5.1 不同阻尼孔时球直径与压降的关系  56
    3.5.2 工作流量与浮子所受合力的关系  56-57
  3.6 本章小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-62
发表文章目录  62-63
致谢  63-64
详细摘要  64-69

过桥式封隔器内流特性研究及结构优化

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