产水气井井下节流携液机理研究

气井井下节流能有效防止井筒和地面管线水合物堵塞，简化地面工艺流程，降低其生产与管理成本，在国内外气田得到推广应用。但应用于产水气井时，部分井达到了井下节流目的且地层激动基本消除、携液能力明显增强，而部分井却加速积液停产。究其原因是对产水气井井下节流气液两相管流及嘴流携液机理认识不清，适应条件不明确，节流器嘴径和下深设计不合理。本项目拟借助930m模拟实验井和25m可视化垂直多相管流模拟实验架，开展气水两相管流及嘴流宏观与微观实验，研究节流场液滴形成、变形及破碎过程，揭示井下节流携液机理；研究井筒流型对嘴流特性以及嘴流对管流流型、持液率等的影响，建立产水气井井下节流后的两相管流流型判别及压降计算方法，建立考虑管流流型的气水两相嘴流数学模型，提出产水气井井下节流适应条件，形成一套产水气井井下节流工艺设计、分析和诊断的理论与方法。研究成果对提高产水气井开采技术水平具有重要的科学意义和现实意义。

气井井下节流已成为气田简化地面流程和节能降耗的关键技术。但应用于产水气井时，部分井达到了井下节流目的且地层激动基本消除、携液能力明显增强，而部分井却加速积液停产。为揭示产水气井井下节流气液两相管流及嘴流携液机理，研究借助930m模拟实验井和可视化多相管流模拟实验架，开展了气水两相管流及嘴流实验，考虑气液间的滑脱，建立了新的气液嘴流模型，首次将井下节流与管流耦合研究，综合考虑连续携液、气体举液机理和嘴流特性，提出了井下节流携液判断方法和相应嘴深设计方法。首次利用高速摄像仪观测到高速气流中液滴形状呈椭球形变化，系统测量了不同韦伯数下的液滴椭球度，建立了椭球度计算方法，完善了气井携液模型，模型考虑了液滴变形，临界韦伯数的变化，液滴平均压差及液滴直径的影响，并解释了临界携液流量存在差异的根本原因。为了研究气井流体在井筒内的瞬态流动特性，本研究建立了气井井筒瞬态流动数学模型，根据隐式中心有限差分法建立差分方程组，解释了气井井口压力瞬态异常的原因。利用井下节流器的结构特点，其有利于截获回流液体或形成上下游压差，发明了《一种用于水平气井排液采气的装置及方法》与《一种泡沫排水采气井下自动加药装置及方法》排液采气工艺，极大地丰富了排液采气措施，在气井连续携液、排液和嘴流基础理论方面所取得的创新性认识，对提高产水气井开采技术水平具有重要的科学意义和应用价值。