煤层气井喷射泵携煤粉排水采气工艺技术研究

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作者王忠博
来源中国石油大学(华东)
出版年2020
摘要
煤层气井排水采气常采用抽油泵采水方式,当煤粉量较多时,抽油泵适应性较差,造成卡泵、埋泵等问题,为了建立携煤粉排水采气举升工艺技术,开展了使用喷射泵携煤粉排水采气理论和技术研究,对含煤粉的固液两相流体在喷射泵内部的能量转换及相关影响因素进行理论研究,并设计了喷射泵试验装置,对理论研究的携煤粉能力、流道内煤粉易沉积部位、系统效率影响因素等加以试验验证,为喷射泵携煤粉排水采气举升系统的改进,做出了有益研究。根据煤层气井携煤粉排采对举升系统性能技术要求,对喷射泵排采适应性进行了分析,优选采用同心双管柱工艺技术方案。基于固液两相流理论,对井筒中含煤粉固液两相流展开了理论研究,根据煤粉颗粒在井筒内液相流体中的受力情况,分析了煤粉沉降特性,结合相关研究成果,总结出煤粉在井筒内不同情况下的沉降末速以及煤粉水在管道输送过程中的压力损失因素,利用透明亚克力管垂直管道煤粉颗粒实验系统,对在静水和流动水中的沉降特性进行了可视化模拟实验测试,利用实验数据拟合得到了低浓度下样品煤粉颗粒在井筒中沉降末速公式,可用于喷射泵排煤粉能力计算模型中对动力液最小流量的选择。基于喷射泵基本特性理论,推导了考虑固液两相流的非等密度体系中喷射泵的特性方程,对携煤粉喷射泵的主要部件优选进行了分析;论文研究过程中,设计搭建了喷射泵携煤粉排水采气实验装置,该装置包括动力系统、管路系统、搅拌破碎煤粉装置、喷射泵排煤粉装置和数据采集系统五部分,利用该装置对面积比分别为R=0.27、R=0.32、R=0.36的喷射泵在模拟地层产出液所含煤粉体积浓度分别为0%、5%、15%、30%、50%的条件下进行了基本特性试验研究,试验结果表明:喷射泵面积比的增大将导致喷射泵压力比随流量比的变化速率增大,当R=0.32时,效率值最大;地层产出液含煤粉浓度的增大将导致喷射泵的举升能力减弱、效率降低,且使得喷射泵携煤粉量增大,从而导致喷射泵各部件内部能量损失增大,其中喷射泵在运行过程中喉管和扩散管内能量损失最大。

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