低压漏失井射流泵冲砂洗井技术研究

摘要

在油井开采中，地层中的砂粒会随着地层液体的冲刷从岩层中脱落，随着地层液体一起进入采油井并在井中沉积，井内沉积的砂子不断积聚造成油层堵塞，会导致油井产油量下滑，甚至不产油；并且细小的砂粒会随着采出液进入采油设备，使设备严重磨损，造成不必要的损失。射流泵油井排砂成为了石油开采修井作业中的一个重要问题。本文针对这一问题，在前人的研究成果基础上，结合实际要求，建立了射流泵井下流场的数学模型。并通过对新型射流泵冲砂洗井系统进行一系列的数值模拟分析和室内实验研究，为射流泵的结构优化和效率提高提供理论和实践依据。
　　本文研究了射流泵流量比、面积比、扰砂喷嘴、不同吸入口角度、冲砂液性质、砂粒参数对射流泵流场的影响，通过单相流和固液两相流fluent数值模拟研究发现：在增加了扰砂喷嘴后，射流泵的流量比M主要是由两个喷嘴的结构决定的，当两个喷嘴结构相似时，流量比与两喷嘴的出口直径的平方比相等；流量比与面积比的配合关系对射流泵的性能有着重要的影响，合适的配合会使射流泵更加节能，最优组合：面积比R为0.5，流量比M为0.2；扰砂喷嘴的加入并未对喉管内的速度流场产生明显的影响，不会影响喉管口低压吸附作用和喉管内混合过程；砂粒颗粒过大还会造成射流泵无法完成冲砂洗井工作；吸入室角度为60°的射流泵时在不同的流量比下都具有更高的效率；在相同条件下使用清水作为冲砂液时射流泵效率最高，Guar冲砂液射流泵效率次之，Xanthan作为冲砂液添加剂效果最差。
　　最后利用实验手段验证数值模拟结果的准确性，得出提高射流泵冲砂洗井效率的最佳方案，进一步掌握了新型双喷嘴射流泵内部和井下流场流动机理。

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摘要

Abstract

contents

1 绪 论

1.1 研究的背景及意义

1.2 国内外射流泵研究现状及发展趋势

1.2.1 射流泵技术研究现状

1.2.2 射流泵冲砂洗井技术研究现状

1.2.3 射流泵的应用领域与排砂技术发展趋势

1.3 射流泵冲砂洗井技术存在的问题及创新点

1.4 本文研究内容和方法

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究方法

2 射流泵基本特性的理论研究

2.1 射流泵的工作原理及基本特性参数

2.1.1 射流泵的结构及工作原理

2.1.2 射流泵的基本特性参数

2.2 射流泵的基本特性方程

2.2.1 射流泵的基本特性方程研究

2.2.2 射流泵的效率

2.3 射流泵的理论特性曲线

2.4 本章小结

3 射流泵井下流场模型的建立及网格的划分

3.1 射流泵的结构选型

3.1.1 射流泵工作深度

3.1.2 射流泵循环方式

3.1.3 小结

3.2 射流泵井下流场的尺寸确定

3.2.1 喉管及扩散管的尺寸确定

3.2.2 扰砂喷嘴与射流喷嘴的尺寸设计

3.2.3 井筒尺寸与射流泵外壳尺寸

3.3 模型网格的划分

3.3.1 射流泵网格生成

3.3.2 边界条件设置

3.4 本章小结

4 数值分析结构参数对射流泵井下流场的影响

4.1 射流泵单相流数值模拟

4.2 数值模拟曲线校核

4.3 喷嘴面积比与射流泵流量比

4.3.1 模拟条件

4.3.2 结果分析

4.4 流量比对射流泵流场的影响

4.4.1 流量比对井壁承受压力的影响

4.4.2 流量比对动力液入口压力的影响

4.4.3 流量比对射流泵效率的影响

4.5 面积比R对射流泵流场的影响

4.5.1 模拟条件

4.5.2 面积比R对流量比Q的影响

4.5.3 面积比R对射流泵效率的影响

4.5.4 面积比R与井壁所承受的压力

4.5.5 面积比R与动力液入口压力

4.6 扰砂喷嘴对喉管流场的影响

4.6.1 模拟条件

4.6.2 结果分析

4.7 不同吸入口角度对射流泵性能的影响

4.7.1 数值模拟条件

4.7.2 数值模拟结果对比分析

4.8 本章小结

5 砂粒参数和冲砂液体性质对射流泵流场的影响

5.1 射流泵固液两相流基本数学模型

5.2 射流泵固液两相流数值模拟

5.2.1 冲砂模型和边界条件设置

5.2.2 数值模拟FLUENT设置

5.2.3 井底砂粒随时间变化规律

5.3 砂粒直径的影响

5.3.1 模拟条件

5.3.2 结果分析

5.4 固相初始浓度对射流泵内速度分布的影响

5.5 液体性质的影响

5.6 本章小结

6 射流泵冲砂洗井室内实验

6.1 实验装置及实验方案

6.1.1 实验装置

6.1.2 实验方案

6.2 实验结果分析

6.2.1 排砂实验结果与计算结果对比分析

6.2.2 射流泵基本特性曲线对比分析

6.3 本章小结

7 结论与展望

7.1 主要成果

7.2 论文的不足与展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间取得的学术成果和获奖情况