煤层气井杆管环空中煤粉排出条件的研究

摘要

本文基于我国煤层特性和煤层气井排采工艺要求，分析了煤层破坏产生煤粉的因素。针对煤层气井出煤粉和排水量较低的特点，为防止抽吸到杆管环空中的煤粉因沉降而出现卡泵和埋泵现象，对进入杆管环空中煤粉进行仿真分析，基于模拟分析结果，利用N-S方程参数化分析煤粉排出量及其影响因素，提出改变杆管环空面积的结论；并根据煤层出煤粉和排液量较低的特性，探索间抽的工作制度。
　　 根掘煤体骨架破坏的条件，通过流体力学的方法研究了排采强度对煤储层压力和流体渗流量的影响。通过对煤粉颗粒在煤层孔隙中受力情况的研究，获得了煤粉颗粒在煤层孔隙中运移的条件，并得到煤储层流体渗流量与排出煤粉粒径和排出量的关系。
　　 通过Fluent软件模拟杆管环空中煤粉的运移规律，得到煤粉排出量与杆管环空中流体速度的关系：在仿真的基础上，进一步利用N-S方程，结合煤粉颗粒在流体中的受力情况，参数化分析了煤粉排出量与排液量、排采参数的关系。基于分析结果，得出杆管环空面积与煤粉排出量的关系，优化设计了接箍的外径，并提出了新的杆柱结构。
　　 基于杆管环空中煤粉沉降和淤积，以及排采泵阀口冲淤理论，合理设计了抽水机间抽时间,并得出间抽时间与煤粉粒径、浓度的关系。
　　 通过研究发现，增大排液量和减小杆管环空面积，有助于杆管环空中煤粉的排出，减少卡泵和埋泵等现象的发生，达到提高检泵周期。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1本文研究的目的和意义

1.2国内外煤层气开采现状

1.2.1国外煤层气开发现状

1.2.2我国煤层气开发现状

1.3煤层出煤粉及杆管环空中流体状态分析

1.3.1煤层排采特征

1.3.2排水采气对煤层气井出煤粉的影响

1.3.3杆管环空中流体状态的分析

1.3.4固体颗粒流体两相流研究现状

1.4本文研究的主要内容

第二章煤层出煤粉机理分析

2.1煤层出煤粉机制

2.2煤储层流体方程的建立

2.2.1单相水流方程

2.2.2气液两相耦合渗流方程

2.2.3煤储层渗透率和孔隙度的分析

2.3排采强度对煤储层出煤粉的影响

2.3.1单相流渗透方程差分化

2.3.2单相流渗透方程线性化

2.3.3实例分析

2.4孔隙中煤粉颗粒受力及其启动条件的分析

2.4.1煤粉颗粒在储层孔隙中受力分析

2.4.2一定粒径的煤粉颗粒启动条件的分析

2.5煤层出煤粉量的分析

2.6本章小结

第三章基于Fluent的杆管环空中煤粉运移规律分析

3.1单个煤粉颗粒的沉降特性分析

3.1.1煤粉颗粒沉降运动方程

3.1.2煤粉颗粒在静态流体中自由沉降速度的分析

3.1.3煤粉颗粒在流动的流体中沉降速度的分析

3.2煤粉颗粒群运移的固液两相流模型分析

3.2.1固液两相流方程的建立

3.2.2不考虑抽油杆接箍影响的煤粉颗粒群沉降分析

3.2.3考虑抽油杆接箍影响的煤粉颗粒群沉降分析

3.2.4排采参数变化对煤粉排出量的影响研究

3.3本章小结

第四章基于N-S方程的煤粉颗粒沉降特性参数化分析

4.1 N-S流体运动方程的建立及求解

4.2煤层气排采泵的有效冲程计算

4.2.1静变形下有杆泵有效冲程计算

4.2.2考虑惯性载荷的有杆泵的有效冲程计算

4.3杆管环空中煤粉颗粒速度分布分析

4.4基于N-S方程的煤粉排出条件分析

4.4.1煤粉颗粒的受力分析及沉降末速计算

4.4.2煤粉颗粒在杆管环空截面上的速度分布及排出条件分析

4.5本章小结

第五章排采参数对煤粉排出量影响的研究

5.1煤粉颗粒排出量与排采参数关系的分析

5.1.1较大排液量时煤粉排出量与排采参数的关系分析

5.1.2较低排液量时煤粉排出量与排采参数的关系分析

5.2接箍与油管间隙对煤粉排出量的影响分析

5.3抽水机悬点载荷计算

5.3.1上冲程时，抽水机悬点载荷计算

5.3.2下冲程时，抽水机悬点载荷计算

5.4新型抽油杆接箍对排煤粉排出量的影响分析

5.4.1优化抽油杆接箍外径

5.4.2探索新的抽油杆结构

5.4.3小接箍抽油杆对煤粉排出量的影响分析

5.5本章小结

第六章基于煤粉沉降的间抽工作制度探索

6.1煤粉颗粒淤积机制

6.1.1煤粉颗粒淤积过程分析

6.1.2淤积时间计算

6.2抽水机停抽时间的分析

6.2.1泵阀打开机制

6.2.2基于一定粒径煤粉颗粒的抽水机间抽时间分析

6.3本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢