渦排井筒內(nèi)氣液兩相螺旋渦流特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著開發(fā)過程的不斷深入，我國部分天然氣田進(jìn)入中后期開采階段，大量低產(chǎn)有水氣井需要通過提高氣體攜液量來減少井底積液。渦流排水采氣技術(shù)能夠有效解決井底積液問題，是提高我國低產(chǎn)有水氣井采收率和降低開采成本的重要途徑。
　　本文以氣井井下渦流排水采氣技術(shù)為應(yīng)用背景，采用計算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics）軟件 ANSYS對渦排井筒內(nèi)的氣液兩相螺旋渦流特性進(jìn)行了數(shù)值模擬計算，獲得了井筒內(nèi)螺旋渦流形成和發(fā)展

2、過程中的流型轉(zhuǎn)變、氣液相分布、速度分布、壓力分布特性，氣液相界面行為，二次流特性及其演變規(guī)律，明確了貼壁環(huán)狀液膜的形成機理。數(shù)值模擬計算結(jié)果表明：霧狀流流經(jīng)渦流工具后產(chǎn)生極強的旋流，氣體旋流較弱以中心氣核的形式快速向上流動，液體旋流較強以環(huán)狀液膜的形式沿井壁向上螺旋流動，降低了氣體臨界攜液流速和井筒內(nèi)的流動壓力，提高了攜液能力。通過旋流流場分析發(fā)現(xiàn)：導(dǎo)流葉片內(nèi)生成了結(jié)構(gòu)不斷變化的二次渦，在離心力作用下不均勻分布，并形成沿管壁周向不連續(xù)的

3、液膜；流出導(dǎo)流葉片后二次渦衰減消失，氣液兩相流體螺旋向前流動，液膜開始沿圓管周向分布均勻。穩(wěn)定后氣相切向速度在管中心處較小，遠(yuǎn)離旋流中心區(qū)域較大，渦流中心與圓管中心不重合，有較小的偏心距。
　　在此基礎(chǔ)上，采用正交試驗設(shè)計方法，通過數(shù)值模擬手段研究了九組不同的渦流工具的結(jié)構(gòu)參數(shù)（螺旋導(dǎo)流板直徑，導(dǎo)流葉片厚度，葉片螺距）對渦排井筒內(nèi)氣液兩相螺旋渦流的衰減、壓降的的影響規(guī)律，并對渦流工具結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)選出葉片螺距S=100mm