非理想气体节流过程热力学研究及实践应用

论文摘要

在天然气气井井下节流嘴的研究方面,前人做了大量的工作,建立了气体流经节流嘴的各种理论模型。本文站在与前人不同的角度,以非理想气体节流现象的理论分析为基础,通过对无井下节流气液两相流流动的参量计算,得到有井下节流气液两相流动的初始条件。针对安装井下节流装置以后很难测得节流嘴上游压力的问题,根据空气动力学的基本原理,本文采用马赫数的原始定义,判别节流后气体是否处于临界流动,根据节流嘴下游的参数,采用节点系统分析方法对整个井筒从节流嘴下游到上游,对井口、节流嘴喉部、井底的压力、温度分布进行数值描述。本文在气液两相流井底节流方面的理论研究为应用该项工艺技术提供了理论指导。具体来说,本文主要研究了以下几方面：1.从热力学角度对节流过程所引起的温降原因进行了深入研究,分析了节流过程中温降的产生机理；2.确定了高液气比气田节流生产的工艺参数,为水合物防治工艺设计提供依据；3.对气井井筒气液两相节流进行分析,采用节点系统分析方法,建立气井井筒压力温度预测模型,对井筒节流后各参量进行动态分析,对压力温度分布进行预测；4.利用Fluent流体分析软件对井下节流嘴处的气液两相流流动状态进行二维的数值模拟,并分析节流过程中相关参数的变化规律,预测湿气气井开采数据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 0.1 研究目的和意义
• 0.2 井底节流发展概况
• 0.3 多相流模拟发展概述
• 0.4 天然气水合物防治方法研究概述
• 0.5 本文主要研究内容
• 第一章 节流过程的热力学基础
• 1.1 焦耳—汤姆逊效应
• 1.1.1 焦耳-汤姆逊试验
• 1.1.2 节流膨胀原理
• 1.2 非理想气体节流过程热力学特征
• 1.2.1 非理想气体节流后温度的变化
• 1.2.2 非理想气体节流过程焓和内能的变化
• 1.3 节流过程中温度变化的影响因素
• 1.3.1 制热效应的影响因素
• 1.3.2 制冷效应的影响因素
• 1.3.3 产生零效应的因素
• 1.4 气体的等熵膨胀与节流膨胀的区别
• 1.5 小结
• 第二章 天然气水合物
• 2.1 天然气水合物性质
• 2.2 天然气水合物的生成条件
• 2.3 天然气水合物生成条件预测
• 2.4 防治水合物堵塞工艺
• 2.5 小结
• 第三章 无井下节流器的气液两相流模型
• 3.1 无井下节流器井筒中流体压力温度计算
• 3.1.1 无井下节流器井筒中流体压力计算
• 3.1.2 无井下节流器井筒中流体温度计算
• 3.1.3 井筒压力、温度耦合计算
• 3.2 小结
• 第四章 天然气气液两相井底节流
• 4.1 井下节流流动基本原理
• 4.2 天然气节流临界流动的判别
• 4.3 井下节流工艺参数设计
• 4.3.1 井下节流最小管径确定
• 4.3.2 井下节流最小下入深度确定
• 4.4 节流温度场描述
• 4.4.1 节流嘴下游出口突扩段参数确定
• 4.4.2 节流嘴喉部参数的确定
• 4.4.3 节流嘴上游进口突缩段参数的确定
• 4.5 节流前后携液效果
• 4.6 节流对井筒压力、温度分布的影响
• 4.7 小结
• 第五章 井下节流过程的CFD模拟
• 5.1 计算流体动力学的简介
• 5.2 气液两相流节流嘴流动状态的CFD分析
• 5.3 节流过程流体流动的总体描述
• 5.4 井下节流过程的CFD数值模拟
• 5.4.1 计算模型
• 5.4.2 网格的划分
• 5.4.3 边界条件的设定
• 5.5 模拟结果分析
• 5.5.1 压力的变化
• 5.5.2 速度的变化
• 5.5.3 湍流强度的变化
• 5.5.4 温度的变化
• 5.6 小结
• 结论
• 建议
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要