井下气液螺旋分离器的设计研究及应用

论文摘要

在大庆外围部分区块,由于采用注二氧化碳驱油的方法采油,使得油井的气液比较高,对油井生产的影响日益明显,气体影响是抽油泵泵效降低的主要原因。有效的措施是采用井下气液分离器使流体在进泵前实现气液分离,减少进泵流体中的气体含量。因此,深入开展井下气液分离器分气效率的研究,对提高抽油系统的管理水平、提高抽油井泵效、改进气液分离器的结构设计等方面具有重要意义。本论文针对井下气液分离器分气机理及分气效率开展研究,分析了不同气液分离器的工作原理及结构,并应用气液两相流动的基本理论,结合常规气液分离器工艺方法,确定采用螺旋分离器进行井下气液分离的合理性。对螺旋分离器从水力设计计算和室内实验两方面进行研究,并在此基础上提出了优选方案。螺旋型气液分离器的主要结构参数有螺旋片间距、螺旋片内径和外径、有效分离长度等,如何将上述参数与配套装置进行优化组合以达到气液分离的最佳脱气效率,是本文主要的研究目标。本文完成了对螺旋分离器的水力学分析,并结合现场实际,建立气液两相流体螺旋流型的数学模型,设计编制了井下气液分离生产系统计算软件。并在东北石油大学特种实验室内设计和组建了一套模拟井下气液分离的实验装置,通过室内实验的方法,对气液分离器的使用条件、分离效果进行了研究,并依据相关理论和实验对分离装置进行了优选,取得了很好的实验效果。在大庆油田采油三厂进行了现场试验,在北4-4-丙53井采用螺旋分离器之后泵效提高了14.3个百分点;在北2-4-036井泵效提高了8.7个百分点。井下气液螺旋分离工艺系统的理论研究及室内、现场试验结果表明,应用螺旋分离器进行井下气液分离是可行的,在井下气液分离应用效果良好,对于解决含气油井产能低的问题见效显著,工作性能稳定,系统运行可靠,也为气液螺旋分离器的油田应用提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 一、论文研究的背景及意义
• 二、国内外研究现状
• 1. 气液分离器的研究现状
• 2. 井筒气液两相管流的研究现状
• 三、本文研究的主要内容
• 第一章 井下气液两相物性特征和影响因素
• 1.1 气液两相流的定义和特征
• 1.1.1 气液两相流的定义
• 1.1.2 气液两相流的特点
• 1.2 垂直井筒中气液两相流的流动型态
• 1.2.1 气液两相流在垂直井筒中的流动型态
• 1.2.2 气液两相流在套管环空井筒中的流动型态
• 1.2.3 气液两相流在套管环空井筒中的识别方法
• 1.2.4 气液两相流流动型态的影响因素
• 1.3 小结
• 第二章 油井井下气液分离系统结构及组成
• 2.1 井下气液分离及采油系统
• 2.1.1 井下气液分离采油装置的基本结构
• 2.1.2 井下气液分离及举升工艺设备组成
• 2.1.3 井下气液分离系统的工作原理
• 2.2 抽油泵的工作特性和原理
• 2.2.1 抽油泵的工作特性与工作环境
• 2.2.2 常规抽油泵的组成及工作原理
• 2.2.3 防气抽油泵的组成及工作原理
• 2.3 井下抽油泵效率的影响因素及提高措施
• 2.3.1 影响抽油泵泵效的因素
• 2.3.2 提高含气油井抽油泵泵效的措施
• 2.4 井下常见气液分离器性能研究
• 2.4.1 漩流式井下气液分离器
• 2.4.2 重力回流式井下气液分离器
• 2.4.3 贾敏式筛离气液分离器
• 2.4.4 多杯等流型气液分离器
• 2.5 小结
• 第三章 气液两相流中气泡在井筒和螺旋腔的运动理论
• 3.1 气泡在井筒中的运动规律
• 3.1.1 气泡在井筒中运动的受力分析
• 3.1.2 气泡在井筒中层流区时的上升规律
• 3.1.3 气泡在井筒中紊流区时的上升规律
• 3.1.4 井筒中气泡上升运动规律
• 3.2 气泡在螺旋分离器内的运动规律研究
• 3.2.1 井下螺旋分离器介绍
• 3.2.2 气泡在螺旋分离器内的切向速度
• 3.2.3 气泡在螺旋分离器内径向上的受力分析
• 3.2.4 气泡在螺旋分离器内轴向上的受力分析
• 3.2.5 气泡在螺旋分离器内运动速度的合成
• 3.3 小结
• 第四章 井下气液螺旋分离器设计及配套装置设计
• 4.1 井下气液螺旋分离器的工作原理和影响因素
• 4.1.1 井下气液螺旋分离器的工作原理
• 4.1.2 井下气液螺旋分离器的影响因素
• 4.2 井下气液螺旋分离器设计计算
• 4.2.1 气液螺旋分离器内的气泡运动微分方程及参数设计
• 4.2.2 螺旋分离器的分离系数和分离效率
• 4.2.3 井下衬管直径及进液孔设计计算
• 4.2.4 螺旋分离器的螺旋曲面方程
• 4.2.5 螺旋分离器的内外径及分离腔长度设计计算
• 4.3 螺旋分离器的VB 程序设计计算
• 4.4 井下气液螺旋分离器实验
• 4.5 小结
• 第五章 井下气液螺旋分离器气液分离实验
• 5.1 实验目的、实验设备及装置图
• 5.1.1 实验目的
• 5.1.2 实验设备
• 5.1.3 实验装置
• 5.2 实验步骤
• 5.3 实验装置及实验方案
• 5.3.1 泵下防气装置及原理
• 5.3.2 泵外防气装置及原理
• 5.3.3 实验方案
• 5.4 实验结果分析
• 5.4.1 普通抽油泵和防气抽油泵的泵效影响实验
• 5.4.2 泵下和泵外防气装置防气效果对比实验
• 5.4.3 不同螺距泵外防气装置防气效果对比实验
• 5.5 小结
• 第六章 井下气液螺旋分离器现场应用
• 6.1 试用油井井况
• 6.2 采用井下气液螺旋分离器试用结果
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 论文摘要