煤层气井管内环空中煤粉排出条件的研究

论文摘要

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,为防止抽吸到管内环空中的煤粉因沉积而出现埋泵现象,对进入管内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,提出改变管内环空面积的结论;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。根据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。通过对煤粉在煤层孔隙中受力情况的研究,获得了煤粉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软件模拟管内环空中煤粉的移动规律,得到煤粉排出量与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,得出管内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。基于管内环空中煤粉沉积,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,增大排液量和减小管内环空面积,有助于管内环空中煤粉的排出,减少卡泵和埋泵等现象的发生,达到提高检泵周期。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 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 煤层出煤粉及管内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 管内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 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 孔隙中煤粉受力及其启动条件的分析
• 2.4.1 煤粉在储层孔隙中受力分析
• 2.4.2 一定粒径的煤粉启动条件的分析
• 2.5 煤层出煤粉量的分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于 Fluent 的管内环空中煤粉移动规律分析
• 3.1 单个煤粉的沉积特性分析
• 3.1.1 煤粉沉积运动方程
• 3.1.2 煤粉在静态流体中自由沉积速度的分析
• 3.1.3 煤粉在流动的流体中沉积速度的分析
• 3.2 煤粉群移动模型分析
• 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群沉积分析
• 3.2.3 考虑接箍影响的煤粉群沉积分析
• 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 方程的煤粉沉积特性参数化分析
• 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 管内环空中煤粉速度分布分析
• 4.4 基于N-S 方程的煤粉排出分析
• 4.4.1 煤粉的受力分析及沉积末速计算
• 4.4.2 煤粉在管内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影响的研究
• 5.1 煤粉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与排采参数的关系分析
• 5.1.2 较低排液量时煤粉排出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的影响分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于煤粉沉积的间抽工作制度探索
• 6.1 煤粉淤积机制
• 6.2 抽水机停抽时间的分析
• 6.2.1 泵阀打开机制
• 6.2.2 基于一定粒径煤粉的抽水机间抽时间分析
• 6.3 本章小结
• 结论与展望
• 1 主要结论
• 2 论文中存在的不足及工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢