（油气田开发工程专业论文）气井井下气水分离技术研究.pdf

s t u d y o nd o w n h o l eg a s w a t e rs e p a r a t i o nt e c h n i q u e i ng a sw e l l s l ih e n g ( o i l & g a sf i e l dd e v e l o p m e n te n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rz h a n gq i a b s t r a c t d o w n h o l eg a sw a t e rs e p a r a t i o n ( d g w s ) t e c h n i q u e ，w h i c ho f f e r sb o t h e c o n o m i c a la n de n v i r o n m e n t a lb e n e f i t s ，c a ng r e a t l yr e d u c et h ec o s t so f l i f t i n ga n dt r e a t i n go ft h ep r o d u c e dw a t e ra n de x t e n dt h ee c o n o m i cs e r v i c e l i v e so fg a sw e l l sw i t hh i 曲w a t e rc u tb yd i r e c t l yr e i n j e c t i n gt h ep r o d u c e d w a t e ri n t ot h ef o r m a t i o n so ft h ei d e n t i c a lg a sw e l l s t h es e p a r a t i o n e f f i c i e n c ya n di n f l u e n t i a lf a c t o r so fd o w n h o l eg a sl i q u i ds e p a r a t o rw e r e s t u d i e df i r s ti nt h i sp a p e ru s i n gt h ec o m p u t a t i o n a lf l u e n td y n a m i c s ， m e c h a n i c a lm o d e la n a l y s i sa n dl a b o r a t o r ye x p e r i m e n tm e t h o d s t h ed e s i g n p r o p o s a lo fs e p a r a t o rw a st h e nd e v e l o p e dt op r o v i d er e f e r e n c ec r i t e r i af o r o p t i m i z i n gs t r u c t u r a la n do p e r a t i o n a lp a r a m e t e r s t h eg u i d e l i n e s o ft h e s e l e c t i o no ft h ed g w sp r o d u c t i o na n dr e i n j e c t i o ns c h e m ew e r eg i v e no n t h eb a s i so ft h ei n v e s t i g a t i o n s t h ew h o l es y s t e mw a sd i v i d e di n t of i v e s u b s y s t e m sa n dt h ef l o wb e h a v i o ri ne a c hs u b s y s t e mw a s s t u d i e ds e p a r a t e l y d e s i g n i n gm o d e lf o rt h ee s p - d g w ss y s t e mw a st h e ne s t a b l i s h e db yu s i n g t h en o d a la n a l y s i sm e t h o d ，w h i c hs u c c e s s f u l l ys o l v e d t h ep r o b l e mo f s e l e c t i o nc r i t e r i aa b s e n c ef o rt h ed e s i g n i n gm o d e lo ft h es y s t e m af i e l d a p p l i c a t i o ne x a m p l ew a sf i n a l l yp r e s e n t e dt o i l l u s t r a t et h e d e s i g n i n g p r o c e d u r e t h i ss t u d yp r o v i d e df o u n d a t i o nf o rt h ec a n d i d a t ew e l ls e l e c t i n g a n ds y s t e md e s i g n i n go ft h ee s p d g w st e c h n i q u e ，a n dm a y p r o m o t et h e f i e l da p p l i c a t i o no ft h i sn e wt e c h n i q u e k e yw o r d s ：g a sw e l l ，s e p a r a t o r , g a sw a t e rs e p a r a t i o n ，n u m e r i c a l s i m u l a t i o n ，p r o d u c ta n di n je c ti nt h es a m ew e l l 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中 国石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示了谢意。 签名： 励年协月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名：建二：捶j 翮年f 月，日 导师签名：墅墨鸦 狮6 年r 与日 中国石油大学( 华东) 硕士论文第l 章前言 第1 章前言 气井采气过程中常出现气水同产的现象，气井一旦产水会对气井生 产造成严重危害，产量急剧下降甚至水淹停产。因此必须处理好气藏产 出水【”。对于这类气井通常采用排水采气技术。目前常用的排水采气方 法是将井筒积液排出到地面进行处理，大量的产出水在举升、处理和注 入过程中需要耗费很多能量，而且附加的资金投入也增加了采气成本， 缩短了气井的经济可采寿命，同时产出水还对环境造成潜在的威胁。为 了提高水驱能量和举升效率，减少污染，降低能耗，有必要进一步研究 适合于气田开发的新工艺以达到提高气井生产效益的目的。 井下气液分离技术的出现为解决这一问题提供了良好的途径，通过 使用井下气液分离器不仅可以大大提高井下泵的效率，而且还能够进一 步实现同井的注采，减少地面产出的液量，降低地面的水处理费用【2 t 孙。 井下气液分离技术优点主要包括： ( 1 ) 可大幅度降低产水气并的地面产液量，大大降低地层产出水的举 升、输送、处理及注入成本，提高气井的开采效益； ( 2 ) 能最大限度降低井底压力，提高气井的产量，延长了高含水气井 的经济寿命和产水气田的开采期，提高了最终采收率； ( 3 ) 避免了气体对泵的干扰，有利于泵效的提高，同时也为气井大排 量排水提供保障； ( 4 ) 减少了用于回注产出水的注水井数目，节约基建投资费用及增设 地面设备的扩建费用投资。 国内外生产实践表明，使用气液分离技术进行井下气液分离同井注 采是可行的。对井下气液分离技术中的关键部件井下气液分离器的研 究，是整个系统的设计方法的研究的必要前提，但目前国内外对井下气 液分离器的性能预测、结构设计、工况选择等相关理论的研究都还很不 完善，因此对这些内容展开研究是非常必要的。另外，根据人工举升方 式和井下分离器类型的不同，井下气液分离同井注采方案可分为多种类 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章前言 型，针对具体的产水气井选择合适的方案是井下气液分离技术成功应用 基础。同时，由于井下气液分离同井注采技术尚处于开发阶段，目前尚 缺乏一套系统设计方法，制约了井下气液分离技术的现场应用。因此有 必要对这些方面进行深入的研究。 本论文首先针对常见的井下气液分离器及其工作原理进行调研，并 采用数值模拟、力学模型分析和室内试验的方法研究了并下气液分离器 的分离机理和分离性能；通过对调研资料的总结分析，介绍了各类井下 气液分离同井注采系统方案，并提出方案的选择方法，给出了目前各方 案的应用情况。最后通过对该系统中各个子系统各自规律及协调性的分 析，采用节点分析方法建立该系统的优化设计方法，并编制了相应的系 统优化设计软件。 论文的逻辑结构如图1 1 所示： 数值模 力学模型 室内实验 有杆泵方案 电潜泵方案 第2 章井下气水分离器分离性能研究h 优化设计方法 墨! 兰茎! 墨查坌塑塑苎垄墨查壅墨苎垄堡h 查塞垄堡 j 图l - 1 论文逻辑结构图 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章井下气液分离器分离性能研究 第2 章井下气液分离器分离性能研究 井下气液分离器是井下气液分离技术的核心装置，其分离性能对 井下气液分离技术的应用效果起着举足轻重的作用，因此首先对井下气 液分离器的分离原理、分离性能的影响因素等进行理论及试验研究，为 井下气液分离技术提供必要的基础准备。 2 1 常见井下气液分离器及其工作原理 井下气液分离器的种类很多，按照其作用原理可将其分为重力分离 式气液分离器、旋流式气液分离器、螺旋气液分离器、偏心分离器等类 型【4 】。 2 1 1 重力式井下气液分离器 重力分离式气液分离器结构 简单、使用方便，现场应用广泛。 重力分离式气液分离器中应用最 为多的是井下气锚，它通过流体 进泵前的预分离大大提高了泵 效。现在许多国外的生产厂家的 产品也以此类居多，代表性的有 s t r e n 公司的m a x i m i z e r 分离器 1 5 】( 见图2 1 ) 。该装置将分离出 的气体导入环空，液体则通过油 管被举升到地面。 重力分离式气液分离器由于 受到井下较小空间的限制，分离 器中很难提供充分的气液分异时 图2 1m 州m i 汽液分离器 间，导致气液分离效果不佳。加拿大前沿工程研究公司的现场试验研究 3 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章井下气液分离器分离性能研究 表明，对于一定尺寸的油管，当气体流量大于定值时，极易发生段塞 流及雾流，从而就很难保证重力式分离器的分离效率，例如在2 f i 油管 中，当气体流量超过1 6 9 9 m 3 d 时，就容易发生段塞流，而当气体流量 过大时会产生雾流，如图2 - 2 所示，导致分离效率急剧下降。 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 袖管尺寸c f t ) 图2 - 2 不同管径及流量下的流态 2 1 2 旋流式井下气液分离器 旋流式气液分离器也是现在使用较多的气液分离装置【6 】，这主要是 因为它具有分离效率高、机械结构简单且体积较小的优点。 常见的旋流分离器可分为静态旋流分离器、动态旋流分离器和复合 式旋流分离器三类。 ( 1 ) 静态旋流分离器 所谓静态旋流分离器是指旋流器内无运动部件，气液混合物仅依靠 切向入口段形成旋流，并以之作为气液分离的动力。此类分离器按其形 状的不同又可分为外形近似锥形的锥形旋流分离器和和外形为圆柱的 管柱式气液旋流分离器( g a s l i q u i dc y l i n d r i c a lc y c l o n e ，g l c c ) 。 锥形旋流气液分离器有单锥型、双锥型等多种结构。图2 3 所示为 常见的双锥型旋流气液分离器的基本结构，它主要由以下四个部分构 成：短圆柱形入口段、收缩段、分离段和尾管段。其工作原理是：气 液混合流沿切线方向进入旋流腔中，密度较大的液滴在离心力的作用下 被甩到外壁，而气体则留在中心。被甩到外壁的液滴沿锥体外壁向下运 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章井下气液分离器分离性能研究 动，由底流口排出；气流则回转向上由溢流口排出，实现气液的分离。 该类气水分离器是直接由油水分离器转化而来的，对其流场的研究也相 对较为清楚。 盏祝口 图2 - 3 双锥水力旋流器示意图 管柱式气液旋流分离：器t 7 , 8 1 ( 见i n 2 - 4 ) 的工作原理是：气液混合流沿 切线方向或螺旋线方向进入分离器中，由于气液的密度差异，密度较大 的液滴在离心力的作用下被甩到外壁，而密度较小的气体则留在内圈。 被甩到外壁的液滴在其自身重力和气流的带动下向下运动，到达旋流器 底部时积聚、排出：而气流则回转向上由出口排出，由此实现气液的分 离。 图2 _ 4 管柱式气液旋流分离器示意图 美国1 1 j l s a 大学的分离技术项目( t u s t p ) 的研究结果表明管柱式 旋流分离器对于气液两相有很好的分离效果 9 1 ，自1 9 9 7 年l o 月开始 t u s t p 进入油、气、水三相分离研究阶段，此阶段计划5 年完成。 5 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章井下气液分离器分离性能研究 管柱式气液旋流分离器作为一种新型的旋流分离工具正越来越多 的受到人们的关注，它具有体积小、结构简单、内部无运动件、制造及 操作成本低等诸多优点，在石油、化工行业有着良好的应用前景，同时 也很适宜在井下气液分离技术中应用。 表2 1 列出了四个管柱式分离器的室内试验数据，其试验条件为日 处理液量2 8 5 1 2m 3 ，产气量1 3 0 2 0 4 8 1 2 t 1 3 ，压力为4 m p a ，分离器的处理 量可以满足井下气液分离的要求。 表2 - 1g l c c 分离工况与分离器工艺参数综合表 项目l 23 4 气量( m 3 心 0 0 0 1 8 0 0 0 2 7o 0 0 3 3o 1 1 0 0 分离工况 液量( m 3 s ) 0 5 4 7 07 6 6 4 6o 1 5 0 72 2 o l o 压力m p a0 1 0 9 46 8 9 0 14 2 1 0 l4 1 6 8 5 直径mo 30 7 60 1 5o 6 6 分离器管 上部高度i n1 5 0 91 51 5 柱段尺寸 下部高度m 1 8 1 51 21 5 入口段直径加 o 1 50 2 5o 1 0o 7 6 底流管 直径m0 0 7 60 0 6o 1 0o 6 1 溢流管直径mo 0 5 0 0 7 60 0 2 50 5 0 8 ( 2 ) 动态旋流分离器 动态旋流分离器是在静态旋流器的基础上增加了马达来带动旋流 器外壳转动，液体进入旋流器内腔后，在摩擦力带动下形成涡流，这样 器壁附近液体的切向速度就不会逐渐递减，两相介质的分离区域加长， 从而提高了分离效率，同时也降低了压力损失。当然其缺点是结构较为 复杂，除了增加了动力设备还需要密封、润滑设备，分流比较大。 ( 3 ) 复合式旋流分离器 复合式旋流分离器是将动态和静态水力旋流技术结合在一起，从而 扩大了应用范围。在这类分离器中液流的转动由电动机驱动旋转栅实 现，流体被加速后形成高转速涡流，然后进入静态锥体分离段，分离出 6 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章井下气液分离器分离性能研究 的轻质组分沿中心反向运移，经溢流嘴到溢流腔排出，而水则沿旋转单 体底部排出。 2 1 3 螺旋式井下气液分离器 螺旋式井下气液分离器【10 ，n 】与旋流分离器相似，但其内部具有固定 的螺旋，气液混合物进入分离器后在螺旋的引导下做螺旋上升运动。旋 转产生离心力，离心力使得液体沿分离器外壁流动，气体则在中心流动。 一部分分离出的液体会通过内壁上的特定孔眼排出，并经过旁通管进入 油套环空。气体和一部分残存的液体则被向上举升，然后分别通过各自 的流道，气流采出到地面，液流回注到注水层。该分离器的工作性能取 决于螺旋的螺距、头数、直径、长度以及气液流量。 螺旋分离器受到井下空间的限制，一般不适于处理大体积流量的含 液气流，因此一定程度上限制了螺旋分离器的应用。 2 1 4 偏心式井下气液分离器 偏一t s , 井下气液分离器【1 2 】以偏心环流理论及缝隙流相关理论为基础， 通过改变进泵流体的循环路线，利用偏心流道压降及速度分布差异的特 点，进行气液分离。优化气液分离工具的结构参数，就可提高气液分离效 率，达到提高泵效的目的。 排气孔 1 一偏心接头；2 一心管；3 - # 1 管；4 - 弓形簧座；5 一堵头；6 一弓形簧 图2 ，5 偏心气体分离器的结构 偏心气体分离器的结构如图2 5 所示，其该井下气液分离器的主要分 离原理为( 见图2 6 ) ： 7 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章井下气液分离器分离性能研究 c - 削面 气 c c 剖面 。 图2 - 6 偏心气体分离器工作原理图 ( 1 ) 气液混合物进入偏心流道，在大小不同的两个流道之间流体 产生速度差。宽边流道内，流体流动速度远大于窄边流体流动速度，流 体密度小，含气量高，将气体进行初步分离； ( 2 ) 气液混合物沿偏心流道垂直流动时，在同一压力体系下，密 度较高的流体滞后于密度较低的流体，造成液体滑脱，使得液体与气体 之间的速度差进一步加大，实现第二步分离； ( 3 ) 利用流体中液体与气体之间的密度差，流体经过2 7 0 。转向运动， 实现油气的重力分离，是主要分离阶段； ( 4 ) 有杆泵井在下冲程时，环空内流体基本静止，此时，井下流 体油、气自然分离，是第四阶段。 偏心气液分离器的技术参数及适用范围如表2 2 所示。 8 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章井下气液分离器分离性能研究 表2 2 偏心气液分离器技术参数及适用范围 规格k p x 1 0 9 a ( b ) 型 k p x 一1 2 5 型 总长m m 9 1 3 9 1 5 外径m m 1 0 91 2 5 适用套管尺寸m m 1 3 9 7 1 7 7 8 适应产气量( 1 3 d 1 ) 2 0 0 0 04 00 0 0 适应最大产气量( m 3 d 。1 ) 5 0 0 0 01 0 00 0 0 适应产液量( m 3 d 。1 ) 7 0 1 2 0 2 2 井下气液分离器数值模拟研究 计算机流体力学数值模拟是一种花费少、周期短、信息完整的研究 方法。为了研究井下气液分离器内复杂的气液两相流动，分析分离器结 构参数及工况参数对分离效果的影响，采用计算流体力学数值模拟方法 ( c f d ，c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s ) 对气液旋流分离器进行了数值 模拟研究。 2 2 1 旋流分离器数值模拟研究简介 大量实测结果表明，流体在旋流分离器内的流动为强旋转、高湍流 强度的湍流运动。目前复杂湍流流场的模拟常采用的基于求解r e y n o l d s 时均方程组及关联量输运方程的湍流统观模拟法，即r a n s ( r e y n o l d s a v e r a g e dn a v i e r - s t o k e s ) 模拟1 1 3 l 。 该方法的基本思想是用低阶关联量和平均流性质来模拟未知的高 阶关联量，从而封闭平均量方程组或关联量方程组。由于在工程应用中， 最关心的是流场中的时均速度、温度和时均湍流特性，无需了解湍流场 的湍流构造细节，因此使用r a n s 方法进行模拟是可行的，也是目前 工程应用中最常用的湍流模拟方法。 9 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章井下气液分离器分离性能研究 表2 - 3 旋流分离器c f d 模拟研究情况 研究人员及时间湍流模型维数主要模拟结果 b o y s a ne ta 1 ( 1 9 8 2 ) 代数湍流模型 2 流速、粒子分布形态及水 力旋流器性能 p e r i c l e o u s ，r h o d e s ( 1 9 8忽略粒子惯性力的 2流速、粒子分布形态及回 6 ) p e r i c l e o u s ( 1 9 8 7 )多流体模型 流区 d a v i d s o n ( 1 9 8 8 ，1 9 9 5 )忽略粒子惯性力的 2 流速、粒子分布形态及回 多流体模型流区 h s i e ha n d p r a n d t l 混合长模型 2流速、粒子分布形态及水 r a j a m a n i ( 1 9 8 8 ，1 9 9 1 )拉格朗日轨道法力旋流器性能，不同流动 条件下气核直径的计算。 m o n r e d o ne ta 1 ( 1 9 9 2 ) 拉格朗日轨道法计 2 速度分布及粒子轨迹 算旋流器效率 p r a n d t l 混合长模型 d y a k o w s k i湍流各向异性 2湍流平均速度的影响，雷 a n d w i l l i a m s ( 1 9 9 3 ) 诺应力的六个组成部分， 速度分布 d y a k o w s k i非牛顿流动模型、 2速度分布 e t a l n 9 9 4 )表面张力平衡 m a l h o t r a 乱a 1 ( 1 9 9 4 )k 一占模型 2湍流模型能量损耗的新公 式 d a v i d s o n ( 1 9 9 5 ) 每个出口均为无粘2气核直径 滞流且密度均匀 d y a k o w s k i a n d 基于惯性力分布计 2气核直径及它与水力旋流 w i l l i a m s ( 1 9 9 5 ) 算器尺寸和操作参数的关系 s e v i l l aa n dk 一占模型 2速度分布、粒子轨迹和水 b r a n i o n ( 1 9 9 7 )力旋流器性能 1 0 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章井下气液分离器分离性能研究 续表2 - 3 a v e r o u sa n dr s m 模型2速度分布 f u e n t e s ( 1 9 9 7 ) a v e r o u s a n dr s m 模型2 速度分布 f u e n t e s ( 1 9 9 7 ) c o n c h ae ta 1 ( 1 9 9 8 ) 使用几个湍流模型 2 - 3 速度分布 s l a c ka n d用于3 d 模拟的3速度分布 b o y s a n ( 1 9 9 8 ) r s m 模型 d a ie ta 1 f 1 9 9 9 )k 一占模型2速度分布 d u e c ke ta 1 ( 1 9 9 8 )k 一占模型2速度分布和粒子轨迹 h e e t a l ( 1 9 9 9 )用于3 d 模拟的 3速度分布 k 一占模型 m e i e ra n dm o r i ( 1 9 9 9 )采用k s 模型结2速度分布 合p r a n d t l 混合长模 型描述湍流各向异 性 s u a s n a b a ra n df l e t c h e r使用r s m 模型2速度分布 ( 1 9 9 9 ) m ac ta 1 r 2 0 0 0 ) 使用r n g 模型 3 速度分布 s l a c ke ta 1 ( 2 0 0 0 )l e s 模型3 速度分布 s t a t i ee ta 1 ( 2 0 0 1 )使用改进的 3 水力旋流器尺寸对分离能 3 d k s 模型力的影响 p e t r ya n dp a r k s ( 2 0 0 1 )k 一占和r n g 模型 3 速度分布 s c h u e t ze ta 1 ( 2 0 0 3 )r s m 模型3模拟得到分离效率曲线 表2 。3 为1 9 8 2 年以来采用c f d 方法对旋流分离器进行模拟所采用的 模型及得出的主要结果【1 4 1 ，由该表可以得出以下规律： ( 1 ) 两相流的c f d 模拟进展较单相流动模拟慢，主要是因为两相流的 本质关系还未完全掌握。所以很难得到一个完整的两相流动图像。目前 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章井下气液分离器分离性能研究 的大多研究局限于单相流中气泡的轨迹分析； ( 2 ) 湍流模型由代数应力模型、k 一占模型发展到目前更为高级的湍 流模型如r s m 模型、r n g 模型及大涡模拟( l e s ) 模型； ( 3 ) 物理模型由简单的一维模型、二维轴对称模型发展到目前的三维 非对称模型。但是目前利用随机轨道模型对分离器的分离效率的研究仅 限于应用二维轴对称模型。 计算机流体力学数值模拟在研究管柱式气水旋流分离器内湍流流 场中已经得到了应用 1 5 , 1 6 】，但目前仅局限于对垂直入口管g l c c 的模 拟，采用的是二维轴对称模型，而k o u b a 等人的研究表唰1 】倾斜入口 管的分离效果更佳，但目前的二维模型研究无法真实的反映倾斜单切向 入口g l c c 分离器内部的非对称流场。 2 2 2 数值模型的建立及求解方法【1 9 1 ( 1 ) 物理模型的建立 管柱式气液旋流分离器的物理模型如图2 7 所示，图中三，为分离器长 度，m ；l 2 为底流管长度，m sd 1 为分离器直径，i l lsd 2 为底流管直径， m ：x 为任一界面距入口的距离，m ，入口管倾角曰取2 7 。，入口管为矩形。 采用三角形非结构化网格对其进行网格剖分。 ( 2 ) 连续相( 水相) 数学模型 数值模拟采用分离模型，即假设分离器内水为连续相，气体以分 散形式( 气泡) 存在，同时由于气相密度相对于液相密度要小得多，且 模拟时入口释放的气泡个数也很少，因此可以忽略气泡对连续相流场的 作用力，即采用非耦合算法进行模拟。 目前有多种模型可供选择，主要有混合长度模型、湍流动能方程 模型、k - e 弼a 方程模型、r e y n o l d s 应力方程模型和双流体模型。其中k - s 双方程模型经历了3 0 余年的工程应用检验，在计算精度、计算时间方 面均可满足本研究需求。连续相模拟采用标准的缸揣流模型。 1 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章井下气液分离器分离性能研究 圈2 _ 7 管柱式旋流分离器物理模型 ( 3 ) 离散相( 气泡) 随机轨道模型 为追踪气泡在管柱式气液旋流分离器中的运动规律，采用拉格朗日 随机轨道模型进行了离教相运移轨迹的模拟。模拟时气泡形状假设为球 形，考虑到气泡的直径及其它因素可不考虑b a s s e t 力，m a g n e s s 力和 s a f f m a n 力的影响。将气泡受到的气动阻力分解成时均流场和脉动流场 对颗粒的阻力两部分，由此可以得到拉格朗日坐标系中颗粒瞬时的动量 方程【1 9 】： 等= ( 一1 4 + ? , l t - - u p ) f ，( 2 - 1 ) 1 3 中国石油大学( 华东) 硕士论文第2 章井下气液分离器分离性能研究 生d t = ( ；+ 1 ，一) ，f ，+ 7 + g ( 2 2 ) 盟d t = ( - + 一k ) z - , - 7 名( 2 - 3 ) 式中，磊、可、帚为连续相的轴向、径向和切向时均速度分量， m s ；弘、y 、为连续相的轴向、径向和切向脉动速度分量，m s ；u p 、 、为气泡的轴向、径向及切向瞬时速度分量，m s 。 弛豫时闻： r = 丝1 8 a 而2 4 ( 2 q 式中，为流体动力粘度，m p a s ；以为颗粒密度( 这里取空气的 密度) ，k g m 3 ；d p 为气泡直径，m lc d 为阻力系数。当o 1 r e t 2 7 2 1 8 2 8 8 螺杆泵2 7 0 ( 7 寸套管) 1 2 1 9 2 2 0 0 4 年1 1 月，a r g o n n e 国家试验室的j o h n a v e i l 和j q u i n n 等人完 成的研究表明 2 3 1 ，近几年来井下分离技术的应用相对于上世纪9 0 年代 的应用有所减少。该项研究共提供了5 9 口井下油水分离和6 2 口井下气 液分离的数据并定性的讨论了其它3 5 口井。文中引用了美国天然气研 究协会( g a sr e s e a r c hi n s t i t u t e ) 统计的井下气液分离技术应用与地层性 质之间的关系( 表3 3 ) 。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章井下气水分离同井注采方案及其选择 表3 3 井下气液分离井的试验情况 生产层位试验试验不经济上结果总试验 成功不成功， 胜入层位成功成功不成功未知 井数 碳酸岩碳酸岩 7 3 0 01 07 03 0 碳酸岩砂岩 lo 0 oll o o 0 煤层砂岩 12oo33 3 6 7 砂岩甩岩 l o1o0l l 9 l9 砂岩未知 0l2o3o l o o 未知未知 7 8322 03 55 5 总计2 61 5