同心管射流泵排采工艺参数的确立方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种同心管射流泵排采工艺参数的确立方法及应用。所述同心管的内管设有接箍，所述管内流体摩阻包括内管中流动的动力液摩阻F

The establishment method and application of the technological parameters of the concentric pipe jet pump

【技术实现步骤摘要】
同心管射流泵排采工艺参数的确立方法及应用
本专利技术涉及常规/非常规气井排水采气过程中所使用的同心管射流泵排采工艺设计的计算模型
，具体涉及一种同心管射流泵排采工艺参数的确立方法及应用。
技术介绍
无论非常规的煤层气、致密气、页岩气还是常规天然气井的生产都避免不了受到地层水的影响，尤其是煤层气井，排水采气贯穿于整个生产周期。目前生产现场常用的抽油机、螺杆泵、电潜泵等排采设备有各自使用条件的局限性，而同心管射流泵可根据生产井所处的产液、产气、固体颗粒产出状态，通过调整管柱尺寸、泵芯尺寸、工作参数等工艺条件，满足不同的生产要求，且具有检修期长，修井费用低等优势。国内学者对射流泵进行了不同方面的研究，但都着重于射流泵的泵芯结构设计，或者是仅对射流泵工艺进行的简单介绍。但要使射流泵满足生产要求，需要泵芯结构、地面泵的工作参数及管柱的尺寸(特别对同心双管射流泵)等工艺参数完美配合，才能达到好的生产效果。因此，除泵芯尺寸外，地面注入压力、注入液量、泵效、同心双管柱尺寸组合等也是设计需要考虑的关键参数。常规的射流泵设计理论模型很多参考书上都有介绍，但里面涉及的只是简单的计算框架，影响设计的核心模型如摩阻、井底流压、射流泵的特性方程等都未提到；现场使用设计时也多用的是经验公式，没有一套系统完善的计算工艺参数的理论模型；现场使用设计时没有规范的思路、设计流程，计算的精度和效率都较低；且对于不同类型的生产井来说，产出流体的相态不同，对应的模型及计算方法都有所不同。因此，有必要专利技术一套同心管射流泵排采工艺参数的计算模型，该模型综合考虑管柱内流体流动摩阻(动力液摩阻、混合液摩阻)、及接箍处混合液流体压降损失、受产出气体影响的油套环空井底流压及射流泵的特性方程等，建立同心管射流泵排采工艺参数设计模型，并结合现场实际，规范对其应用的方法。该方法有助于更合理、高效、精确地设计同心管射流泵排采工艺参数，指导同心管射流泵现场排采施工及生产制度等方案调整。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提供一种同心管射流泵排采工艺计算模型参数的确定方法及应用方法，以更合理、高效、精确地设计同心管射流泵排采工艺参数，指导同心管射流泵现场排采施工及生产制度等方案调整。本专利技术首先提出一种同心管射流泵排采中管内流体摩阻的获得方法，所述同心管的内管外设有接箍，其特征在于，所述管内流体摩阻包括内管中流动的动力液摩阻Fp和在同心管环空内流动的混合液摩阻Fm，其中，所述混合液摩阻Fm包括常规环空流动摩阻Fm1和接箍处摩阻Fm2。其中，vm、vp分别为混合液流速和动力液流速，m/s；λm、λp分别为混合液和动力液在同心管环空及内管中的水力摩阻系数，该系数以Colebrook-White提出的水力摩阻系数经验公式为基础，用现场生产实测数据对Colebrook-White公式中的常数进行修正，得到水力摩阻系数计算模型为Δ为管表面粗糙度，根据管柱的类型查取，mm；Re为雷诺数，通过管径、流体的流速、粘度、密度等参数计算；d为水力直径，mm；计算λm时流速用混合液流速vm，水力直径为同心管外管内径D-同心管内管外径d1；计算λp时流速用动力液流速vp，水力直径为内管内径dt；vs为混合液在同心管环空缩径处的流速，m/s；d2为接箍外径，mm；n为内管接箍个数；ρm、ρp分别为混合液和动力液的密度，kg/m3；L为管线长度，m。本专利技术还提出一种同心管射流泵排采工艺模型参数的确立方法，主要包括以下步骤：A、根据上述方法，获得在所述同心管的内管中流动的动力液摩阻Fp及在同心管环空内流动的混合液摩阻Fm；B、根据A步骤中的Fm获得混合液排出压力P3；C、获得气井井底流压Pwf；D、获得射流泵的举升率H；E、获得喷嘴入口压力P1；F、获得气蚀流量比Mc；G、获得动力液量Qp。上述步骤不按顺序，可根据实际情况安排计算顺序。进一步地，所述B步骤中，P3＝LG2+Fm+Pwh，其中，Pwh为回压，单位为MPa，由井口压力表测得；L为所述同心管的管柱长度，单位为m；G2为所述同心管中混合液压力梯度，单位为MPa/m，G2＝0.0098(Qpγp+Qwγw)/(Qp+Qw)，其中，Qp、Qw分别为所述同心管的动力液量、产液量，单位为m3/d，γp和γw分别为动力液和产出液的相对密度。本专利技术中，混合液为动力液和产出液的混合物。进一步地，所述C步骤中，Pwf＝Pc+Pg+Pm，其中Pc为套压，由现场压力表数据读取；Pg气柱压力，Pm为混气液柱压力。其中，为油套环空内气体平均绝对温度，K；为在下，环空内气体偏差系数；h为气柱垂向深度，m；Gg为气体压力梯度，Pa/m。Pm＝GLhL-I1+I2，其中，参数vsg＝C/Pwf，fg＝C/(bC+aPwf)，GL为混气液体压力梯度，Pa/m；hL为混气液柱长度，m；A1为油套环空过流断面截面积，m2；M1为气体分子质量；为通用气体常数，通常为8.314472；g为重力加速度；fg为气体空隙度，当vsg＜0.61m/s时，a＝0.6，b＝1.2，当vsg≥0.61m/s时，a＝b＝1；qsc为标况下环空气体流量，m3/s；Psc为标况下的压力，Pa；Tsc为标况下的温度，K。进一步地，所述D步骤中，当井口工作压力为已知时，根据压头比公式得到，其中，P1为喷嘴入口压力，单位为MPa，计算方法见E中的第一种情况；当井口工作压力未知时，其中，M为喷射率，等于产出液量Qw除以动力液量Qp，产出液量Qw为根据生产要求的给定值；动力液量Qp为设计值，通过采用迭代拟合的方式进行模拟设计，N通过下式获得：式中，ρr为无量纲密度比，为地层液密度与动力液密度之比，当地层产出液和动力液都为水时，ρr＝1；Kj，Ks，Kt，Kd分别为动力液通过喷嘴、地层液通过吸入环道、混合液通过喉管和扩散管的摩擦损失系数，R为喷嘴喉管的面积比，dn和dt分别为喷嘴和喉管的直径，单位为mm。进一步地，在所述步骤E中，若井口工作压力为规定值，P1＝LG1+Ps-Fp，其中，Ps为井口工作压力，MPa，这里为规定值；G1为动力液压力梯度，MPa/m；L为管柱长度，m；Fp为动力液在内管中的摩阻，MPa；若井口工作压力为设计值，进一步地，所述步骤F中，所述步骤G中，其中，ρp为动力液的密度，单位为kg/m3；A为喷嘴的面积，单位为mm2；α为流量系数。本专利技术还提出一种根据上述方法设计能达到特定产液量需求下的工艺参数的方法，喷嘴/喉管的尺寸特定，所述方法包括以下步骤：步骤一：确定基础参数及设计目标参数：(1)输入基础参数；(2)设定要求的产液量；(3)设定给定的所述喷嘴/喉管尺寸；步骤二：设定动力液量排量范围，从最小值开始以一定的步长计算拟合：(4)根据该步长下预设的动力液量，根据所述A步骤计算动力液管柱和混本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同心管射流泵排采中管内流体摩阻的确定方法，所述同心管的内管设有接箍，其特征在于，所述管内流体摩阻包括内管中流动的动力液摩阻F

【技术特征摘要】
1.一种同心管射流泵排采中管内流体摩阻的确定方法，所述同心管的内管设有接箍，其特征在于，所述管内流体摩阻包括内管中流动的动力液摩阻Fp和在同心管环空内流动的混合液摩阻Fm，其中，所述混合液摩阻Fm包括常规环空流动摩阻Fm1和接箍处摩阻Fm2，






其中，参数λm、λp分别为混合液和动力液在同心管环空及内管中的水力摩阻系数，dt为内管内径，D为同心管外管内径，d1为同心管内管外径；vm为混合液在常规环空中的流速，m/s；vp为动力液流速，m/s；vs为混合液在同心管环空缩径处的流速，m/s；d2为接箍外径，mm；n为内管接箍个数；ρm、ρp分别为混合液和动力液的密度，kg/m3；L为管线长度，m。


2.根据权利要求1所述的同心管射流泵排采中管内流体摩阻的确定方法，其特征在于，水力摩阻系数计算模型根据现场数据修改后为其中，Δ为管表面粗糙度，mm；Re为雷诺数；d为水力直径，mm，对动力液来说，d为内管内径dt，对同心管环空来说d为同心管外管内径D与同心管内管外径d1的差值。


3.一种同心管射流泵排采工艺模型参数的确立方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、根据权利要求1或2所述方法，获得在所述同心管的内管中流动的动力液摩阻Fp及在同心管环空内流动的混合液摩阻Fm；
B、根据A步骤中的Fm获得混合液排出压力P3；
C、获得气井井底流压Pwf；
D、获得射流泵的举升率H；
E、获得喷嘴入口压力P1；
F、获得气蚀流量比Mc；
G、获得动力液量Qp。


4.根据权利要求3所述的同心管射流泵排采工艺模型参数的确立方法，其特征在于，所述B步骤中，P3＝LG2+Fm+Pwh，其中，Pwh为回压，单位为MPa，由井口压力表测得；L为所述同心管的管柱长度，单位m；G2为所述同心管中混合液压力梯度，单位为MPa/m，G2＝0.0098(Qpγp+Qwγw)/(Qp+Qw)，其中，Qp、Qw分别为所述同心管的动力液量、产液量，单位为m3/d，γp和γw分别为动力液和产出液的相对密度。


5.根据权利要求4所述的同心管射流泵排采工艺模型参数的确立方法，其特征在于，所述C步骤中，Pwf＝Pc+Pg+Pm，其中Pc为套压，由现场压力表数据读取；



其中，为油套环空内气体平均绝对温度，K；为在下，环空内气体偏差系数；
Pm＝GLhL-I1+I2，其中，参数vsg＝C/Pwf，fg＝C/(bC+aPwf)，M1为气体分子质量；为通用气体常数，g为重力加速度，GL为液体压力梯度，Pa/m；hL为混气液柱长度，m；fg为气体空隙度，当vsg＜0.61m/s时，a＝0.6，b＝1.2，当vsg＞0.61m/s时，a＝b＝1；M1为气体分子质量；为通用气体常数，通常为8.314472；Psc为标况下的压力，Pa；Tsc为标况下的温度，K；A1为油套环空过流断面截面积，m2。


6.根据权利要求5所述的同心管射流泵排采工艺模型参数的确立方法，其特征在于，所述D步骤中，
当井口工作压力为已知时，根据泵出口及入口的压力比得到，
当井口工作压力未知时，
其中，P1为喷嘴入口压力，MPa；M为喷射率，等于产出液量Qw除以动力液量Qp，产出液量Qw为根据生产要求的给定值；动力液量Qp为设计值，通过采用迭代拟合的方式进行模拟设计，N通过下式获得：



式中，ρr为无量纲密度比，为地层液密度与动力液密度之比，当地层液和动力液都为水时，ρr＝1；Kj，Ks，Kt，Kd分别为动力液通过喷嘴、地层液通过吸入环道、混合液通过喉管和扩散管的摩擦损失系数，R为喷嘴喉管的面积比，dn和dt分别为喷嘴和喉管的直径，单位为mm。


7.根据权利要求3或6所述的同心管射流泵排采工艺模型参数的确立方法，其特征在于，在所述步骤E中，
若井口工作压力为规定值，P1＝LG1+Ps-Fp，
其中，Ps为井口压力输入值，MPa；G1为动力液压力梯度，MPa/m；L为管柱长度，m；Fp为动力液在内管中的摩阻，MPa；
若井口工作压力为设计值，
则井口工作压力：Ps＝P1-LG1+Fp。


8.根据权利要求3所述的同心管射流...

【专利技术属性】
技术研发人员：于姣姣，李乐忠，李又武，张越，崔景云，苏展，
申请(专利权)人：中海石油气电集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11