一种涡流工具结构参数优化方法及涡流工具技术

本发明专利技术提供一种涡流工具结构参数优化方法，其包含：基于具备喷射与旋流功能的涡流工具，建立流体在具有所述涡流工具的井筒中的压降变化模型；根据历史生产数据以及结构参数待选组，通过所述压降变化模型计算得到不同生产条件下的井筒总压降；以结构参数为固定因子，井筒总压降最小为优化目标，分析得到所述涡流工具的最优结构参数组合。本发明专利技术提供了一种新型的涡流工具，具备喷射与旋流功能，能够对流体进行二次加速，能用于积液气井排液，并且利用本发明专利技术提出的结构参数优化方法，能够根据气井的生产状况对涡流工具的结构参数进行优化，优选出最佳的工具结构参数组合，为涡流工具的设计加工提供依据。设计加工提供依据。设计加工提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种涡流工具结构参数优化方法及涡流工具


[0001]本专利技术涉及石油天然气开采
，具体地说，涉及一种涡流工具结构参数优化方法及涡流工具。

技术介绍

[0002]涡流排水采气技术是近年来最具代表性的排水采气工艺技术之一。涡流工具的主要作用是将密度不同的混合流体通过改变运动方式来实现流动区域分离。气液通过涡流工具时，受到螺旋叶片的引导与离心作用，混合流体的运动方式变为旋流，在旋流的过程中受切向力的作用密度大的液体被甩向管壁，气体则在中心流动，此时井筒中会产生两个明显的气、液旋流，两种流体在流动中相互作用的阻力减小，进而降低能量的损失。涡流工具设计关键在于工具结构参数的优化。为此，国内外许多专家和学者对此进行了研究。
[0003]现有技术(CN207999233 U)涉及一种涡流工具，从上到下依次连接的投捞鱼头、二级涡流变速器、连接杆、一级涡流变速器和导气柱；结构简单可靠、采用导流体减少气体的动量损失，通过两个涡轮变速器对气体进行二次加速，能有效提高气体离开涡流工具出口的速度，而减小或不显著增加流经涡流工具产生的压降，提高了采收率。但是，现有技术(CN207999233 U)没有涉及工具结构参数优化方法。
[0004]现有技术(气井携液用涡流工具结构参数优化)运用AutoCAD和Fluent流体模拟软件，建立了涡流工具气液两相流场模型，运用正交试验确定了模拟计算方案，通过方差和极差分析得到了不同气液条件下导程、导程数、槽深和槽宽等4个结构参数对工具出口峰值速度的影响程度并确定了工具最优结构参数。但是，现有技术(气井携液用涡流工具结构参数优化)没有运用实验手段对工具的结构参数进行验证。
[0005]并且，现有技术中的Fluent软件在建立模型时只能从几千米的井筒中截取1m
‑
2m来进行模拟计算，并不能够很好的反映气液两相在整个井筒的分布情况；无法定量描述涡流工具在井筒中的作用效果。
[0006]工具设计关键在于工具结构参数的优化。如上所述，现有技术存在一种利用FLUENT软件进行参数优化，还存在一种利用物理模拟实验方法进行参数优化，上述两种现有技术均能够得到模拟条件下的最优结构参数，但其不足之处在于模拟条件与实际气井动态参数存在差距，虽然通过气体状态方程能够模拟气体在井底的体积，但不能模拟实际气体的密度，故不能真实反映气井的生产状况。
[0007]因此，本专利技术提供了一种涡流工具结构参数优化方法及涡流工具。

技术实现思路

[0008]为解决上述现有技术的问题，本专利技术提供了一种涡流工具结构参数优化方法，所述方法包含以下步骤：
[0009]基于具备喷射与旋流功能的涡流工具，建立流体在具有所述涡流工具的井筒中的压降变化模型；
[0010]根据历史生产数据以及结构参数待选组，通过所述压降变化模型计算得到不同生产条件下的井筒总压降；
[0011]以结构参数为固定因子，井筒总压降最小为优化目标，分析得到所述涡流工具的最优结构参数组合。
[0012]根据本专利技术的一个实施例，通过以下步骤建立所述压降变化模型：
[0013]基于所述涡流工具的结构，利用实验室测试的压降与速度数据进行拟合，得到流体通过所述涡流工具时的第一压降模型；
[0014]基于流体的气液两相受力分析，构建得到流体经过所述涡流工具以后的第二压降模型；
[0015]基于所述第一压降模型以及所述第二压降模型，构建得到所述压降变化模型。
[0016]根据本专利技术的一个实施例，所述第一压降模型包含以下公式：
[0017]Δp1＝aρ
m
v
m2
+bρ
m
v
m
+c
[0018]其中，Δp1表示流体通过所述涡流工具时的第一压降，Pa；a、b、c表示局部阻力系数；ρ
m
表示混合流体的密度，kg/m3；v
m
表示混合流体的速度，m/s。
[0019]根据本专利技术的一个实施例，所述第二压降模型包含以下公式：
[0020][0021]其中，Δp2表示流体经过所述涡流工具以后的第二压降，Pa；H表示旋流作用距离，m；dz表示垂直方向上的微元段；dp表示在微元段dz上产生的压降。
[0022]根据本专利技术的一个实施例，所述方法还包含：
[0023]基于所述历史生产数据以及所述结构参数待选组，利用所述第一压降模型进行实验拟合得到拟合系数；
[0024]基于所述拟合系数以及所述第一压降模型计算得到流体通过所述涡流工具时的第一压降；
[0025]基于所述结构参数待选组以及所述第二压降模型计算得到流体经过所述涡流工具以后的第二压降；
[0026]基于所述第一压降以及所述第二压降，通过所述压降模型计算得到不同生产条件下的井筒总压降。
[0027]根据本专利技术的一个实施例，所述结构参数包含：螺旋体长度、螺旋角、螺旋体中径、旋流槽宽度、喷射管内径、喷射管长度以及吸入孔直径。
[0028]根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种存储介质，其包含用于执行如上任一项所述的方法步骤的一系列指令。
[0029]根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种涡流工具，通过如上任一项所述的一种涡流工具结构参数优化方法进行结构参数优化，所述涡流工具包含依次连接的打捞头、螺旋体、导流管、喷射管以及卡套。
[0030]根据本专利技术的一个实施例，所述喷射管的出入口面积不同，用于对流体进行喷射一次加速。
[0031]根据本专利技术的一个实施例，所述螺旋体上设置有螺旋槽，用于对流体进行旋流二次加速。
[0032]本专利技术提供的一种涡流工具结构参数优化方法及涡流工具提供了一种新型的涡流工具，具备喷射与旋流功能，能够对流体进行二次加速，能用于积液气井排液；并且，利用本专利技术提出的结构参数优化方法，能够根据气井的生产状况对涡流工具的结构参数进行优化，优选出最佳的工具结构参数组合，为涡流工具的设计加工提供依据。
[0033]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0034]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0035]图1显示了根据本专利技术的一个实施例的一种涡流工具结构参数优化方法流程图；
[0036]图2显示了根据本专利技术的一个实施例的一种涡流工具结构示意图；
[0037]图3显示了根据本专利技术的一个实施例的气液分相运动物理模型图；
[0038]图4显示了根据本专利技术的一个实施例的气柱微元段示意图；
[0039]图5显示了根据本专利技术的一个实施例的液膜微元段示意图；以及
[0040]图6显示了根据本专利技术的一个实施例的实验用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涡流工具结构参数优化方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：基于具备喷射与旋流功能的涡流工具，建立流体在具有所述涡流工具的井筒中的压降变化模型；根据历史生产数据以及结构参数待选组，通过所述压降变化模型计算得到不同生产条件下的井筒总压降；以结构参数为固定因子，井筒总压降最小为优化目标，分析得到所述涡流工具的最优结构参数组合。2.如权利要求1所述的一种涡流工具结构参数优化方法，其特征在于，通过以下步骤建立所述压降变化模型：基于所述涡流工具的结构，利用实验室测试的压降与速度数据进行拟合，得到流体通过所述涡流工具时的第一压降模型；基于流体的气液两相受力分析，构建得到流体经过所述涡流工具以后的第二压降模型；基于所述第一压降模型以及所述第二压降模型，构建得到所述压降变化模型。3.如权利要求1所述的一种涡流工具结构参数优化方法，其特征在于，所述第一压降模型包含以下公式：Δp1＝aρ
m
v
m2
+bρ
m
v
m
+c其中，Δp1表示流体通过所述涡流工具时的第一压降，Pa；a、b、c表示局部阻力系数；ρ
m
表示混合流体的密度，kg/m3；v
m
表示混合流体的速度，m/s。4.如权利要求1所述的一种涡流工具结构参数优化方法，其特征在于，所述第二压降模型包含以下公式：其中，Δp2表示流体经过所述涡流工...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欢乐，何祖清，周朝，范杰，何同，王烁龙，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：