超声雾化排水采气工艺技术.docx

第四章超声雾化排水采气工艺技术第一节超声雾化原理及国内外应用情况在天然气开采过程中，人们都希望从地层进入井底的水及其它液体能够及时地被气流携带到地面，从而避免液体在井底聚积增大井底回压、降低产气量，气井积液严重时会被积液压死停产。在实际生产中，气体从井底流向井口时，随着温度和压力的变化，水和烃类从气流中凝析出来，井底或多或少总有积液。气井产量越低携液能力越差，井底积液越多，因而排液采气是低产气田开采所面临的一大生产问题。目前，国内外所采用的排液方法主要有三大类：一是气体动力学方法，包括周期性放喷、小油管、虹吸管吹洗等；二是化学方法，包括注入泡沫活性剂等；三是机械方法，如柱塞举升、深抽泵等。超声雾化作为一种新的排水采气工艺，相对于其他技术具有以下技术优点：1、不伤害油气层；2、依靠气井自身能量连续排液；3、无需外界能量，节约地面能源；4、不受积液介质的影响；5、超声旋流雾化排液装置下入井内不压井、不动管柱作业，用软钢丝实现投送和打捞，整套装置的动作在油管内实现，安装、管理方便等。超声雾化排水采气是将一套超声波雾化装置，利用钢丝作业下入并卡定在井内油管的设计深度，借助天然气流动能量，将大液滴打碎、雾化。超声雾化是利用超声能量使液体形成细微雾滴的过程。雾化方式是处于振动表面的薄液层在超声振动的作用下激起毛细-重力波。当振动面的振动幅度达到一定值时，液滴即从波峰上飞出成雾。在较低流速的气流带动下，雾滴更容易从井内携带出来。雾滴直径可由式（4-1）近似计算：…………………………………………（4-1）（4-1）式中：T——液体的表面张力系数；ρ——液体的密度；f——声振动频率；α＝0.3。由式（4-1）可见，改变频率可方便地控制液滴直径的大小。另一方面可以由杨川东的理论得到气体流速与液滴直径的关系是：……………………………………（4-2）（4-2）式中：——液体密度，kg/m3；——气体密度，kg/m3；d——液滴直径，m；——气体流速。从式（4-2）可以看出，气体携液流速与液滴直径的平方根成正比，即液滴直径与携液流速平方成正比，液滴直径增大，携液流速将大幅增加；反之，只要将液滴直径变小，需要的携液流速将大幅减小。由（4-1）、（4-2）两式可得到Vg与频率f的关系是：………………………………（4-3）可见，气体流速Vg与频率f的三次方成反比，即发声装置发出的超声波频率越高，则需要的携液流速越低。超声雾化装置中，采用了“亥姆赫芝哨”来产生超声波。“亥姆赫芝哨”是一个简单的共振器，由两个腔体组成（如图4-1）。由流体流动速度差形成扰动发声，其发声的基波频率（频率越高，雾化液滴的直径越小）由腔体决定，为：VV图4-1亥姆赫芝哨示意图式（4-4）表达了“亥姆赫芝哨”发出的超声波频率与其尺寸之间的关系。可以看出，只要尺寸V足够合适，在足够气流速度差驱动下，能够发出足够高频率的超声波，就能将液体击碎成微米级直径的液滴，此时只需要相对较低的气体流速就能够将井底积液携带出井筒，实现排水采气的目的。………………………………………………（4-4）（4-4）式中c——：声速；V——：空腔体积；R——：与腔连接管有关的系数。为了能让“亥姆赫芝哨”在气液混合流动环境下能够发声，在流体流过“亥姆赫芝哨”之前采用了一个能够产生双旋流的分离装置将气液分离，使流过“亥姆赫芝哨”的流体为气体，且旋流分离装置也有一定破坏液体表面张力使液滴破碎的作用；最后分离后的气和分离后的液再经过一雾化喷嘴（图4-2）再次雾化，三重作用使液体充分雾化。图4-2雾化喷嘴示意图资料表明,现有超声波技术应用于油气开采时主要集中在油井的解堵、稠油降粘、清蜡、除垢等领域。近几年，我国超声雾化排水采气技术逐渐发展，中原油田已经开展了应用试验,大牛地气田也进行了6口井的试验,取得了较好的排液及提高气井自喷稳产期的效果。第二节超声雾化装置及施工程序一、超声雾化装置超声雾化装置主要由雾化喷嘴、交叉分离头、锥状旋转分离器、柱状旋转分离器、密封装置、打捞头、凸轮卡定器等组成。整套结构动作是通过钢丝、加重杆剪断不同直径的剪钉，在油管内部实现凸轮卡定、密封。图4-3超声雾化装置结构图装置卡定密封后气液混合物流经柱状旋转分离器，气液经初步分离后进入锥状旋转分离器加速，分离后的气体和液体经交叉分离头进入雾化喷嘴喷出，液体雾化成微小颗粒足以被气体带出地面，实现雾化排液采气，防止气井积液、延长气井稳产期。二、超声雾化装置施工程序1、收集气井资料，编写施工方案；2、关井，用录井钢丝下Ф59mm通井规通井到预定井深，通井合格；3、用录井钢丝下卡定器座封于预定井深并丢手；4、组装超声雾化装置（安装计算好的气嘴），下入井内投放并卡在卡定器上；5、开井恢复生产，进行超声雾化排水采气试验，进行生产优化。第三节超声雾化选井条件、优点及适