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深层大斜度井段多因素耦合排采泵动态特性及气-水-粉多相流态运移机制

批准号:
52074161
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
刘新福
依托单位:
学科分类:
油气开采
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘新福

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
综合低沉没度、低流速、低粘度和高气液比多因素耦合影响,建立大斜度井段弹动式泵阀动力学、井液流经泵阀阀隙水力摩阻、三层流场水粉两相流压力梯度和运移速度场、泵筒动态充满度、多流型三相流煤粉滑移压力损失及速度场的动态模型,基于数值仿真、室内实验和井场试验测试相结合方法,攻克大斜度泵阀漏失和开启滞后、低速液流固相含量高且携煤粉能力差、高气液比造成充满度下降等业内前沿和技术瓶颈,揭示大斜度泵阀随井液和弹簧高效运行动力学特性、三层流场水粉两相流态运移机制、气水两相流态运移机制和多流型气水粉三相流态运移机制,提出一种低沉没度高气液比大斜度泵高效排采及低流速大斜度泵筒液流携粉顺利排出新方法,构建深层大斜度井段排采泵系统设计方法和技术体系,破解多因素耦合大斜度泵动态运行特性及其多相流态运移机制的科学本源问题,对提升三气合采深层大斜度井段排采泵的可靠性和泵效以及多相流态煤粉防控具有重要的科学意义和实用价值。
英文摘要
Mathematical models of dynamics of spring-actuated pump valve, hydraulic loss for water flow through valve, pressure gradient and velocity of water-coal two phase flow in three-layer field, dynamic water level in cylinder, pressure loss and velocity field of three-phase flow with multi-flow type will be developed under the coupling conditions of low submergence, low flow rate, low viscosity and high CBM-water ratio. The problems and bottlenecks of valve leakage and opening lag, high coal concentration and poor sand carrying capacity in low flow rate and low dynamic water level with high CBM-water ratio are solved on numerical simulations, experiments and tests in coalbed methane (CBM) high inclination well sections. The dynamics of pump and mechanisms of water-coal two phase flow in three-layer field, CBM-water two phase flow and three-phase flow with multi-flow type are revealed in CBM high inclination well sections. The methodologies of pump running with high efficiency and coal with water are proposed under the coupling conditions. The design and technical systems are created for sucker rod pumps in CBM high inclination well sections. The source problems of dynamics on pump and moving mechanism of CBM-water-coal multiphase flow are solved under the coupling conditions. Moreover, this work will provide theoretical basis and technical support for improving reliability and efficiency of pumps and controlling coal in multiphase flows of three gas combined mining.
围绕低沉没度引起泵阀开启滞后、低流速使得井液固相含量高且携煤粉能力差、高气液比造成泵效降低等业内前沿和技术瓶颈,综合低沉没度、低流速、低粘度和高气液比多因素耦合影响,建立大斜度弹动式泵阀动力学、井液流经泵阀水力摩阻、三层流场水粉两相压力梯度和速度场、湍流场连续流、泵筒动态充满度、气泡流—塞状流—弹状流的多流型气水粉三相流煤粉滑移压力损失及速度场的动态模型,基于数值仿真、室内实验和井场试验测试相结合方法,在大斜度泵阀随井液和弹簧高效运行动力学特性、三层流场水粉两相流态运移机制、气水两相流态运移机制、多流型气水粉三相流态运移机制的核心科学问题上取得突破,增大冲程、冲次和泵径会提升大斜度泵井液流经泵阀水力摩阻及其临界沉没度,增大泵倾斜角、煤粉密度和水粉两相黏度会增加悬浮层和移动层的压力梯度,且速度波动对三层流场中悬浮层煤粉沉积的影响要小于移动层和静止层,减小冲次和泵入口处气液比以及增大泵入口处压力会显著提升泵内液面实时高度和瞬时动态充满度,多流型三相流态适当增加倾斜角和排液量并减小煤粉粒径可使泵腔获得较大压差并增加液体扰动和利于煤粉排出,提出一种低沉没度高气液比大斜度泵高效排采及低流速大斜度泵筒液流携粉顺利排出新方法,构建深层大斜度井段排采泵系统设计方法和技术体系,对提升三气合采大斜度泵可靠性和泵效及多相流态煤粉防控和延长检泵周期具有重要的科学意义和实用价值。. 与大型央企及其科研院所开展产学研用协同创新,破解多因素耦合水平井大斜度泵动态运行特性及多相流态运移机制的源头性难题,发明并自主研制大斜度多流型气液固多相流动安全保障及其高速叶轮动态分离技术,为发展非常规油气开采领域的“中国芯”做出贡献,可满足水平井和定向井现场高效排采需求,大幅提升技术适应性和可靠性,对有效解决深层复杂油气三气合采问题以及实现降本增效、节能减排和环境保护,推动传统举升泵装备升级改造,科技进步意义重大。
深层大斜度井段多因素耦合排采泵动态特性及气-水-粉多相流态运移机制
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    刘新福
  • 依托单位:
国内基金
海外基金