天然气喷射引流装置变工况性能试验.pdf

第 2 9 卷第 1 O 期 天然气工业 天然气喷射 引流装 置变工况性 能试 验 吴革生 刘双全 张振 红 师尊禄。 1 ． 中 国石油长庆油 田公 司油气工艺研究 院2 ． 中国石油长庆油 田公 司第 四采油厂3 ． 中国石油 长庆 工程监督处 吴革生等． 天然气喷射 引流装置 变工况性能试验． 天然气工业 ， 2 0 0 9 ， 2 9 I O 8 3 8 5 ． 摘 要 天 然气喷射引流技术是靖边 气田低 压气井开采 、 实现稳定生产 、 取得较 好开采 效果 的主要技术 ， 如何 选择合适 的喷射装置 设计参数和运行过程 中工作 制度 ， 对 于装置 的长 期有 效运行 非常 关键。通过 现场试 验 ， 研 究 了高低压 气流量 和引射率随压力 的变化 规律 ， 掌握 了喷射装 置 的变工况 性 能 低压 气流 量 与高 压气压 力 为非单调 关 系， 随着高压气压力增加 ， 低压气流量先增 加后减小。现场应用 中， 需要根据 工况性 能选 择合适 的高压 气工作压 力 ， 引射率变化规律 与低压 气流 量变化规律 一 致， 引射 率与低 压 气压 力为近 似 直 线关 系， 且 随着 高压 气压 力的减 小 ， 斜率就增大。设计过程 中， 要充分考虑现 场应用井 的稳压 能力 ， 设计 合理 的工作 压力 和流量 ， 以延长 喷射装置 的应用 时间。喷射引流装置变工况性 能与装 置本 身结 构参 数有 关 ， 对 于不 同的 喷射装 置 需要进行 变工况 性能分 析 ， 并做 出相应 图版来指 导现场 生产。 关键词 靖边气 田 气井 压 力 喷射 引流 增压 开采 参数 D0I 1 0 ． 3 7 8 7 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 0 0 9 7 6 ． 2 0 0 9 ． 1 0 ． 0 2 6 0 引 暑 天 然气 喷射 引流 技术 最 初用 于 原 油 挥 发气 的 回 收及气体压缩等方面口 ] ， 2 0 0 5年杨德伟提 出了利用 喷 射技 术输 送 低 压 气 层 天 然 气 的 技 术 方 案 _ 3 ] ， 但 未 见 其应 用报 道 。长 庆 靖 边 气 田于 2 0 0 7年 安 装 了第 一 套喷 射 引流装 置用 于低 压 气 井 开采 。该 技术 利 用 高压气井引射低压气井生产 ， 在不借 助外来能源 的 情况下 ， 实现低压气井在低于外输压 力下仍能正常 稳定生产 ， 从而降低生产 和管理成本 。天然气喷射 引流技 术 原 理_ 4 ] 是 高 压 天 然 气 经 喷 嘴节 流 ， 在 混 合 腔形成低于低压气人 口压力 的低压 区， 低压天然气 在压差作用下被吸入混合段 与高速流动 的天然气混 合 ， 形成具有一定速度的混合气流， 在扩压段 内完成 升压后外 输 。该 技术可 充分利 用高 压气井 的压力 能 ， 为低压气井 增压 开采 探 索 了一种 新途 径 。笔者 通 过喷射 引 流装置 的变 工况试 验 ， 研 究 了高低 压气井 流 量 和引射 率随压 力 的变化 规律 ， 为喷射 引流 装置设 计 参数选取和工作制度的确定提供了参考意见。 1 试验流程 与试验步骤 试验 流程 如 图 1 所 示 。 图 1 喷射 引流试 验流程示意图 力表 压力表 高低压气井通过 节流针阀后进入喷射装置， 与 低压气混合后进人集输系统， 在低压气人 口和混合 出 口分 别 安装 1台智 能 旋 进漩 涡 流量 计 ， 对低 压 气 和混合气流量进行分别计量 ， 高压气流量通过混 合 气 流量 减 去低 压气 流量 求 得 。 通过改变喷射装置的工作状况 ， 即改变进入 喷 射装置的高低压气井的进气压力 ， 分析高低压其 流 作者简介 吴革 生 ， 1 9 6 6 年 生 ， 高级工程 师 ； 主要 从事 采气 工艺 研究 工作 。地址 7 1 0 0 2 1 陕 西省 西安 市未 央 区明光路 。 电话 0 2 9 8 6 5 9 0 6 7 1， 1 3 7 0 0 2 3 8 7 3 9 。 E - ma i l wg s c q p e t r o c h i n a ． c o rn． c n 8 3 天然气工业 2 0 0 9 年 l O 月 量 随进 气 压 力 的变 化 规 律 ， 来 研 究 喷射 装 置 的 工况 性能 ， 对 喷射 装 置 的现 场 应 用 提供 指 导 。试 验 步 骤 如下 1 通过调整高压气井节流针 阀， 使高压气进入 喷射装 置压力 最大 ， 即针 阀全 开状态 。 2 调节 低 压 气 节 流针 阀 ， 使 低 压 气 进 入 喷 射 装 置压 力 为 最 小 ， 即 针 阀全 关 ， 稳 定 后 记 录 压 力 和 流 量 。 3 调节低压压力使低压气进入喷射装置压力递 增 0 ． 5 MP a ， 稳 定后记 录压 力和 流量 。 4 重复 步骤 3 ， 直 到低 压 气 进 入 喷射 装 置 压 力 最大 ， 即针 阀全开 。 5 调节 高 压 气 节 流针 阀 ， 使 高压 气 进 入 喷 射 装 置压 力递减 1 ． O MP a ， 操作 步骤 2 、 3 和 4 。 6 重复 步骤 5 ， 直 到 高压 气 进 人 喷射 装 置 压 力 小 于 8 MP a ， 试 验结 束 。 2 喷射 引流装置变工况性能分析 通过调 节高 低压气 节 流针 阀分 别使 高 压 井进 入 喷射装 置 的 压 力 分 别 为 8 、 9 、 1 0 、 1 1 、 1 2 MP a和 1 3 MP a ， 低压气井 进入 喷射 装 置 压力 分 别 为 2 ． 0 、 2 ． 5 、 3 ． 0 、 3 ． 5 、 4 、 4 ． 5 MP a和 5 ． 0 MP a ， 混 合 后 与 外 输 系 统相 连 ， 外 输压 力恒 定为 5 ． 3 MP a ， 开 展 了不 同工况 下现 场试验 。 2 ． 1 高压 气流 量变化 规律 试 验 结 果 表 明 ， 各工 况 下 高 压气 流 量 只 与 高压 气压 力有关 ， 低 压气压 力对其 影 响很小 如 图 2 。 图 2高压气流量变化规律图 本试 验 中所采 用 的高压喷 嘴为缩放 喷嘴 ， 对 于尺 寸确定 的缩 放 喷 嘴 ， 当其 进 出 口压 比小 于 临 界 压 比 时 ， 流量只与进 口高压参数有 关 ， 可按下式计算 G 8 4 式 中 k为绝热 指数 ， 对 于 天 然气 按 甲烷 计 而 言 ， k 一1 ． 3 2 ； A ⋯为喷嘴喉部面积， 对于固定的喷嘴其喉 部 面积保 持不变 。因而通 过该 喷 嘴 的流 量 只与 人 口 高压气 参数 有关 ， 而 与低压 气参 数无关 。 2 ． 2低压 气流 量变 化规律 从 图 3中可 以看 出 ， 低 压 气 流 量 与 高压 气 压力 为非 单 调 关 系 ， 随 高压 气 压 力 的 增 大 而先 增 大后 减 小 。 由该 图可知 ， 当高压气 压力 P 为 1 1 ～ 1 2 MP a 时 ， 低 压气 流量 的变 化规律 发 生转 变 ， 这 与装 置 设计 工作 压力 有关 。 图 3 低压气流量与高压气压力关 系曲线图 一 般 来说 ， 随 着高压 气 压力 的增 加 ， 高 压气 流 量 增 大 ， 相 应 的引射量 低 压气 流量 也 增 大 。但 当 P 高于某特定值时， 随着高压气压力的进一步增大 ， 喷 嘴出口的压力升高 ， 低压气的进气压力与喷嘴出口 压力的压差减小 ， 从而低压流体的引射量减少。这 表 明在 天然 气 喷 射 装置 实 际运 行 时 ， 不 能靠 盲 目提 高高压气的进气压力来增大低压气流量。 图 4给 出 了低 压气 压力 变 化对 低 压气 流 量 的影 响曲线 ， 从图中可 以看 出， 随着低压气压力 的增大 ， 低 压气 流量 近似呈 线性 增加 ， 且 高压 气 压 力越 低 ， 增 加 的越快 。 图 4 低 压气 流量 与低 压气 压 力 关 系 曲线 图 第 2 9 卷第 1 0 期 天然气工业 2 ． 3 引射 率 变化 规律 引射率 定 义为 在某 一工 况 下 低压 气 流 量 与 高压 气流 量之 比。 由图 5可 知 ， 在 试 验范 围内 ， 引 射率 随高 压 气 压 力 的增 大 而 先 增 大 后 减 小 。 由 图 5可 知 ， 当 P 为 1 0 ～1 2 MP a时， 引射率的变化规律发生转变。这与 低压 气 流量 的变化 规律 是 基本 一致 的。 P H MP a 图 5 引射率与高压气压力关 系曲线 图 图 6给出了低压气压力变化对 引射率 的影响曲 线 ， 从 图中可 以看 出 ， 随着 低 压 气 压 力 的 增 大 ， 引 射 率近 似呈 线 性 增 加 。在 高 压气 压 力 较 低 的情 况 下 ， 随着低压气压力下降 ， 引射率下降很快 ； 在低压气压 力接近外输压力时 ， 随着高压气压力下降， 引射率增 P L MP a 图 6引射 率与低压气压力关 系曲线 图 加 ， 这主要是由于低压气接近外输压力时 ， 低压气流 量随着高压气 压力下 降变化很小 ， 而高压气流量 随 着 高压气 压 力 降低减 小 明显 。 天 然气 喷 射引 流装 置 的变 工 况性 能 与 装 置本 身 结 构 参 数 有 关 ， 对 于不 同 的喷 射 装 置 需 要 进 行变 工 况 分析 ， 找 出合 理 工况 来指 导现 场 生产 。 3结 论 及 认 识 1 喷 射 引流装 置 变工 况 性 能与 装 置本 身 结 构 参 数 有 关 ， 对 于 不 同 的 喷射 装 置 需 要 进 行 独 立 的变 工 况 性 能分 析 ， 做 出相应 图版 来 指导 现场 生产 。 2 低压气流量与高压气压力非单调关 系， 随着 高压 气压 力 增 加 ， 低 压 气 流 量 先 增 加 后 减 小 。现 场 应用并不是高压井进气压力越高越好 ， 需要选择合 适 的高压 气 工作 压力 。 3 引射 率 变 化 规 律 与 低 压 气 流 量 变 化 规 律 一 致 ， 引射 率 与低 压气 压力 近 似直 线 关 系 ， 且 随 着高 压 气压力减小 ， 斜率增大。设计过程 中， 要充分考虑现 场应用井的稳压 能力等因素 ， 选择合理的设计工作 压 力 ， 以延 长 喷射装 置 的应 用时 间 。 参 考 文 献 [ 1 ]金 良安 ， 刘 学武 ， 李志义 ， 等． 利 用喷射器 回收原油挥发 气 的装置及 其 应用 实 例 E J 3 ． 机 械工 程 学报 ， 2 0 0 3 ， 3 9 4 1 55 1 5 8． [ 2 ]张义贵． 用 气体 喷 射器 压缩 天 然气 E J J ． 华 北石 油 设计 ， 1 9 8 9， 5 4 卜4 ． E 3 ]杨德伟 ， 林 日亿 ， 王弥康 ， 等． 利用喷射器技术输送 低压气 层天然气 E J 3 ． 油气 田地面工程 ， 2 0 0 5 ， 2 4 4 1 0 1 2 ． E 4 3金忠 臣， 杨川东 ， 张守 良， 等． 采气工程 [ M] ． 北京 石油工 业 出版 社 ， 2 0 0 4 ． E 5 3沈维道 ， 蒋智敏 ， 童钧耕． 工 程热力 学E M3 ． 3版． 北京 高 等教育 出版社 ， 2 0 0 6 ． 修改 回稿 日期2 0 0 9 0 7 2 4 编辑韩晓渝 8 5