高压天然气井下节流是一个降压降温过程.常规的地面节流工艺,节流前需用地面加热保温装置对天然气加热,提高气流温度以免形成水合物堵塞.而井下节流技术将井下节流器置于油管某一适当位置来实现井筒节流降压,并充分利用地热加温,使节流后气流温度高于节流后压力条件下的水合物形成初始温度,从而达到地面管线压力降低,控制气井产量,保护地层、取消地面加热保温装置、降低气井开采成本的目的.本文在理论分析的基础上,对比地面节流和井下节流,根据能量守恒原理和范德华混合规则,导出了天然气节流温降机理模型,该模型采用Peng-Robinson方程描述天然气节流的相平衡过程,能计算井下节流的温降和压降.基于质量、动量、能量守恒原理及井筒径向传热理论,建立了描述井筒流体压力、温度分布的管流模型.

该模型考虑了流体的动能项、焦耳-汤姆逊效应、井身结构、油管柱结构、不同环空传热介质及地层热物理性质沿井深的变化.应用节点系统分析方法,将井下节流压降温降模型同天然气管流模型耦合,初步建立了井下节流井筒压力温度分布预测模型,该模型能近似预测节流温降、压降,及其分布.推出了计算油嘴最小下入深度的和最优产气量关系式.在天然气开采和储运过程中,水合物导致阀门堵塞、气井停产、管道停输等严重事故.为了快速而又准确地预测水合物生成条件,选择相应措施,需要计算节流前后操作温度、节流后操作压力、抑制剂耗量及天然气含水量,并开发一套适用的应用程序.在理论研究的基础上研制了井下节流器和地面配套装置、制定了节流工具的技术指标、适用范围,在川渝气田的12口井和长庆气田5口井上进行了应用试验,证明井下节流器工具设计合理,操作容易,座放和打捞都很可靠,井下节流工艺技术具有很好的应用前景和推广价值.

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