CN110863826A - 同心管射流泵排采工艺参数的确立方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种同心管射流泵排采工艺参数的确立方法及应用。所述同心管的内管设有接箍，所述管内流体摩阻包括内管中流动的动力液摩阻Fp和在同心管环空内流动的混合液摩阻Fm，其中，所述混合液摩阻Fm包括常规环空流动摩阻Fm1和接箍处摩阻Fm2，
本发明有助于更合理、高效、精确地设计同心管射流泵排采工艺参数，指导同心管射流泵现场排采施工及生产制度等方案调整。
Description
技术领域
本发明涉及常规/非常规气井排水采气过程中所使用的同心管射流泵排采工艺设计的计算模型技术领域，具体涉及一种同心管射流泵排采工艺参数的确立方法及应用。
背景技术
无论非常规的煤层气、致密气、页岩气还是常规天然气井的生产都避免不了受到地层水的影响，尤其是煤层气井，排水采气贯穿于整个生产周期。目前生产现场常用的抽油机、螺杆泵、电潜泵等排采设备有各自使用条件的局限性，而同心管射流泵可根据生产井所处的产液、产气、固体颗粒产出状态，通过调整管柱尺寸、泵芯尺寸、工作参数等工艺条件，满足不同的生产要求，且具有检修期长，修井费用低等优势。国内学者对射流泵进行了不同方面的研究，但都着重于射流泵的泵芯结构设计，或者是仅对射流泵工艺进行的简单介绍。但要使射流泵满足生产要求，需要泵芯结构、地面泵的工作参数及管柱的尺寸(特别对同心双管射流泵)等工艺参数完美配合，才能达到好的生产效果。因此，除泵芯尺寸外，地面注入压力、注入液量、泵效、同心双管柱尺寸组合等也是设计需要考虑的关键参数。
常规的射流泵设计理论模型很多参考书上都有介绍，但里面涉及的只是简单的计算框架，影响设计的核心模型如摩阻、井底流压、射流泵的特性方程等都未提到；现场使用设计时也多用的是经验公式，没有一套***完善的计算工艺参数的理论模型；现场使用设计时没有规范的思路、设计流程，计算的精度和效率都较低；且对于不同类型的生产井来说，产出流体的相态不同，对应的模型及计算方法都有所不同。
因此，有必要发明一套同心管射流泵排采工艺参数的计算模型，该模型综合考虑管柱内流体流动摩阻(动力液摩阻、混合液摩阻)、及接箍处混合液流体压降损失、受产出气体影响的油套环空井底流压及射流泵的特性方程等，建立同心管射流泵排采工艺参数设计模型，并结合现场实际，规范对其应用的方法。该方法有助于更合理、高效、精确地设计同心管射流泵排采工艺参数，指导同心管射流泵现场排采施工及生产制度等方案调整。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种同心管射流泵排采工艺计算模型参数的确定方法及应用方法，以更合理、高效、精确地设计同心管射流泵排采工艺参数，指导同心管射流泵现场排采施工及生产制度等方案调整。
本发明首先提出一种同心管射流泵排采中管内流体摩阻的获得方法，所述同心管的内管外设有接箍，其特征在于，所述管内流体摩阻包括内管中流动的动力液摩阻Fp和在同心管环空内流动的混合液摩阻Fm，其中，所述混合液摩阻Fm包括常规环空流动摩阻Fm1和接箍处摩阻Fm2。
其中，vm、vp分别为混合液流速和动力液流速，m/s；λm、λp分别为混合液和动力液在同心管环空及内管中的水力摩阻系数，该系数以Colebrook-White提出的水力摩阻系数经验公式为基础，用现场生产实测数据对Colebrook-White公式中的常数进行修正，得到水力摩阻系数计算模型为
Δ为管表面粗糙度，根据管柱的类型查取，mm；Re为雷诺数，通过管径、流体的流速、粘度、密度等参数计算；d为水力直径，mm；计算λm时流速用混合液流速vm，水力直径为同心管外管内径D-同心管内管外径d1；计算λp时流速用动力液流速vp，水力直径为内管内径dt；vs为混合液在同心管环空缩径处的流速，m/s；d2为接箍外径，mm；n为内管接箍个数；ρm、ρp分别为混合液和动力液的密度，kg/m3；L为管线长度，m。
本发明还提出一种同心管射流泵排采工艺模型参数的确立方法，主要包括以下步骤：
A、根据上述方法，获得在所述同心管的内管中流动的动力液摩阻Fp及在同心管环空内流动的混合液摩阻Fm；
B、根据A步骤中的Fm获得混合液排出压力P3；
C、获得气井井底流压Pwf；
D、获得射流泵的举升率H；
E、获得喷嘴入口压力P1；
F、获得气蚀流量比Mc；
G、获得动力液量Qp。
上述步骤不按顺序，可根据实际情况安排计算顺序。
进一步地，所述B步骤中，P3＝LG2+Fm+Pwh，其中，Pwh为回压，单位为MPa，由井口压力表测得；L为所述同心管的管柱长度，单位为m；G2为所述同心管中混合液压力梯度，单位为MPa/m，G2＝0.0098(Qpγp+Qwγw)/(Qp+Qw)，其中，Qp、Qw分别为所述同心管的动力液量、产液量，单位为m3/d，γp和γw分别为动力液和产出液的相对密度。
本发明中，混合液为动力液和产出液的混合物。
进一步地，所述C步骤中，Pwf＝Pc+Pg+Pm，其中Pc为套压，由现场压力表数据读取；Pg气柱压力，Pm为混气液柱压力。
其中，
为油套环空内气体平均绝对温度，K；
为在
下，环空内气体偏差系数；h为气柱垂向深度，m；Gg为气体压力梯度，Pa/m。
Pm＝GLhL-I1+I2，其中，
参数
vsg＝C/Pwf，fg＝C/(bC+aPwf)，GL为混气液体压力梯度，Pa/m；hL为混气液柱长度，m；A1为油套环空过流断面截面积，m2；M1为气体分子质量；
为通用气体常数，通常为8.314472；g为重力加速度；fg为气体空隙度，当vsg＜0.61m/s时，a＝0.6，b＝1.2，当vsg≥0.61m/s时，a＝b＝1；qsc为标况下环空气体流量，m3/s；Psc为标况下的压力，Pa；Tsc为标况下的温度，K。
进一步地，所述D步骤中，
当井口工作压力为已知时，根据压头比公式得到，
其中，P1为喷嘴入口压力，单位为MPa，计算方法见E中的第一种情况；
当井口工作压力未知时，
其中，M为喷射率，等于产出液量Qw除以动力液量Qp，产出液量Qw为根据生产要求的给定值；动力液量Qp为设计值，通过采用迭代拟合的方式进行模拟设计，N通过下式获得：
式中，ρr为无量纲密度比，为地层液密度与动力液密度之比，当地层产出液和动力液都为水时，ρr＝1；Kj，Ks，Kt，Kd分别为动力液通过喷嘴、地层液通过吸入环道、混合液通过喉管和扩散管的摩擦损失系数，R为喷嘴喉管的面积比，
dn和dt分别为喷嘴和喉管的直径，单位为mm。
进一步地，在所述步骤E中，
若井口工作压力为规定值，P1＝LG1+Ps-Fp，
其中，Ps为井口工作压力，MPa，这里为规定值；G1为动力液压力梯度，MPa/m；L为管柱长度，m；Fp为动力液在内管中的摩阻，MPa；
若井口工作压力为设计值，
进一步地，所述步骤F中，
所述步骤G中，
其中，ρp为动力液的密度，单位为kg/m3；A为喷嘴的面积，单位为mm2；α为流量系数。
本发明还提出一种根据上述方法设计能达到特定产液量需求下的工艺参数的方法，喷嘴/喉管的尺寸特定，所述方法包括以下步骤：
步骤一：确定基础参数及设计目标参数：
(1)输入基础参数；
(2)设定要求的产液量；
(3)设定给定的所述喷嘴/喉管尺寸；
步骤二：设定动力液量排量范围，从最小值开始以一定的步长计算拟合：
(4)根据该步长下预设的动力液量，根据所述A步骤计算动力液管柱和混合液管柱摩阻，根据所述D步骤计算喷射率M、射流泵的特性参数N，及举升率H；
(5)根据所述步骤B、C、E计算喷嘴入口压力、井口压力、混合液排出压力、井底流压；
(6)根据所述步骤G计算对应的动力液量，与初设的动力液量校核是否满足精度要求(相对误差0.1％)，不满足则返回(4)计算下个步长的动力液量，重复(4)-(6)，直到满足精度要求；
(7)根据(6)中重新计算的动力液量计算产液量，与设定的产液量目标校核，看是否满足精度要求(相对误差0.1％)，不满足则返回(4)计算下个步长的动力液量，重复(4)-(7)，直到满足精度要求；
(8)根据所述步骤F计算Mc，进行气蚀校核，若计算的Mc＞M则满足要求，进入下一步，若Mc＜M，则不满足要求，返回(4)计算下个步长的Mc，直到满足要求。
本发明还提出一种根据上述方法设计泵效最高时的工艺参数的方法，产液量要求特定，所述方法包括以下步骤：
步骤一：确定基础参数及设计目标参数：
(1)输入基础参数；
(2)设定要求的产液量；
步骤二：使***给出一组喷嘴/喉管组合；
步骤三：设定动力液量排量范围，从最小值开始以一定的步长计算拟合：
(3)根据该步长下预设的动力液量，根据所述步骤A计算动力液管柱和混合液管柱摩阻，根据所述步骤D计算喷射率M、射流泵的特性参数N及举升率H；
(4)根据所述步骤B、C、E计算喷嘴入口压力、井口压力、混合液排出压力、井底流压；
(5)根据所述步骤G计算对应的动力液量，与初设的动力液量校核是否满足精度要求，不满足则返回(3)计算下个步长的动力液量，重复(3)-(5)，直到满足精度要求；
(6)根据(5)中重新计算的动力液量计算产液量，与设定的产液量目标校核，看是否满足精度要求，不满足则返回(3)计算下个步长的动力液量，重复(3)-(6)，直到满足精度要求；
(7)根据步骤F计算Mc，进行气蚀校核，若计算的Mc＞M则满足要求，进入下一步，若Mc＜M，则不满足要求，返回(3)计算下个步长的Mc，直到满足要求；
(8)返回步骤二，将所给定的每组喷嘴/喉管组合都算一遍，对比各组的效率(M与H的乘积)，最终输出效率最大情况下的喷嘴/喉管组合及对应的工艺参数。
本发明还提出一种根据上述方法设计能实现最大产液量的方法，喷嘴/喉管尺寸和井口工作压力特定，所述方法包括以下步骤：
步骤一：确定基础参数及设计目标参数
(1)输入基础参数；
(2)设定井口工作压力；
(3)设定给定的喷嘴/喉管尺寸；
步骤二：从0开始，按照一定步长，比如0.1m3/d的步长预设产液量
步骤三：设定动力液量排量范围，从最小值开始以一定的步长计算拟合：
(4)根据该步长下预设的动力液排量，根据步骤A计算动力液管柱和混合液管柱摩阻，根据步骤D计算喷射率M、射流泵的特性参数N，及举升率H；
(5)根据步骤B、C、E计算喷嘴入口压力、混合液排出压力、井底流压；
(6)根据G计算对应的动力液量，与初设的动力液量校核是否满足精度要求，不满足则返回(4)计算下个步长的动力液量，重复(4)-(6)，直到满足精度要求；同时根据D中第一种情况的压头比公式计算举升率H，与(4)中计算的H校核是否满足精度要求，不满足则返回(4)计算下个步长的动力液量，重复(4)-(6)，直到满足精度要求(相对误差0.1％)；
(7)根据步骤F计算Mc，进行气蚀校核，若计算的Mc＞M满足要求，进入下一步，若Mc＜M，则不满足要求，返回(4)计算下个步长的Mc，直到满足要求(相对误差0.1％)；
返回步骤二，计算下个步长的产液量情况，最终输出可满足上述条件的最大产液量。
本发明模型综合考虑管柱内流体流动摩阻(动力液摩阻、混合液摩阻)、及接箍处混合液流体压降损失、受产出气体影响的油套环空井底流压及射流泵的特性方程等，建立同心管射流泵排采工艺参数设计模型，并结合现场实际，规范对其的应用方法。该方法有助于更合理、高效、精确地设计同心管射流泵排采工艺参数，指导同心管射流泵现场排采施工及生产制度等方案调整。
附图说明
图1a为本发明一实施例同心双管管柱及泵芯纵剖结构示意图；
图1b为本发明一实施例同心双管管柱横剖结构示意图；
图2为本发明一实施例模型应用流程图；
图3为本发明另一实施例模型应用流程图；
图4为本发明一实施例泵芯结构示意图；
附图标号：
10同心管内管，20同心管外管，30接箍，40泵芯，401环道，402喷嘴，403喉管，404扩散管。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
在常规气井及非常规的煤层气、页岩气井出现出砂、产液等状况时需采用有效的排采措施，同心管射流泵是一种有效的排采措施。但目前没有一套***完善的工艺参数计算的理论模型，没有规范的思路、设计流程，计算的精度和效率都较低。本发明旨在提供一套常规/非常规气井排水采气过程中同心管射流泵排采工艺设计的计算模型及提高同心管射流泵排采工艺参数设计精度、设计效率且可满足现场不同设计需求的应用方法。
同心管包括同心管内管10、同心管外管20，在同心管内管10外还有接箍30。
如图1a为本发明一实施例同心双管管柱及泵芯纵剖结构示意图。
如图1b为本发明一实施例同心双管管柱横剖结构示意图。
泵芯40的结构如图4所示，依次设有402喷嘴、401环道、403喉管、404扩散管。
泵芯置于同心管内管管柱内的底部位置。
首先，本发明提供一套完整的同心管射流泵排采工艺模型参数的确立方法，所述方法包括：
A、计算管内流体摩阻，即计算在同心管内管中流动的动力液摩阻Fp及在同心管环空内流动的混合液摩阻Fm。
若内管存在接箍，接箍处外径尺寸大于内管外径尺寸，则会产生局部水力摩阻，因此混合液摩阻Fm由两部分组成，常规环空流动摩阻Fm1及接箍处摩阻Fm2。对于气井来说，地层产出流体以水为主，而用同心双管射流泵对气井地层流体的排采所用动力液一般也为水，因此，产出流体按都为水的等密度体系，因此，动力液在内管中的摩阻Fp和混合液在常规油油环空流动摩阻Fm1以Colebrook-White提出的水力摩阻系数经验公式为基础，用现场生产实测数据对Colebrook-White公式中的常数进行修正，得到水力摩阻系数计算模型为
根据水力摩阻系数计算得到水头损失
根据压降计算公式F＝ρgh得到Fm1和Fp。
式中，Δ为管表面粗糙度，根据管柱的类型查取，mm；Re为雷诺数，通过管径、流体的流速、粘度、密度等参数计算；v为对应流体的流速，m/s；d为水力直径，mm，对动力液来说，d为内管内径，对油油环空来说d为同心管外管内径D-同心管内管外径d1，这些参数如同心双管管柱示意图1a、1b所示。
接箍处的摩阻Fm2由2部分组成，缩径段压降ΔPs和扩径段压降ΔPk，即Fm2＝n(ΔPs+ΔPk)。对前人的研究成果进行修正，得到同心管环空内混合液流经接箍处产生的缩径段压降ΔPs和扩径段压降ΔPk分别为：
式中vs为混合液在缩径处的流速，m/s；d2为接箍外径，mm；n为内管接箍个数。
根据以上计算得到混合液在的接箍处摩阻Fm2和常规环空中摩阻Fm1即可得到混合液在同心管环空中流动的摩阻Fm。
B、计算混合液排出压力P3。根据以上计算得到的混合液在同心管环空中流动的摩阻Fm，按照公式P3＝LG2+Fm+Pwh，得到混合液的排出压力。其中，Pwh为回压，MPa，由井口压力表测得；L为管柱长度，m；G2为混合液压力梯度，单位为MPa/m，计算公式为G2＝0.0098(Qpγp+Qwγw)/(Qp+Qw)，其中，Qp、Qw分别为动力液量、产液量，单位为m3/d，γp和γw分别为动力液和产出液的相对密度。
C、计算气井井底流压Pwf
根据气井生产特点，其井底流压由3部分组成，其中Pc为套压，由现场压力表数据读取；Pg为环空气柱压力、Pm为混气液柱压力，Pg和Pm需通过计算获取。
(1)环空流动气柱压力Pg
假设气体呈单相稳定流动，在***不做功，且不考虑动能的情况下，根据能量守恒定律得到油套环形空间中气体稳定流动的能量方程为：
式中，qsc为标况下气体产量，m3/d；h为气柱垂向深度，m；Dc为套管内径，m；Dt为同心管外管外径，m；λg为摩阻系数，计算方法与A中类似；Gg为气体的压力梯度，Pa/m。
对上述积分公式求解，采用的方法为平均温度-平均偏差系数法。将井筒温度和天然气的压缩系数视为常数，可得环空流动气柱压力Pg为：
其中，
为环空内气体平均绝对温度，K；
为在
下，环空内气体偏差系数。
(2)混合气液柱压力Pm
Pm的计算采用Hasan-Kabir方法推导的计算公式，即Pm＝GLhL-I1+I2。其中，
公式中涉及到的参数
vsg＝C/Pwf，fg＝C/(bC+aPwf)。
式中，GL为液体压力梯度，Pa/m；hL为混气液柱长度，m；fg为气体空隙度，当vsg＜0.61m/s时，a＝0.6，b＝1.2，当vsg≥0.61m/s时，a＝b＝1；M1为气体分子质量；
为通用气体常数，通常为8.314472；Psc为标况下的压力，Pa；Tsc为标况下的温度，K；A1为油套环空过流断面截面积，m2。
(3)根据计算得到的环空流动气柱Pg、混合气液柱压力Pm及压力表读取的套压Pc计算井底流压Pwf，即Pwf＝Pc+Pg+Pm。
D、计算射流泵的举升率(压头比)H
举升率的计算分两种情况：①当井口工作压力为已知时，根据泵出口及入口的压力比得到，
②当井口工作压力未知时，主要依据射流泵的特征方程。基于能量守恒定律及洛伦兹混合损失模型推导的非等密度特征方程
其中，M为喷射率(流量比)，等于产出液量Qw除以动力液量Qp，产出液量Qw为根据生产要求的给定值；动力液量Qp为设计值，具体设计时通过编程采用迭代拟合的方式进行模拟设计。N通过下式获得：
式中，ρr为无量纲密度比，为地层液密度与动力液密度之比，当地层液和动力液都为水时，ρr＝1；Kj，Ks，Kt，Kd分别为动力液通过喷嘴、地层液通过吸入环道、混合液通过喉管和扩散管的摩擦损失系数，目前常用的摩擦损失系数值见表1，具体取值根据喷嘴/喉管的加工工艺而定，根据目前现场常用的喷嘴/喉管加工工艺的难易程度，常用Gosline和O’Brien的研究结果；R为喷嘴喉管的面积比，
dn和dt分别为喷嘴和喉管的直径，单位为mm，此两项在不同的生产需求情况有所不同，当为设计值，需通过编程采用迭代拟合的方式进行模拟设计。喷嘴、环道、喉管和扩散管结构位置如图4所示。
表1各学者摩擦损失系数研究结果
E、喷嘴入口压力P1的计算方法根据现场设计的具体要求有所不同。
(1)若井口工作压力为规定值(即已知)。根据之前计算得到的动力液摩阻得：
P1＝LG1+Ps-Fp
其中，Ps为井口压力(此时为输入值)，MPa；G1为动力液压力梯度，MPa/m；L为管柱长度，m；Fp为动力液在内管中的摩阻，MPa。
(2)若井口工作压力为设计值。根据之前计算得到的混合液排出压力P3、井底流压Pwf和举升率H计算得：
此时在用计算得到的喷嘴入口压力也可反推出井口工作压力。
Ps＝P1-LG1+Fp
F、气蚀流量比Mc的计算。
当地层产出液经过喷嘴和喉管入口处的环空过流通道时流速及压力会发生变化，环空过流越小，其流速越高压力越低，当压力低于流体的蒸汽压力时将会产生蒸汽穴，由此产生气蚀现场。气蚀不仅会对流体产生节流作用，且当气穴破坏后会对喷嘴/喉管造成很大的冲蚀作用，从而降低泵芯的工作效率及使用的寿命。
根据前人的研究结果，当流量比M小于一定值Mc时，即可避免气蚀的发生。
因此，设计过程中需做气蚀校核，当M＜Mc时才能满足设计要求。
G、动力液量计算
动力液量在实际应用中为设计值，但计算过程的复杂性，需在设计初预设动力液量值，而后再根据计算公式得到的值与预设值进行对比，校核是否满足精度要求。具体计算公式如下：
上式中Qp为动力液量，单位为m3/d；ρp为动力液的密度，单位为kg/m3；A为喷嘴的面积，单位为mm2；α为流量系数，与该公式中各参数的单位及Kj有关，根据以上提供的单位
根据现场不同生产情况的需求，总结了以下几套设计应用方法。
1、已知喷嘴/喉管尺寸，设计能达到特定产液量需求下的井口工作压力、注入动力液量及泵效等参数，流程步骤如图2中①-
步骤一：确定基础参数及设计目标参数
①输入井身结构、泵深、生产参数、流体物性、同心双管油管尺寸及粗糙度等参数；
②设定要求的产液量；
③设定给定的喷嘴/喉管尺寸。
步骤二：设定动力液量排量范围，***从最小值开始以一定的步长自动计算拟合
①根据该步长下预设的动力液量，根据A中提到的公式计算动力液管柱和混合液管柱摩阻，根据D中提到的公式计算喷射率M、射流泵的特性参数N，及举升率H；
②根据B、C、E计算喷嘴入口压力、井口压力、混合液排出压力、井底流压；
③根据G计算对应的动力液量，与初设的动力液量校核是否满足精度要求，不满足则返回①计算下个步长的动力液量，重复①-③，直到满足精度要求；
④根据③中重新计算的动力液量计算产液量，与设定的产液量目标校核，看是否满足精度要求，不满足则返回①计算下个步长的动力液量，重复①-④，直到满足精度要求；
⑤根据F计算Mc，进行气蚀校核，若计算的Mc＞M满足要求，进入下一步，若Mc＜M，则不满足要求，返回①计算下个步长的Mc，直到满足要求；
⑥保存计算结果，并输出动力液量、井口压力、效率等结果。
2、在特定产液量要求的情况下，设计泵效最高时的喷嘴/喉管尺寸、井口工作压力、注入动力液量及泵效等参数组合，流程步骤如图2中①-
步骤一：确定基础参数及设计目标参数
①输入井身结构、泵深、生产参数、流体物性、同心双管油管尺寸及粗糙度等参数；
②设定要求的产液量。
步骤二：使***从数据库中自动给出一组喷嘴/喉管组合；
步骤三：设定动力液量排量范围，使***从最小值开始以一定的步长自动计算拟合
①根据该步长下预设的动力液排量，根据A中提到的公式计算动力液管柱和混合液管柱摩阻，根据D中提到的公式计算喷射率M、射流泵的特性参数N，及举升率H；
②根据B、C、E计算喷嘴入口压力、井口压力、混合液排出压力、井底流压；
③根据G计算对应的动力液量，与初设的动力液量校核是否满足精度要求，不满足则返回①计算下个步长的动力液量，重复①-③，直到满足精度要求(相对误差0.1％)；
④根据③中重新计算的动力液量计算产液量，与设定的产液量目标校核，看是否满足精度要求，不满足则返回①计算下个步长的动力液量，重复①-④，直到满足精度要求(相对误差0.1％)；
⑤根据F计算Mc，进行气蚀校核，若计算的Mc＞M满足要求，进入下一步，若Mc＜M，则不满足要求，返回①计算下个步长的Mc，直到满足要求；
⑥保存该组计算结果，返回步骤二，将数据库中每组喷嘴/喉管组合都算一遍，对比各组的效率，最终输出效率最大情况下的喷嘴/喉管组合及对应的工艺参数。
3、在特定的喷嘴/喉管尺寸和井口工作压力情况下，设计能实现的最大产液量，流程步骤如图3所示。
步骤一：确定基础参数及设计目标参数
①输入井身结构、泵深、生产参数、流体物性、同心双管油管尺寸及粗糙度等参数；
②设定井口工作压力
③设定给定的喷嘴/喉管尺寸
步骤二：从0开始，按照一定步长如0.1m3/d的步长预设产液量
步骤三：设定动力液量排量范围，使***从最小值开始以一定的步长自动计算拟合：
①根据该步长下预设的动力液排量，根据A中提到的公式计算动力液管柱和混合液管柱摩阻，根据D中提到的公式计算喷射率M、射流泵的特性参数N，及举升率H；
②根据B、C、E计算喷嘴入口压力、混合液排出压力、井底流压；
③根据G计算对应的动力液量，与初设的动力液量校核是否满足精度要求，不满足则返回①计算下个步长的动力液量，重复①-③，直到满足精度要求(相对误差0.1％)；同时根据压力比公式计算举升率H，与①中计算的H校核是否满足精度要求，不满足则返回①计算下个步长的动力液量，重复①-③，直到满足精度要求(相对误差0.1％)。
④根据F计算Mc，进行气蚀校核，若计算的Mc＞M满足要求，进入下一步，若Mc＜M，则不满足要求，返回①计算下个步长的Mc，直到满足要求；
⑤保存计算结果；
返回步骤二，计算下个步长的产液量情况，最终输出可满足上述条件的最大产液量。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”“上方”“下方”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作或方位与另一个实体或操作或方位区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作或方位之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中实施例的各零部件、装置或方法步骤都是可以有所变化的，各实施方式都可根据需要进行组合或删减，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (11)
1.一种同心管射流泵排采中管内流体摩阻的确定方法，所述同心管的内管设有接箍，其特征在于，所述管内流体摩阻包括内管中流动的动力液摩阻Fp和在同心管环空内流动的混合液摩阻Fm，其中，所述混合液摩阻Fm包括常规环空流动摩阻Fm1和接箍处摩阻Fm2，
其中，参数λm、λp分别为混合液和动力液在同心管环空及内管中的水力摩阻系数，dt为内管内径，D为同心管外管内径，d1为同心管内管外径；vm为混合液在常规环空中的流速，m/s；vp为动力液流速，m/s；vs为混合液在同心管环空缩径处的流速，m/s；d2为接箍外径，mm；n为内管接箍个数；ρm、ρp分别为混合液和动力液的密度，kg/m3；L为管线长度，m。
2.根据权利要求1所述的同心管射流泵排采中管内流体摩阻的确定方法，其特征在于，水力摩阻系数计算模型根据现场数据修改后为
其中，Δ为管表面粗糙度，mm；Re为雷诺数；d为水力直径，mm，对动力液来说，d为内管内径dt，对同心管环空来说d为同心管外管内径D与同心管内管外径d1的差值。
3.一种同心管射流泵排采工艺模型参数的确立方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、根据权利要求1或2所述方法，获得在所述同心管的内管中流动的动力液摩阻Fp及在同心管环空内流动的混合液摩阻Fm；
B、根据A步骤中的Fm获得混合液排出压力P3；
C、获得气井井底流压Pwf；
D、获得射流泵的举升率H；
E、获得喷嘴入口压力P1；
F、获得气蚀流量比Mc；
G、获得动力液量Qp。
4.根据权利要求3所述的同心管射流泵排采工艺模型参数的确立方法，其特征在于，所述B步骤中，P3＝LG2+Fm+Pwh，其中，Pwh为回压，单位为MPa，由井口压力表测得；L为所述同心管的管柱长度，单位m；G2为所述同心管中混合液压力梯度，单位为MPa/m，G2＝0.0098(Qpγp+Qwγw)/(Qp+Qw)，其中，Qp、Qw分别为所述同心管的动力液量、产液量，单位为m3/d，γp和γw分别为动力液和产出液的相对密度。
5.根据权利要求4所述的同心管射流泵排采工艺模型参数的确立方法，其特征在于，所述C步骤中，Pwf＝Pc+Pg+Pm，其中Pc为套压，由现场压力表数据读取；
其中，
为油套环空内气体平均绝对温度，K；
为在
下，环空内气体偏差系数；
Pm＝GLhL-I1+I2，其中，
参数
vsg＝C/Pwf，fg＝C/(bC+aPwf)，M1为气体分子质量；
为通用气体常数，g为重力加速度，GL为液体压力梯度，Pa/m；hL为混气液柱长度，m；fg为气体空隙度，当vsg＜0.61m/s时，a＝0.6，b＝1.2，当vsg＞0.61m/s时，a＝b＝1；M1为气体分子质量；
为通用气体常数，通常为8.314472；Psc为标况下的压力，Pa；Tsc为标况下的温度，K；A1为油套环空过流断面截面积，m2。
6.根据权利要求5所述的同心管射流泵排采工艺模型参数的确立方法，其特征在于，所述D步骤中，
当井口工作压力为已知时，根据泵出口及入口的压力比得到，
当井口工作压力未知时，
其中，P1为喷嘴入口压力，MPa；M为喷射率，等于产出液量Qw除以动力液量Qp，产出液量Qw为根据生产要求的给定值；动力液量Qp为设计值，通过采用迭代拟合的方式进行模拟设计，N通过下式获得：
式中，ρr为无量纲密度比，为地层液密度与动力液密度之比，当地层液和动力液都为水时，ρr＝1；Kj，Ks，Kt，Kd分别为动力液通过喷嘴、地层液通过吸入环道、混合液通过喉管和扩散管的摩擦损失系数，R为喷嘴喉管的面积比，
dn和dt分别为喷嘴和喉管的直径，单位为mm。
7.根据权利要求3或6所述的同心管射流泵排采工艺模型参数的确立方法，其特征在于，在所述步骤E中，
若井口工作压力为规定值，P1＝LG1+Ps-Fp，
其中，Ps为井口压力输入值，MPa；G1为动力液压力梯度，MPa/m；L为管柱长度，m；Fp为动力液在内管中的摩阻，MPa；
若井口工作压力为设计值，
则井口工作压力：Ps＝P1-LG1+Fp。
8.根据权利要求3所述的同心管射流泵排采工艺模型参数的确立方法，其特征在于，所述步骤F中，
所述步骤G中，
其中，ρp为动力液的密度，单位为kg/m3；A为喷嘴的面积，单位为mm2；α为流量系数。
9.一种根据权利要求3至8任一项所述方法设计能达到特定产液量需求下的工作参数的方法，喷嘴/喉管的尺寸特定，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：确定基础参数及设计目标参数：
(1)输入基础参数；
(2)设定要求的产液量；
(3)设定给定的所述喷嘴/喉管尺寸；
步骤二：设定动力液量排量范围，从最小值开始以一定的步长计算拟合：
(4)根据该步长下预设的动力液量，根据所述A步骤计算动力液管柱和混合液管柱摩阻，根据所述D步骤计算喷射率M、射流泵的特性参数N，及举升率H；
(5)根据所述步骤B、C、E计算喷嘴入口压力、井口压力、混合液排出压力、井底流压；
(6)根据所述步骤G计算对应的动力液量，与初设的动力液量校核是否满足精度要求，不满足则返回(4)计算下个步长的动力液量，重复(4)-(6)，直到满足精度要求；
(7)根据(6)中重新计算的动力液量计算产液量，与设定的产液量目标校核，看是否满足精度要求，不满足则返回(4)计算下个步长的动力液量，重复(4)-(7)，直到满足精度要求；
(8)根据所述步骤F计算Mc，进行气蚀校核，若计算的Mc＞M则满足要求，进入下一步，若Mc＜M，则不满足要求，返回(4)计算下个步长的Mc，直到满足要求。
10.一种根据权利要求3至8任一项所述方法设计泵效最高时的工作参数的方法，产液量要求特定，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：确定基础参数及设计目标参数：
(1)输入基础参数；
(2)设定要求的产液量；
步骤二：使***给出一组喷嘴/喉管组合；
步骤三：设定动力液量排量范围，从最小值开始以一定的步长计算拟合：
(3)根据该步长下预设的动力液量，根据所述步骤A计算动力液管柱和混合液管柱摩阻，根据所述步骤D计算喷射率M、射流泵的特性参数N及举升率H；
(4)根据所述步骤B、C、E计算喷嘴入口压力、井口压力、混合液排出压力、井底流压；
(5)根据所述步骤G计算对应的动力液量，与初设的动力液量校核是否满足精度要求，不满足则返回(3)计算下个步长的动力液量，重复(3)-(5)，直到满足精度要求；
(6)根据(5)中重新计算的动力液量计算产液量，与设定的产液量目标校核，看是否满足精度要求，不满足则返回(3)计算下个步长的动力液量，重复(3)-(6)，直到满足精度要求；
(7)根据步骤F计算Mc，进行气蚀校核，若计算的Mc＞M则满足要求，进入下一步，若Mc＜M，则不满足要求，返回(3)计算下个步长的Mc，直到满足要求；
(8)返回步骤二，将所给定的每组喷嘴/喉管组合都算一遍，对比各组的效率，最终输出效率最大情况下的喷嘴/喉管组合及对应的工艺参数。
11.一种根据权利要求3至8任一项所述方法设计能实现最大产液量时的工作参数的方法，喷嘴/喉管尺寸和井口工作压力特定，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：确定基础参数及设计目标参数
(1)输入基础参数；
(2)设定井口工作压力；
(3)设定给定的喷嘴/喉管尺寸；
步骤二：从0开始，按照一定步长预设产液量
步骤三：设定动力液量排量范围，从最小值开始以所述一定的步长计算拟合：
(4)根据该步长下预设的动力液排量，根据步骤A计算动力液管柱和混合液管柱摩阻，根据步骤D计算喷射率M、射流泵的特性参数N，及举升率H；
(5)根据步骤B、C、E计算喷嘴入口压力、混合液排出压力、井底流压；
(6)根据G计算对应的动力液量，与初设的动力液量校核是否满足精度要求，不满足则返回(4)计算下个步长的动力液量，重复(4)-(6)，直到满足精度要求；同时计算举升率H，与(4)中计算的H校核是否满足精度要求，不满足则返回(4)计算下个步长的动力液量，重复(4)-(6)，直到满足精度要求；
(7)根据步骤F计算Mc，进行气蚀校核，若计算的Mc＞M满足要求，进入下一步，若Mc＜M则不满足要求，返回(4)计算下个步长的Mc，直到满足要求；
返回步骤二，计算下个步长的产液量情况，最终输出可满足上述条件的最大产液量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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