连续流动气举井的稳定性分析

摘要
本文分析了气举井的流动不稳定性（间喷），并给出了在这个领域中先前已经完成的工作的回顾。我们发展了一个气举井的模型，这个模型通过对从Maloob油田的一口气举井进行测试所获得的现场数据进行了确认。基于所建立的模型和现存的稳定性准则，我们建立气举井的稳定性图并与现场数据进行了比较。我们使用通过本项工作所获得的稳定性图分析了注气量、注气口尺寸和油管直径对流动稳定性的影响。不难发现，我们作出的图可以用来作为一种简单而有效的方法来预测设计气举系统稳定性的阀值。

引言
连续气举井对水动力不稳定性（油管或套管头）敏感，这可能会引起压力和流速的周期性变化。图1显示了非稳定气举井中的一个典型的流动特性，由于某些原因流体流动的不稳定性是我们不期望发生的。地表中的设施中的压力波动和持久流动震荡可能会引起许多严重的操作问题（关井、低压分离器操作的困难）。流动震荡会降低气举系统的效率。当系统的参数随时间变化时，气体的配产和生产的控制就变得更加困难。
气举井的流动不稳定性分析早已成为众多课题的研究对象。Bertuzzi等人1在一个气举系统中当注气量降低到一定水平后观察到严重的间喷。Grupping等人2,3建立了一个适用于气举系统的数值模型并用它来研究流动不稳定性的机理。基于这个模型他们提出了几个稳定化方法。Filtermann和Verdrines4建立了气举系统流动的数学模型并实现了一个线形的稳定性解析解来找到系统在什么情况下是不稳定的。所获得的结果与小型实验室的实验进行了对比。
Ashiem5提出了两种理论上的稳定性准则并将其与Bertuzzi等人1的实验数据以及Claymore油田6一些井的数据进行了比较。Blick等人7使用了一种更严格的方法来分析气举系统的稳定性问题。气举井的不稳定流动方程在他们的工作中围绕一个给定的系统稳定状态进行了线形化，并通过拉普拉斯变换方法进行了求解。这个分析产生了一个特征方程，用它来研究系统的稳定性。Alhanati等人8扩展了Ashiem的考虑了地表注气阀和井底气举阀流态的模型和公式化统一准则。(优秀毕业设计 www.2bysj.cn)
Xu9将气举系统的不稳定性现象分为了两类：静态不稳定性和动态不稳定性。如果流动的条件从最初的稳定状态条件改变一小步，其他的稳定状态不可能存在这个原始状态9的附近区域，那么这个流动就趋向于静态稳定的。静态不稳定性可能会导致不同的稳定状态或周期性行为。流动的静态不稳定性与油管动态曲线和油层动态曲线（IPR曲线）存在的两个交点有关。右边的平衡点是静态稳定的，而左边的交点是不稳定的。
动态不稳定性是由惯性和动态反馈效应引起的。动态不稳定性的一个典型例子就是由于套管环形空间内气体释放和蓄积之间的时间滞后引起的自流井的套管间喷9。预测动态不稳定性需要瞬态流模型。
在原子能工程中已经完成了很多关于复杂两相流动的不稳定性的研究。沸水核反应堆中的循环流动回路的稳定性分析通常使用稳定性图来完成10。这个稳定性图是一个展示了系统的稳定操作区域和不稳定操作区域的二维平面的图表。这项技术已经被成功的用来解决沸水核反应堆的稳定性问题。气举系统是一个由单相和多相管道（油管，套管和套管环形空间），阀门，油嘴等组成的复杂流动系统。就本作者所了解，在以前的研究中没有人提出气举井的稳定性图。Blick和Boone11使用二维的图表来观察负反馈对自流油井的调节的效果。这些图表展示了不同井的生产情况，而稳定性图展示了对于单口井的稳定和不稳定流动区域。
在这项研究工，我们展现了一个气举井的不稳定性图。这些图是在一个气举井的简化模型和现存的稳定性准则的基础上获得的。所获得的这些图与现场数据进行了比较。我们观测了在系统稳定性上油管直径和注气条件的影响效果。同时展示了对不同稳定性准则的比较。可以看出我们提出的气举稳定性图可以作为一种工具来设计新的气举井以及稳定现有井的生产。

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